第3章 数据概念模型及关系模型设计
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第3章 关系数据库
3）用户定义的完整性 ） 由用户自己根据情况， 由用户自己根据情况，对数据库中数据所做的规定称 为用户定义的完整性规则，也称为域完整性规则。 为用户定义的完整性规则，也称为域完整性规则。通 过这些规则来限制数据库中只能接受符合用户定义完 整性约束条件的数据值， 整性约束条件的数据值，从而保证了数据的正确性和 有效性。 有效性。
关系模型的主要特点有： 关系模型的主要特点有： （1）关系中每一分量不可再分，是最基本的数据单位，即不 ）关系中每一分量不可再分，是最基本的数据单位， 允许有表中表。 允许有表中表。 （2）每一竖列的分量是同属性的，列数根据需要而定，且各 ）每一竖列的分量是同属性的，列数根据需要而定， 列的顺序是任意的。 列的顺序是任意的。 （3）每一横行由一个个体事物的诸多属性构成，且各行的顺 ）每一横行由一个个体事物的诸多属性构成， 序是任意的。 序是任意的。 （4）一个关系是一张二维表，不允许有相同的属性名，也不 ）一个关系是一张二维表，不允许有相同的属性名， 允许有相同的元组。 允许有相同的元组。
（6）关系模式：对关系的描述，一般表示为：关系名 （属性1，属性2，…，属性n） （7）关键字或码（Key）：表中用来唯一确定（标识） 一个元组的某个属性或属性组合。 关键字必须唯一，但它的唯一性不是只对关系的当前元 组构成来确定的。(，)还要考Байду номын сангаас元组构成的将来可能性。 一个关系中，关键字的值不能为空，即关键字的值为空 的元组在关系中是不允许存在的。
3.2.1 传统的集合运算
传统的集合运算，包括并、 传统的集合运算，包括并、差、交、广义笛卡尔积 四种运算。 四种运算。 1、并（Union） 、 ） 关系R与关系 的并记作 关系 与关系S的并记作： 与关系 的并记作： R∪S = { t | t∈R ∨ t∈S } ∪ ∈ ∈ 其结果仍为关系，由属于 或属于 的元组组成。 或属于S的元组组成 其结果仍为关系，由属于R或属于 的元组组成。 2、交（ Intersection） 、 ） 关系R与关系 的交记作 关系 与关系S的交记作： 与关系 的交记作： R∩S = { t | t∈R ∧t∈S } ∈ ∈ 其结果关系仍为关系，由既属于 又属于 的元组组成。 又属于S的元组组成 其结果关系仍为关系，由既属于R又属于 的元组组成。
第3章 数据模型及其设计
设计数据“完整性约束”条件
3.6.1从概念模型到关系模型
设计步骤:
第一步,对概念模型“符号化” 用符号表示实体名、属性名、联系名
如： 学生 xs 学号 xh 姓名 xm 性别 xb … 课程代号 kcdh 课程名 kcm … 系代号 xdh 系名 ximing … …
3.2.1 现实世界
组织模型： 组织模型：
是一个组织中所有对象，在规定规则的指 导和控制下，相互协调运动而构成的一个有机整 体。
3.2.1 现实世界
组织模型 对象 个体 特征
事物（或个体）及 其联系 事物的集合 （即对象） 事物（即个体）
表现事物
3.2.2 概念世界
又称信息世界或观念世界，是对现实世界的第1层 次抽象，是现实世界在头脑中的反映
（4）外关键词(Foreign Key)
如有关系，学生（学号，姓名，性别，…） 成绩（学号，课程号，分数） 设有关系A和B，若属性组合K是A的主关键词，但不是B的关键词，则称K是B相 （学号）是“学生”的主关键词，但不是“成绩”的主关键词，则称（学号）是 对于A的外关键词。 “成绩”的外关键词。
3.5.3 关系模型的特点
第三章
数据模型及其设计
数据库基础
主要内容：
数据库数据主要特性 数据抽象过程 数据模型的基本概念 概念模型设计 关系数据模型 关系模型设计 关系数据库创建 数据装入
3.1 数据库数据主要特性
结构化特性（structural） 持久性特性(persistence) 海量特性(great capacity) 有效性特性(effectiveness)
个体或事物
对象 个体集合) (个体集合)
组织
规则
活动 活动
3.6.1从概念模型到关系模型
设计步骤:
第一步,对概念模型“符号化” 用符号表示实体名、属性名、联系名
如： 学生 xs 学号 xh 姓名 xm 性别 xb … 课程代号 kcdh 课程名 kcm … 系代号 xdh 系名 ximing … …
3.2.1 现实世界
组织模型： 组织模型：
是一个组织中所有对象，在规定规则的指 导和控制下，相互协调运动而构成的一个有机整 体。
3.2.1 现实世界
组织模型 对象 个体 特征
事物（或个体）及 其联系 事物的集合 （即对象） 事物（即个体）
表现事物
3.2.2 概念世界
