数据模型的组成要素
数据库基础知识2
生产副厂长
技术副厂长
经营副厂长
车间主任
处长
部门经理
层次模型具有层次分明、结构清晰的优点。 层次模型具有层次分明、结构清晰的优点。但只能反映实体 一对多”的联系。 间“一对多”的联系。
网状模型用 图结构” 网状模型用“图结构”来表示数据之间的联 系
网状数据模型反映现实世界较为复杂的事物间的联系。特点是: 网状数据模型反映现实世界较为复杂的事物间的联系。特点是: （1）可以有两个以上的根结点。 可以有两个以上的根结点。 一个父结点可以有多个子结点, （2 ） 一个父结点可以有多个子结点, 一个子结点也可以有多个父 结点。 结点。 专业系
2.1 数据模型概述
2.1.2 数据模型的组成三要素
1、数据结构——用于描述现实世界数据(系统)的静态特性 数据结构——用于描述现实世界数据(系统) ——用于描述现实世界数据 规定数据的存储和表示方式。 规定数据的存储和表示方式。 2、数据操作—用于描述现实世界数据(系统)的动态特性 数据操作—用于描述现实世界数据(系统) 是数据库中各种数据的操作集合以及相应的操作规则。 是数据库中各种数据的操作集合以及相应的操作规则。 如：创建、插入、替换、删除、查询、统计等操作。 创建、插入、替换、删除、查询、统计等操作。 3、数据的约束条件—一组完整性规则的集合 数据的约束条件— 是给定的数据模型中的数据及其联系所具有的制约和依存关 系，用以保证数据的正确、有效、相容。 用以保证数据的正确、有效、相容。 如：有效性规则，参照完整性，触发器等。 有效性规则，参照完整性，触发器等。
层次模型用 树结构” 层次模型用“树结构”来表示数据之间的联系
把客观问题抽象为一个严格的自上而下的层次关系。 把客观问题抽象为一个严格的自上而下的层次关系。 其特点是：(1)只有一个根结点. 其特点是：(1)只有一个根结点. 只有一个根结点 (2) 一 个 父 结 点 可 以 有 多 个 子 结 点 , 但 每 个 子 结点只能有一个父结点。 结点只能有一个父结点。
数据模型
数据模型与概念模型
现实世界 认识抽象 信息世界 计算机世界
图2.1：数据处理的抽象和转换过程
概念模型
信息世界中的基本概念 在信息世界中，常用的主要概念如下： 1. 实体（Entity） 客观存在并且可以相互区别的“事物”称为实体。
实体可以是可触及的对象，如一个学生，一本书，一辆 汽车；也可以是抽象的事件，如一堂课，一次比赛等。
实体型和联系类型组成E-R图，可以得到如下结果：
学生选课系统
学生选课系统主要包括的实体型、联系类型、属性以及标 识符如下： 学生（学号，姓名，性别，年龄） 课程（课程号，课程名） 教师（职工号，姓名，性别，职称)
学号 姓名 职工号 姓名
课程号
课性别 职称
选课系统的E-R图
将实体与联系组合成E-R图
M
库 存
N
物
资
M
出 库
N
仓
库
P 用料单位
M 入 库 N
图 仓库管理系统E-R图
课内小练习：图书馆数据库E-R图
请设计一个图书馆数据库的E-R图：此数据库 中对每个借阅者要保存读者记录，包括：读者 号、姓名、地址、性别、年龄、单位。对每本 书要存有：书号、书名、作者、出版社。对每 本被借出的书要存有读者号、借出日期和应还 日期。
如学生有学号、姓名、年龄、性别、系等字段。
2. 记录（Record）:对应于每个实体的数据称为记录。
如一个学生（990001，张立，20，男，计算机）为一个记录。
3. 文件（File）:对应于实体集的数据称为文件。
如所有学生的记录组成了一个学生文件。
数据模型与概念模型
在计算机世界中，信息模型被抽象为数据模型，实体型内 部的联系抽象为同一记录内部各字段间的联系，实体型之间的 联系抽象为记录与记录之间的联系。 现实世界是设计数据库的出发点，也是使用数据库的最终 归宿。实体模型和数据模型是现实世界事物及其联系的两级抽 象。而数据模型是实现数据库系统的根据。 通过以上的介绍，我们可总结出三个世界中各术语的对应 关系如下图所示。 现实世界 事物总体 事物个体 特征 事物间联系 信息世界 实体集 实体 属性 实体模型 计算机世界 文件 记录 字段 数据模型