又称信息世界或观念世界，是对现实世界的第1层 次抽象，是现实世界在头脑中的反映
（4）外关键词(Foreign Key)
如有关系，学生（学号，姓名，性别，…） 成绩（学号，课程号，分数） 设有关系A和B，若属性组合K是A的主关键词，但不是B的关键词，则称K是B相 （学号）是“学生”的主关键词，但不是“成绩”的主关键词，则称（学号）是 对于A的外关键词。 “成绩”的外关键词。
3.5.3 关系模型的特点
第三章
数据模型及其设计
数据库基础
主要内容：
数据库数据主要特性 数据抽象过程 数据模型的基本概念 概念模型设计 关系数据模型 关系模型设计 关系数据库创建 数据装入
3.1 数据库数据主要特性
结构化特性（structural） 持久性特性(persistence) 海量特性(great capacity) 有效性特性(effectiveness)
个体或事物
对象 个体集合) (个体集合)
组织
规则
活动 活动
第3讲关系模型概述
– 关系概念是对事物间数据依赖的一种描 述 – 表达关系的数学模型：矩阵、图
– 集合论提供了关系概念
• 集合论中的关系本身也是一个集合，以具有 某种联系的对象组合——“序组”为其成员 。
第3讲 关系模型概述
3.1关系模型
• 关系的数学描述
– 关系不是通过描述其内涵来刻划事物间 联系的，而是通过列举其外延（具有这 种联系的对象组合全体）来描述这种联 系。
若关系R的一个属性（集）F与关系S的主键Ks对应， 即关系R中的某个元组的F上的分量值也是关系S中某 个元组的Ks上的分量值，则称该属性（集）F为关系R 的外键。 R为参照关系（引用关系），S为被参照关系或目标 关系。关系R和关系S可以是同一个关系。 目标关系的主键Ks和参照关系R的外码F的命名可以 不同，但必须定义在同一（或同一组）域上。
关系 （表） R
学号 98001 98005
姓名 王丙 李甲
出生年月 性别 1980.4 男 1981.8 女
属性 （列）
第3系的数据结构
– 关系与二维表
• 在表中各列从左到右是有序的，关系中属性的次序是 任意的； • 在表中各行从上到下是有序的，关系中元组的次序是 任意的； • 在表中，可能包含重复的行，关系中不能有相同的元 组； • 表中至少含有一个列，但可存在不含任何属性的关系 ，相当于空集合； • 表中允许包含空行（例SQL中），而关系中不允许； • 表是“平面的”或是“二维的”，而关系却是“n维的 ”，是n个域上的一个n元组的集合。
第3讲 关系模型概述
3.1关系模型
• 关系的数据结构
– 关系的定义 笛卡尔积：
给定一组域D1，D2，…，Dn，这n个域的笛卡尔积 为： D1×D2×…×Dn＝｛（d1，d2，…，dn）｜ di∈Di，i＝1，2，…，n ｝
– 集合论提供了关系概念
• 集合论中的关系本身也是一个集合，以具有 某种联系的对象组合——“序组”为其成员 。
第3讲 关系模型概述
3.1关系模型
• 关系的数学描述
– 关系不是通过描述其内涵来刻划事物间 联系的，而是通过列举其外延（具有这 种联系的对象组合全体）来描述这种联 系。
若关系R的一个属性（集）F与关系S的主键Ks对应， 即关系R中的某个元组的F上的分量值也是关系S中某 个元组的Ks上的分量值，则称该属性（集）F为关系R 的外键。 R为参照关系（引用关系），S为被参照关系或目标 关系。关系R和关系S可以是同一个关系。 目标关系的主键Ks和参照关系R的外码F的命名可以 不同，但必须定义在同一（或同一组）域上。
关系 （表） R
学号 98001 98005
姓名 王丙 李甲
出生年月 性别 1980.4 男 1981.8 女
属性 （列）
第3系的数据结构
– 关系与二维表
• 在表中各列从左到右是有序的，关系中属性的次序是 任意的； • 在表中各行从上到下是有序的，关系中元组的次序是 任意的； • 在表中，可能包含重复的行，关系中不能有相同的元 组； • 表中至少含有一个列，但可存在不含任何属性的关系 ，相当于空集合； • 表中允许包含空行（例SQL中），而关系中不允许； • 表是“平面的”或是“二维的”，而关系却是“n维的 ”，是n个域上的一个n元组的集合。
第3讲 关系模型概述
3.1关系模型
• 关系的数据结构
– 关系的定义 笛卡尔积：
给定一组域D1，D2，…，Dn，这n个域的笛卡尔积 为： D1×D2×…×Dn＝｛（d1，d2，…，dn）｜ di∈Di，i＝1，2，…，n ｝
第3章关系数据模型及语言
除 rs={u对每一元组vs都存在同一元组tr，使得t[Q]=u 且t[S]=v} 半连 rs=R（r s） 囿补 ŕ={t|t（ A1 （r）×A2（r）××Ak（r））tr}, 是有限关系
对任何有限关系,经上述定义的关系代数运算,结果 仍是有限关系----称这些关系代数运算为囿代数运算; 只包含囿代数运算的关系代数称为囿关系代数.
2. 域演算
以域变量(元组变量的分量)作为谓词变元的关系运算。
域演算表达式为: { t1t2tk | φ(t1,t2,tk)} 其中，t1,t2,tk为元组变量t的各个分量, φ是域演算公式。
1) 三种原子公式
① r(t1t2tk) ：“以t1,t2,tk为分量的元组在关系r中”
所以，一个关系模式是个五元组r（R，D，d，F）。 显然，关系模式是型，关系是它的值；关系模式是静态 的、稳定的，而关系是动态的，随时间不断变化的。
5、关系模型
关系模型是所有的关系模式、属性名和关键字的集 合；即：若干关系框架的集合。 一个关系模型描述了若干实体及其相互的联系。
6、关系数据库
对应于一个关系模型的所有关系的集合，称为关 系数据库。 实际上，关系数据库也有型与值之分: 关系数据库的型称为关系数据库模式，是对关系数 据库的描述，包括域的定义以及在这些域上定义的若 干关系模式； 关系数据库的值称为关系数据库，是这些关系模式 在某一时刻对应的关系的集合。
在文件组织中，这些表格称为文件。
术语对照:
关系具有的特性：
（1）每一列有不同的名字，但每一列属同一类型的域 值；不同列也可以出自相同的域； （2）任意两行不能全同； （3）每一数据项应为不可再分的数据单位； （4）行、列次序无关； （5）具有主关键字唯一标识各个元组；
第3章关系数据模型(基本概念和ER转换)
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2.3关系的重要性质
1. 关系中属性的顺序是无关紧要的，即列的顺序可以任意交换。 交换时，应连同属性名一起交换，否则将得到不同的关系。
例如：关系T1作如下交换时，无任何影响，如下表所 示：
性别 男 女 男 姓名 李力 王平 刘伟
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而作如下交换时，不交换属性名，只交换属性列中的 值，则得到不同的关系，如下表:
一是只能表示1:N联系，虽然系统有多种辅助手段实现M:N联系但较复 杂，用户不易掌握； 二是由于层次顺序的严格和复杂，引起数据的查询和更新操作很复杂， 因此应用程序的编写也比较复杂。
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3
网状模型
用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为网状模 型（network model）。 网状模型的特点是：记录之间联系通过指针实现，M:N联系也容 易实现（一个M:N联系可拆成两个1:N联系），查询效率较高。 网状模型的缺点是：数据结构复杂和编程复杂。
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（5）域（Domain） 属性的取值范围，如年龄的域是（14~40）,性别的域 是（男，女）。 （6）分量 每一行对应的列的属性值，即元组中的一个属性值， 如学号、姓名、年龄等均是一个分量。 （7）关系模式 对关系的描述，一般表示为：关系名（属性1，属性 2，……属性n），如：学生（学号，姓名，性别，年 龄，系别）。
姓名 男 女 男
性别 李力 王平 刘伟
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2. 同一属性名下的各个属性值必须来自同一个域，是同一类型的 数据(职业属性下面就应该是教师工人等,不能是男人女人)。 3. 关系中各个属性必须有不同的名字，不同的属性可来自同一个 域，即它们的分量可以取自同一个域。
-数据库原理及应用第二版-第3章关系数据库
R.A 1 R.B 1 R.C 1 S.A 1 S.B 1 S.C 1
自然连接是连接中等值连接的特例，是一种 去掉重复属性的等值连接。连接的条件是两 个关系的同名属性。 记作：R*S 班级（班号，班名，班导师） 学生（学号，姓名，性别，班号） 班级*学生
两个重要的连接： 等值连接 θ为“=”，是从关系R和S的广义笛卡尔积中 选取A，B属性值相等的那些元祖。 自然连接 是一种特殊的等值连接，它要求两个关系 中进行比较的分量必须是相同的属性组，并且 在结果中把重复的属性列去掉。
A和B：分别为R和S上度数相等且可比的属性组。前