数据库数据模型的说明书
数据库数据模型的说明书本文介绍了数据库数据模型的相关概念、设计原则和实践方法，旨在帮助读者全面理解和运用数据库数据模型。
1. 数据库数据模型的定义数据库数据模型是对数据库中数据的组织和表示方式进行抽象和规范的方法。
它定义了数据的结构、组织方式以及与数据相关的操作和约束规则。
2. 数据库数据模型的类型常见的数据库数据模型包括层次模型、网络模型、关系模型和面向对象模型。
其中，关系模型是应用最广泛的数据库数据模型，它基于集合论和关系代数理论，采用表的形式组织数据。
3. 关系模型的设计原则在设计关系模型时，需要遵循一些原则，以保证数据的一致性、完整性和有效性。
这些原则包括实体完整性、参照完整性、域完整性、关系完整性等。
4. 关系模型的组成要素关系模型由实体、属性和关系组成。
实体表示数据库中的对象或概念，属性表示实体的特征或描述，关系表示实体之间的联系。
5. 数据库的范式关系模型的设计还涉及到范式的概念。
范式是一组规范化原则，用于评估和改善数据库的结构设计。
常见的范式有第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）等。
6. 数据库设计过程数据库的设计过程包括需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计等阶段。
在需求分析阶段，需要明确数据的需求和约束；在概念设计阶段，需要建立概念模型；在逻辑设计阶段，需要转换为关系模型；在物理设计阶段，需要考虑数据库的存储和性能优化。
7. 数据库设计工具为了辅助数据库设计过程，可以使用一些数据库设计工具，如ER 图工具、数据库建模工具等。
这些工具提供了可视化的设计界面和自动生成代码的功能，提高了设计效率和准确性。
8. 数据库数据模型的优化在数据库运行过程中，为了提高性能和响应速度，常需要对数据库数据模型进行优化。
优化手段包括垂直分割和水平分割、索引的设计和优化、查询的优化等。
9. 数据库数据模型的未来发展随着大数据、云计算和人工智能等技术的快速发展，数据库数据模型也在不断演化和创新。
第4章习题与解答
第4章数据库和数据仓库4.1本章知识框架与学习要求数据库技术是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。
它已经成为先进信息技术的重要组成部分，是现代计算机信息系统和计算机应用系统的基础和核心。
数据库已经成为人们存储数据、管理信息、共享资源的最先进最常用的技术。
认识和掌握有关的数据库技术对学好本课程具有重要作用。
本章主要介绍了数据库技术的相关概念包括数据的组织层次、数据模型、信息模型、关系规范化等，以及数据库的设计方法，数据库仓库和数据挖掘的概念。
4.1.1 知识框架与学习要求一、数据的描述与组织（掌握）（一）三个世界1．现实世界2．信息世界3．计算机世界（二）数据组织的层次1．数据项（字段）2．记录３．数据文件４．数据库二、数据库管理技术（一）数据管理的发展（了解）1.简单应用阶段2.文件系统阶段3.数据库系统阶段（二）数据库管理系统（掌握）1．数据库系统（DBS）2．数据库管理系统（DBMS）（1）数据库的定义功能（2）数据库的操作功能（3）数据库的保护功能（4）数据库的维护功能（5）数据的存储管理三、数据模型（掌握）（一）信息模型（概念模型）1．信息模型的要素2．两个实体集之间联系的分类３．实体联系模型（E-R模型）（二）数据模型1．数据模型的三要素2．数据模型与信息模型的关系3.三种主要的数据模型（１）层次模型（Hierarchical Model）（２）网状模型（Network Model）（３）关系模型（Relational Model）（三）概念模型向关系模型的转换（四）关系的规范化1．第一范式（1NF）2．第二范式（2NF）3．第三范式（3NF）五、数据库设计（掌握）（一）数据库设计方法简述（二）数据库设计步骤六、数据仓库和数据挖掘（了解）（一）数据仓库1.数据仓库的概念2.数据仓库和数据库的区别3.数据仓库的特性4.数据仓库的基本结构5.数据仓库工具的组成（二）数据挖掘1.数据挖掘的概念2.数据仓库与数据挖掘的关系4.1.2 学习重点本章重点掌握以下几方面的内容：１．三个世界即现实世界、信息世界、计算机世界的特点及区别与联系；2.人工管理阶段、文件系统阶段及数据库系统阶段应用程序与数据关系的区别；3．数据库管理系统功能4．信息（概念）模型的要素、E-R模型的绘制方法；5．数据模型的三要素、数据模型与信息模型的关系、关系模型；6．概念模型向关系模型的转换；7．数据库设计方法和步骤4.2 教材习题与解答4.2.1 习题一、名词解释1.数据库2.记录3.DBMS4.DBS5.概念模式6.数据模型7.概念模型8.键或码9.数据操作10.1NF 11. 2NF 12.3NF 13.关系14.关系模式15.数据仓库16.数据挖掘二、简答题1. 数据库系统组织数据的特点是什么?2. 数据库系统与文件系统的区别是什么?3. 数据管理经历了哪几个阶段?各个阶段的特点是什么?4. 数据模型的三要素是什么？5. 数据库管理系统的主要功能是什么？6. 信息模型的要素有哪些？7. 试述概念模式在数据库中的重要地位。
第二章数据模型
（1）矩形框——表示实体型； （2）菱形框——表示联系型； （3）椭圆形框——表示实体型或联系型的属性； （4）直线——用来连接上述三种图框。 做图时，把相应的命名记入框中；对组成关键字的属性，标记下 划线；在菱形框的引出线上要标上联系的方式（如1:N等）。
数据库系统原理
2.20
从现实世界到概念模型的转换由数据库设 计人员完成的。
从概念模型到逻辑模型的转换可以由数据 库设计人员完成，也可以用数据库设计工 具协助设计人员完成。
从逻辑模型到物理模型的转换是由DBMS 自动完成的。
数据库系统原理
2.7
李瑞改（lirg751@）
2.1 信息抽象过程
2.26
李瑞改（lirg751@）
2.4 结构数据模型（简称数据模型）
结构数据模型直接面向数据库的逻辑结构，是对现实世界的 第二层抽象，所以也称逻辑数据模型。 数据库的组成：
数据结构 规定了数据模型的静态特性，刻画数据模型性质最重要的方面。
数据操作 主要包括数据查询和数据更新，规定了数据模型的动态特性。
➢ （1）现实世界
现实世界是指客观存在的事物及其联系，现实世界 有个体和总体等概念。
个体：一个客观存在的可识别事物。 个体特征：每个个体都有一些区别于其他个体的特征 。例如一本书的特征可以有：书名，作者，价格，出 版社，页数等。 总体：所有同类个体的集合成为总体。例如：所有的 “书”就是一个总体。 事物联系：同类个体之间或不同类个体的关系。
2.1 信息抽象过程
➢ （3）机器世界
信息世界中的信息经过数字化处理形成计算机能够处理 的数据，就进入了机器世界，机器世界也叫计算机世界或 数字世界。
数据项：对应实体属性的数据单位，又称为字段。通常和属 性同名。
概念模型和数据模型课堂练习和习题
概念模型和数据模型课堂练习和习题一、单项选择题1.数据模型一般来说是由三个部分组成（即三要素）A.完整性规则B.数据结构C.恢复，其中不包括 CD.数据操作2.按照数据模型分类，数据库系统可以分为三种类型：A. 大型、中型和小型B.西文、中文和兼容C.层次、网状和关系D.数据、图形和多媒体3.在关系数据库中,要求基本关系中所有的主属性上不能有空值,其遵守的约束规则是().A.参照完整性规则B.用户定义完整性规则C.实体完整性规则D.域完整性规则4.在()中一个结点可以有多个双亲,节点之间可以有多种联系.A.网状模型B.关系模型C.层次模型D.以上都有5．用二维表结构表示实体以及实体间联系的数据模型称为（A．网状模型 B.层次模型C．