连接按连接条件分为：等值连接，大于连接和小于连接。 等值连接：就是指连接条件为等号。 大于连接就是指连接条件为>号 小于连接就是指连接条件为<号。 上述三种不同连接都称为连接，并不去掉重复属性和重复 元组。
R.A=S.A 班级（班号，班名，班导师） 学生（学号，姓名，性别，班号） R和S关系的连接，连接条件是R.A=S.A。运算结果是：
例1：学生实体和专业实体可以用下面的关系表示。
学生（学号，姓名，性别，专业号，出生日期） 专业（专业号，专业名）
例2：学生、课程以及学生与课程之间的选课关系可以用如 下三个关系表示：
学生（学号，姓名，性别，专业号，出生日期）
课程（课程号，课程名，学分） 选课（学号，课程号，成绩）
3.4.3 用户定义的完整性
2、属性 图3-1的学生关系中有学号、姓名、年龄、性别和所在系五 个属性，是一个五元关系。
二维表中的列称为属性（或叫字段），每个属性都有一个名字，称为属性名。 二维表中对应某一列的值称为属性值；二维表中列的个数称为关系的元数。
自然连接是连接中等值连接的特例，是一种 去掉重复属性的等值连接。连接的条件是两 个关系的同名属性。 记作：R*S 班级（班号，班名，班导师） 学生（学号，姓名，性别，班号） 班级*学生
两个重要的连接： 等值连接 θ为“=”，是从关系R和S的广义笛卡尔积中 选取A，B属性值相等的那些元祖。 自然连接 是一种特殊的等值连接，它要求两个关系 中进行比较的分量必须是相同的属性组，并且 在结果中把重复的属性列去掉。
A和B：分别为R和S上度数相等且可比的属性组。前
连接按连接条件分为：等值连接，大于连接和小于连接。 等值连接：就是指连接条件为等号。 大于连接就是指连接条件为>号 小于连接就是指连接条件为<号。 上述三种不同连接都称为连接，并不去掉重复属性和重复 元组。
R.A=S.A 班级（班号，班名，班导师） 学生（学号，姓名，性别，班号） R和S关系的连接，连接条件是R.A=S.A。运算结果是：
例1：学生实体和专业实体可以用下面的关系表示。
学生（学号，姓名，性别，专业号，出生日期） 专业（专业号，专业名）
例2：学生、课程以及学生与课程之间的选课关系可以用如 下三个关系表示：
学生（学号，姓名，性别，专业号，出生日期）
课程（课程号，课程名，学分） 选课（学号，课程号，成绩）
3.4.3 用户定义的完整性
2、属性 图3-1的学生关系中有学号、姓名、年龄、性别和所在系五 个属性，是一个五元关系。
二维表中的列称为属性（或叫字段），每个属性都有一个名字，称为属性名。 二维表中对应某一列的值称为属性值；二维表中列的个数称为关系的元数。
第3章 空间数据模型
＊通过描述小面块的几何形态、相邻关系及面块内属性 特征的变化来建立空间数据的逻辑模型；
＊小面块之间不重叠且能完整铺满整个地理空间； ＊根据面块的形状，镶嵌数据模型可分为 规则镶嵌数据模型 不规则镶嵌数据模型
规则镶嵌数据模型
不规则镶嵌数据模型
TIN和Voronoi多边形数据模型
Voronoi 图又称为Dirichlet ( tessellation) ,其概念由 Dirichlet 于1850 年首先提出; 1907 后俄国数学家 Voronoi 对此作了进一步阐述,并提出高次方程化简; 1911 年荷兰气候学Thiessen为提高大面积气象预报 的准确度,应用Voronoi 图对气象观测站进行了有效 区域划分。因此在二维空间中,Voronoi 图也称为泰 森多边形。
2 作为两个面域之间的一个边界。
3 作为一个面域特征，精确表达河流的堤岸、辫 状河道以及河流上的运河。
4 作为一条曲线以构成表面模型上的沟槽。根据 地表上河流的路径，可以算出其横截面、落差度、 排水流域以及在预测降雨下的洪水爆发可能性。
针对真实的世界，每一个人都在创建他 自己的主观模型。GIS的观点是为真实世 界建立一个通用的模型。
泰森（Thiessen)多边形的特点： 1 组成多边形的边总是与两相邻样点的连线垂直； 2 多边形内的任意位置总是离该多边形内样点的距 离最近，离相邻多边形内样点距离远； 3 每个多边形内包含且仅包含一个样点。
（五）面向对象数据模型
为了有效地描述复杂的事物或现象，需要 在更高层次上综合利用和管理多种数据结构 和数据模型，并用面向对象的方法进行统一 的抽象。
空间逻辑数据模型作为概念模型向 物理模型转换的桥梁，是根据概念模型 确定的空间信息内容，以计算机能理解 和处理的形式，具体地表达空间实体及 其关系。
第三章 空间概念和数据模型
3.1 空间信息模型 三、空间对象操作
面向方位的操作：
绝对的：以全球作为参照系，如东、西、南、 北、东北等 相对的：以给定目标为参照，如左、右、前、 后、上、下等
面向度量的操作：
度量空间：集合X满足下列条件就称为一个度量 空间：如果对X中的任意一点对x、y，都存在与之 相关联的实数d(x,y)，称x到y的距离（也称为一种 度量），且对于任意x、y、z满足如下性质：
3.1 空间信息模型 六、空间对象模型小结
OGIS 标准预定义了一系列空间数据类型和操作 空间对象模型和面向对象的软件有很多相似之处 可以方便地和多种语言集成，采用类似Java, C++, Visual basic等编程实现建模（如2.1.6节中JAVA程序实 现） 和后关系数据库（Post-relational databases, e.g. OODBMS, ORDBMS）集成。
3.1 空间信息模型 二、对象模型
对象模型： 对象：空间信息中可以抽象成明确的、可识别的和 相关的事物或实体。 对象具有相应的属性和方法 以道路图为例： 对象：道路, 里程碑, ... 道路对象属性： 空间属性：位置, 如道路的多边形边界 非空间属性：道路名, 道路类型 (国道、省道等),车 道数, 限速等 道路对象的方法： 确定道路中心线,确定道路长度, 确 定道路交叉口等
Dimension
Point
Curve Surface
City
River Country
0
1 2
OGIS数据模型中的空间对象 UML表示
3.1 空间信息模型 三、空间对象操作
面向集合的：面向集合的空间操作。在所有内
嵌空间中，最简单且最通用的类型是面向集合的 内嵌空间。这种集合可以利用一些常见的关系， 即在基于集合的关系中常见的并、交、包含和属 于关系。层次关系（如森林包含林分，州立公园 包含森林，州包含州立公园）就适于用集合理论 来建模 。如两个多边形的相交操作产生一个新的 多边形。
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需求分析 概念设计 逻辑设计 物理设计 实施 运行和维护
1. 需求分析阶段 进行数据库设计首先必须准确地了解与分析用户需求（包 括数据和处理），需求分析是整个设计过程的基础，是最困难、 最耗时间的一步。需求分析做得不好，甚至会导致整个数据库 设计返工重做。
8
3.1 数据库设计的要求和步骤
2. 概念结构设计阶段 概念结构设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求 进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型 （实体模型也叫概念模型）。 3. 逻辑结构设计阶段 逻辑结构设计是将概念模型转换为某个DBMS所支持的数据模 型（关系模型），并对其进行优化。 4. 数据库物理设计阶段 数据库物理设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境 的物理结构（包括存贮结构和存贮方法）。
a1 a2 a3 a4 a5 示范 b1 b2 b3 b4 b5 1 B 表示 1 A
叫E－Ｒ 图，也 称为E－Ｒ 模型
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3.2 概念模型与数据模型
⑵ 一对多联系(1:N) 如果A 中至少有一个实体对应B中一个以上实体，且B中 任一实体至多对应A中一个实体，则称A对B是一对多联系。 例：学校对系、班级对学生等都是一对多联系。
属于同一实体集的实体的实体型是相同的，但实体值是不同的。
5.实体集（Entity set） 性质相同的同类实体的集合称为实体集。或同型实体的集合称 为实体集。如，一班学生，一批书籍。 6.码（键Key） 能惟一标识实体集中每个实体的属性或属性组称为实体集的码 （键Key）。当一个实体集中包括多个码时，通常要选定其中一个 码为主码，其他是候选码，实体集中不能惟一标识实体属性的叫 次码。
任务1 概念模型设计