关系模型）D.面向对象模型6．层次模型的特点是 ( )A.只有一个叶结点B.只有两个叶结点C.只有一个根结点D.至少有一个根结点7．在一个用于表示两个实体间联系的关系中A.关键字B.任何多个属性集8．E-R图是( )A.表示实体及其联系的概念模型C.数据流图,用来表示实体间联系的是该关系中的C.外部关键字D.任何一个属性B. 程序流程图D. 数据模型图( )9．在下面给出的内容中，不属于DBA职责的是()A.定义概念模式B.修改模式结构C.编写应用程序10．学校中有多个系和多名学生，每个学生只能属于一个系，D.编写完整性规则一个系可以有多名学生，从学生到系的联系类型是( )A.多对多B.一对一C.多对一D.一对多11．描述数据库中全体数据的逻辑结构和特征是（）A．内模式 B.模式 C. 外模式 D.存储模式12．下列关于数据库三级模式结构的说法中，哪一个是不正确的？（）A．数据库三级模式结构由内模式、模式和外模式组成B．DBMS在数据库三级模式之间提供外模式/模式映象和模式/内模式映像C．外模式/模式映象实现数据的逻辑独立性D．一个数据库可以有多个模式13．数据库系统的体系结构是（）A.两级模式结构和一级映象B.三级模式结构和一级映象C.三级模式结构和两级映象D.三级模式结构和三级映象14．概念模型是现实世界的第一层抽象,这一类最著名的模型是().A.层次模型B.关系模型C.网状模型D.实体-联系模型15．关系数据模型是目前最重要的一种数据模型,它的三个要素分别为().A.实体完整,参照完整,用户自定义完整B.数据结构,关系操作,完整性约束C.数据增加,数据修改,数据查询D.外模式,模式,内模式参考答案:(1)C(2)C(3)C(4)A(5)C(6)C(7)C(8)A(9)C(10)C(11)B(12)D(13)C(14)D(15)B二、填空题1．关系数据库的规则规定：基本关系的主属性不能取空，关系数据库的规则规定：一个基本关系的外码（对应于另一个基本关系的主码）取值取空值或者必须等于它所对应基本关系中的主码值。
架构设计之数据架构
架构设计之数据架构一、引言数据架构是指在系统架构中对数据的组织、存储、管理和访问进行规划和设计的过程。
在现代信息化时代，数据被认为是企业的重要资产之一，良好的数据架构能够为企业提供高效、可靠和可扩展的数据管理能力，从而支持企业的业务发展和决策制定。
本文将详细介绍数据架构的设计原则、组成要素以及常用的数据架构模式。
二、设计原则1. 数据一致性：数据架构应确保数据在不同系统之间的一致性，避免数据冗余和数据不一致的问题。
2. 数据安全性：数据架构应具备良好的安全性能，包括数据的保密性、完整性和可用性，以防止数据泄露、篡改和丢失。
3. 数据可扩展性：数据架构应具备良好的扩展性能，能够适应业务规模的增长和数据量的增加，保证系统的性能和稳定性。
4. 数据可管理性：数据架构应具备良好的管理性能，包括数据的维护、备份和恢复等功能，以保证数据的可靠性和可维护性。
5. 数据可访问性：数据架构应具备良好的访问性能，能够支持快速、准确地查询和分析数据，满足业务需求。
三、组成要素1. 数据模型：数据模型是数据架构的核心，它定义了数据的结构和关系，包括实体、属性、关系和约束等。
常用的数据模型包括层次模型、网络模型、关系模型和对象模型等。
2. 数据存储：数据存储是指数据在系统中的物理存储方式，常见的数据存储包括关系型数据库、非关系型数据库、分布式文件系统等。
根据业务需求和性能要求，可以选择合适的数据存储技术。
3. 数据传输：数据传输是指数据在不同系统之间的传输和同步，常见的数据传输方式包括ETL（抽取、转换、加载）、消息队列和数据同步等。
数据传输需要考虑数据的一致性、可靠性和效率等因素。
4. 数据处理：数据处理是指对数据进行加工和计算，以满足业务需求。
常见的数据处理方式包括数据清洗、数据转换、数据聚合和数据分析等。
数据处理需要考虑数据的准确性、实时性和效率等因素。