1.1任务情境 为“学生选课管理系统”设计一个ER模型 1．2.任务实现 (1)首先确定实体，本题有两个实体类型：学生s，课程c。 (2)确定联系。实体s与实体c之间有联系，且为m:n联系（多对多联 系）,命名为sc。 (3)确定实体和联系的属性。实体学生s的属性有：学号sno,班级class, 姓名sname，性别ssex,出生日期birthday，地址address，电话 tel，邮箱email，其中实体标识符为sno（实体的主码）；实体课程 c的属性有：课程编号cno，课程名称cname，学分credit，其中实 体标识符为cno(实体的主码)；联系选课sc的属性是某学生选修某 课程的成绩score。 利用E-R方法画出“学生选课管理系统”ER图，如图3-2所示。
n 实体B m：n联系
注意：1和M要写在对应实体矩形那边的连线上，不可写反。
20
3.2 概念模型与数据模型
系部编号 系 1 下设 n 专业
系部名称
专业编号
专业名称
21
3.2 概念模型与数据模型
例：班级、学生实体集及其联系。
学号
班级号
姓名
学生 性别 年龄
n
属于
1
班级
班级名 人数
实体集：学生：学号、姓名、性别、年龄； 班级: 班级号、班级名、人数； 属性：“学号”、“班级号”分别是学生实体集和班级实体集的码或 键，故其属性名有下划线。 “人数”属性是派生属性(其值可以从其他相关实体或属性中派生出 来)，其值可以通过计算该班级学生实体的数目而获得，故用虚椭圆形框 表示。 联系：“属于”是1对多，由于参与者“学生”在“属于”联系中是 全部的，所以用双线将其与“属于”联系相连。 22
24
3.2 概念模型与数据模型
现实世界 认 识 抽
概念模型小结
人们常常首先将现实世界
抽象为信息世界，然后将信息
世界转换为机器世界。也就是 说，首先把现实世界中的客观 对象抽象为某一种信息结构， 这种信息结构并不依赖于具体
信息世界：概念模型
象
的计算机系统，不是某一个 DBMS支持的数据模型，而是概
机器世界 DBMS支持的数据模型 对象的抽象过程
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3.2 概念模型与数据模型
现实世界是存在于人脑之外的客观世界，如 何使用数据来解释和认识现实世界，则需要相应 手段进行描述。 模型是对现实世界的模拟和抽象。船模、航 模等都是对现实世界事物的一种模拟。数据模型 也是一种模型，它是对现实世界问题的数据特征 的描述。
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3.2 概念模型与数据模型 一、三个世界
任务1 概念模型设计
学号 班级 姓名 性别 出生日期 课程编号 课程名称 学分学生m源自选课n课程
地址
电话
邮箱 成绩
图3-2 “学生选课管理系统”ER图
7
3.1 数据库设计的要求和步骤
数据库设计的任务是针对特定的应用需求和环境，创建一 个性能良好的数据库模式，建立数据库，并基于数据库开发及 其应用软件系统，使系统能有效地收集、存贮和管理数据，并 对数据进行处理和加工。 一、数据库设计概述 数据库设计步骤分为6个阶段：
事物及联系
信息化
概念模型
数据化
数据模型
信息的三个世界的联系和转换过程
13
3.2 概念模型与数据模型 二、概念模型
现实世界中的事物在人们头脑中反映的信息世界是用文字和符号记载下 来的，描述事物的术语有以下几种： 1.实体（Entity） 客观世界中存在的并可以相互区分的事物或概念，称为实体。 实体可以是具体的，如一个学生、一本书；也可以是抽象的事件，如一 场足球比赛。 实体的表征：实体用型（Type）和值（Value）来表征。例如：一个学生是 一个实体，学生的“学号，姓名，年龄，系别”是实体的型描述，而具体的 学生：“021031001，王明，20，计信系”是实体值。 2.属性（Attribute） 实体所具有的某一特性在信息世界中称为属性。一个实体可以由若干个 属性来刻画。例：一个学生有姓名、性别、年龄等属性。 属性的域：属性的取值范围称为该属性的域。 每个属性都有一个值域（Domain），例：性别{“男”、”女”}，年龄 {20—35}；值域有类型，可以是整数，实数或字符型等。例姓名的类型为字 符型，年龄的类型为整型。 属性的表征：属性用型（Type）和值（Value）表征，例：学号、姓名、性 别、年龄、是属性的型，而具体的021031001、王明、男、20则是属性值。 14
念级的模型；然后再把概念模
型转换为计算机上某一DBMS支 持的数据模型。
25
3.2 概念模型与数据模型
定义：反映实体集之间联系的模型称为模念模型，又称为实体 模型。它独立于计算机系统，它是按用户的观点来描述某个 业务所关心的信息结构，是对现实世界的第一层抽象。 数据库设计的重要任务就是建立概念 (实体)模型，它是概念数 据库的具体描述。在建立实体模型中，实体要逐一命名以示 区别，并描述其间的各种联系。 概念模型的表示：用E-R图（E-R模型、实体-联系模型）。
12
3.2 概念模型与数据模型
因此，客观事物系信息之源，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（概念模型）与数据模型 是对客观事物及其联系的两种抽象描述。数据库的核心问题是 数据模型，为了得到正确的模型，首先要充分了解客观事物。
4. 现实世界、信息世界、数据世界的关系
现实世界 系统分析 信息世界 数据库设计 计算机世界
9
3.1 数据库设计的要求和步骤
5. 数据库实施阶段 运用DBMS提供的数据语言，根据逻辑设计和物理设计的结 果建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行 试运行。 6. 数据库运行和维护阶段 数据库应用系统经过试运行之后，即可投入正式运行。在 数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整和修改。 设计一个完善的数据库应用系统是不可能一蹴而就的，它 往往是上述6个阶段的不断反复的过程。
3.2 概念模型与数据模型
例：“课程”实体集、“教师”实体集及相互间的联系。
教师号 课程号 姓名 性别 职称 电话号 码 教师 E-mail地址 家庭地址
课程名 学分 周学时
课程
m
教授
n
城市
区
街道
邮政编 码
23
3.2 概念模型与数据模型
其中：“E-mail地址”属性是一个多值属性，故用双椭圆形 框表示； “家庭地址”属性是一个复合属性，在其下面还有4个 属性与其相连。 “教师号”下有一下划线，表示此属性是“教师”实 体的码（键）。 总之：E-R模型是数据库设计人员与用户进行交互的最有 效工具，用E-R模型来描述概念模非常接近人的思维，易被人 理解，而且E-R模型与具体的计算机系统无关，易被不具备计 算机知识的最终用户接受。
15
3.2 概念模型与数据模型
7.实体集联系 建立实体模型的一个重要任务就是要找出实体集之间的联系。 常见的实体集联系有以下3种：（设A和B为两个实体集，用 矩形表 示实体集， 菱形表示联系）。 ⑴ 一对一联系(1:1) 如果A 中的任一实体至多对应B 中的一个实体；且B中的任一实 体至多对应A中的一个实体，则称A 与B是一对一联系。 例：电影院观众与座位实体集之间、乘车旅客与车票之间、病人与 病床之间等都是一对一联系。
a1
b1 b2 b3 b4 1
A
a2
a3
a4
a5 示范
N B 表示 17
b5
3.2 概念模型与数据模型
⑶ 多对多联系（M:N） 如果A中至少有一个实体对应B中一个以上实体，且B中 也至少有一个实体对应A中一个以上实体，则称A与B是多对 多联系。 例如：学生与课程、工厂与产品、商品与顾客等都是多对多联 系。
1.现实世界 泛指存在于人们头脑之外的客观世界，其中存在着各种事物，事 物间又具有不同的联系。为了用数据库系统来解决现实世界中的问题， 就必须先深入实际，把要解决的问题调查清楚，分析与问题有关的事 物及其联系。 关键词：事物——联系 2.信息世界 是现实世界在人们头脑中的反映。客观事物在观念世界中称为实 体，反映事物联系的是实体模型（概念模型）。 关键词：实体——联系——概念模型 3.数据世界 信息世界中的信息经数字化处理形成计算机能够处理的数据，就 进入了数据世界。现实世界中的实体及其相互联系被转换成数据世界 中的数据及其联系，这种联系是用数据模型描述的。 关键词：数据——联系——数据模型
1. 需求分析阶段 进行数据库设计首先必须准确地了解与分析用户需求（包 括数据和处理），需求分析是整个设计过程的基础，是最困难、 最耗时间的一步。需求分析做得不好，甚至会导致整个数据库 设计返工重做。
8
3.1 数据库设计的要求和步骤
2. 概念结构设计阶段 概念结构设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求 进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型 （实体模型也叫概念模型）。 3. 逻辑结构设计阶段 逻辑结构设计是将概念模型转换为某个DBMS所支持的数据模 型（关系模型），并对其进行优化。 4. 数据库物理设计阶段 数据库物理设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境 的物理结构（包括存贮结构和存贮方法）。