四、常用的数据架构模式1. 集中式数据架构：集中式数据架构将所有的数据存储在一个中心化的数据库中，各个系统通过访问中心数据库来获取和更新数据。
请描述数据模型的组成要素和具体含义
请描述数据模型的组成要素和具体含义
数据模型通常由数据结构、数据操作和数据完整性约束三个部分组成。
1.数据结构：是指对实体类型和实体间联系的表达和实现，是所描述的对象类型的集合，是对系统静态特性的描述。
数据结构有两类，一类是与对象的类型、内容、性质有关的，如网状模型中的数据项、记录，关系模型中的域、属性、关系等；另一类是与数据之间联系有关的对象，如网状模型中的系型。
2.数据操作：是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。
数据库主要有查询和更新（包括插入、删除、修改）两大类操作。
3.数据完整性约束：是一组完整性规则，它给出数据及其联系应具有的制约和依赖规则。
数据模型及组成要素
数据模型及组成要素数据模型是描述数据结构、数据操作、数据约束和数据语义的一种抽象表示。
它定义了如何组织、存储和操作数据，以及数据之间的关系。
在计算机科学领域，常见的数据模型包括层次模型、网络模型、关系模型和对象模型等。
一、层次模型层次模型是最早出现的数据库模型之一，它将数据组织成一个树形结构。
在层次模型中，每个节点都可以有多个子节点，但只能有一个父节点。
这种父子关系反映了实际世界中的“一对多”关系。
1.1 节点在层次模型中，每个节点代表一个实体或记录。
节点可以包含属性，用于存储实体的相关信息。
在一个学生信息管理系统中，每个学生可以被表示为一个节点，包含姓名、年龄、性别等属性。
1.2 关系在层次模型中，父子节点之间通过关系连接起来。
父节点与其子节点之间存在着“一对多”的关系。
在学生信息管理系统中，每个班级可以被表示为一个父节点，而每个学生则是该班级的子节点。
1.3 根节点在层次模型中，根节点是位于最顶层的节点，并且没有父节点。
根节点代表了整个数据结构的起点。
在学生信息管理系统中，根节点可以表示整个学校，而每个班级则是根节点的子节点。
1.4 子节点在层次模型中，子节点是位于父节点下方的节点。
一个父节点可以有多个子节点，但每个子节点只能有一个父节点。
在学生信息管理系统中，每个班级可以有多个学生作为其子节点。
1.5 属性在层次模型中，属性是存储在每个节点中的数据项。
它们用于描述实体或记录的特征和属性。
在学生信息管理系统中，姓名、年龄、性别等都可以作为学生节点的属性。
二、网络模型网络模型是对层次模型的扩展和改进，它引入了更灵活的关系定义和多对多关系。
网络模型通过使用指针来建立不同实体之间的连接。
2.1 实体集在网络模型中，实体集是具有相同结构和属性的一组实体。
每个实体集都有一个唯一标识符，并且可以包含其他实体集作为其成员。
2.2 关系类型在网络模型中，关系类型定义了不同实体集之间的连接方式。
关系类型描述了一个实体与其他实体之间的联系，并定义了该联系所包含的属性。
1.3数据模型
1.3 数据模型1.3.1 数据模型及分类 1.3.2 数据模型组成要素 1.3.3 概念模型1.3.4 常见的数据模型1.3.1 数据模型及分类模 型：是对现实世界中某个对象特征的模拟和抽象。
数据模型：数据库中采用数据模型这个工具来抽象、表 示和处理现实世界中的数据和信息。
通俗地讲数据模型 是现实世界的模拟。
数据模型分类：概念模型、逻辑模型和物理模型数据模型分类概念模型又称信息模型， 它是独立于计算机系统、 完全按用户的观点来对数 据和信息建模的，是对现实世界的第一层抽象。
最常见：实体－联系模型即ER 图概念模型逻辑模型 物理模型数据模型分类 概念模型逻辑模型物理模型 逻辑模型又称结构数据模型，简称数 据模型。
它是直接面向DB的逻辑结 构，是对现实世界的第二层抽象；是 数据库系统的核心和基础。
最常见的有：层次模型（Hierarchical model）、网状模型（Network model）、关系模型（relational model ）、面向对象模型（Object Oriented model）、对象关系模型 （ Object relational model ）等数据模型分类物理模型是对数据最底层的抽象，它 描述数据在系统内部的表示方式和存 取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法，是面向计算机系统的。
物理模型的具体实现是DBMS 的任务，数据库设计人员要了解和选择物理模型，一般用户不必考虑物理级的细节。
概念模型逻辑模型 物理模型 2008.9.2 信计、信管数据模型抽象转换的过程：转换 概念模型人的认识抽象DBMS 支持的数据模型现实世界信息世界机器世界1.3.2 数据模型组成要素数据模型是严格定义的一组概念的集合。
这些 概念精确地描述了系统的静态特性、动态特性和完 整性约束条件。
所以该模型由下面三部分组成：数据结构数据操作数据完整性约束1.3.2 数据模型组成要素数据结构数据完整性约束 数据操作数据结构是描述组成数据 库的数据对象的类型、内 容、性质等，以及描述对象 之间的联系。
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ADD CONSTRAINT FK ISBN FOREIGN KEY (ISBN) REFERENCES Book(ISBN)
•数据模型描述了系统的静态特性、动态特性和
约束条件。
•数据模型由数据结构、数据操作、数据完整性
约束组成。
•数据结构是所描述的对象的集合。 •数据操性规则。
2. 3. 2数据操作 数据操作是对数据库中各种对象的实例执行的操作的集合以及有关操作的规则
数据 操 作..
数据查询 数据更新 删除
操作符号 操作规则 实现语言
动态特征
2. 3. 2数据操作
数据操作示例
Select ISBN From Book Where Bookname^'Database%'
③
数据删除
Delete From Book Where ISBN='9781387598‘
Update Book Set Bookname=,Database Application* Where ISBN='9781387598‘
2. 3. 3数据完整性约束
数据完整性约束是给定数据及其联系所具有的制约和依存规则
Database System
数据库系统概论
Introduction to Database Systems
主讲人：吴岩 河南理工大学
知 识
第二章数据模型
点
I数据模型
传统集合运算
2＞概念模型
6选择、投影运算
数据模型的组成要素
$连接运算
4关系数据结构
2. 3数据模型的组成要素
数据结构
数据操作
数据完整性约束
2. 3. 1数据结构
数据结构描述数据库的组成对象以及对象之间的联系
对象的内容
对象的类型
对象的性质
静态特征
2. 3. 1数据结构 数据结构示例:
< ___ A
图予馆
i 书库
图书 图书管理员
乂层次结构示例 丿
rA
图书 |借申者
--
借阅
图书借阅者借阅日期
----
[ 网状结构示例丿
1 J 关系结构示例
数据 完整性
约束
实体完整性 参照完整性
用户定义的完整性
保证数据 正确、有效 和相容
约束条件
2. 3. 3数据完整性约束
数据完整性约束示例:
Book 表
ISBN
9781267845
9781678676
9781765980
Borrow表 ISBN
9781267845
9999888881
9781765980
BookName 数据库
数据库系统 数据库应用
Reader 程丽 程丽 张坤
Author 王伟 陈瑾 郑志浩
Datetime 2016-1-2 2016-4-6 2016-3-8
问题 Borrow表中出现了不存在的ISBN
解决
I将Borrow表中“ISBN”列上设置参照完整性约束, '此列参照Book表中“ISBN”列上的取值。