a1 a2 a3 a4 a5 示范 b1 b2 b3 b4 b5 1 B 表示 1 A
叫E－Ｒ 图，也 称为E－Ｒ 模型
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3.2 概念模型与数据模型
⑵ 一对多联系(1:N) 如果A 中至少有一个实体对应B中一个以上实体，且B中 任一实体至多对应A中一个实体，则称A对B是一对多联系。 例：学校对系、班级对学生等都是一对多联系。
属于同一实体集的实体的实体型是相同的，但实体值是不同的。
5.实体集（Entity set） 性质相同的同类实体的集合称为实体集。或同型实体的集合称 为实体集。如，一班学生，一批书籍。 6.码（键Key） 能惟一标识实体集中每个实体的属性或属性组称为实体集的码 （键Key）。当一个实体集中包括多个码时，通常要选定其中一个 码为主码，其他是候选码，实体集中不能惟一标识实体属性的叫 次码。
任务1 概念模型设计
1.1任务情境 为“学生选课管理系统”设计一个ER模型 1．2.任务实现 (1)首先确定实体，本题有两个实体类型：学生s，课程c。 (2)确定联系。实体s与实体c之间有联系，且为m:n联系（多对多联 系）,命名为sc。 (3)确定实体和联系的属性。实体学生s的属性有：学号sno,班级class, 姓名sname，性别ssex,出生日期birthday，地址address，电话 tel，邮箱email，其中实体标识符为sno（实体的主码）；实体课程 c的属性有：课程编号cno，课程名称cname，学分credit，其中实 体标识符为cno(实体的主码)；联系选课sc的属性是某学生选修某 课程的成绩score。 利用E-R方法画出“学生选课管理系统”ER图，如图3-2所示。
n 实体B m：n联系
注意：1和M要写在对应实体矩形那边的连线上，不可写反。
20
3.2 概念模型与数据模型
系部编号 系 1 下设 n 专业
系部名称
专业编号
专业名称
21
3.2 概念模型与数据模型
例：班级、学生实体集及其联系。
学号
班级号
姓名
学生 性别 年龄
n
属于
1
班级
班级名 人数
实体集：学生：学号、姓名、性别、年龄； 班级: 班级号、班级名、人数； 属性：“学号”、“班级号”分别是学生实体集和班级实体集的码或 键，故其属性名有下划线。 “人数”属性是派生属性(其值可以从其他相关实体或属性中派生出 来)，其值可以通过计算该班级学生实体的数目而获得，故用虚椭圆形框 表示。 联系：“属于”是1对多，由于参与者“学生”在“属于”联系中是 全部的，所以用双线将其与“属于”联系相连。 22
24
3.2 概念模型与数据模型
现实世界 认 识 抽
概念模型小结
人们常常首先将现实世界
抽象为信息世界，然后将信息
世界转换为机器世界。也就是 说，首先把现实世界中的客观 对象抽象为某一种信息结构， 这种信息结构并不依赖于具体
信息世界：概念模型
象
的计算机系统，不是某一个 DBMS支持的数据模型，而是概
机器世界 DBMS支持的数据模型 对象的抽象过程
10
3.2 概念模型与数据模型
现实世界是存在于人脑之外的客观世界，如 何使用数据来解释和认识现实世界，则需要相应 手段进行描述。 模型是对现实世界的模拟和抽象。船模、航 模等都是对现实世界事物的一种模拟。数据模型 也是一种模型，它是对现实世界问题的数据特征 的描述。
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3.2 概念模型与数据模型 一、三个世界
任务1 概念模型设计
学号 班级 姓名 性别 出生日期 课程编号 课程名称 学分学生m源自选课n课程
地址
电话
邮箱 成绩
图3-2 “学生选课管理系统”ER图
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3.1 数据库设计的要求和步骤
数据库设计的任务是针对特定的应用需求和环境，创建一 个性能良好的数据库模式，建立数据库，并基于数据库开发及 其应用软件系统，使系统能有效地收集、存贮和管理数据，并 对数据进行处理和加工。 一、数据库设计概述 数据库设计步骤分为6个阶段：
事物及联系
信息化
概念模型
数据化
数据模型
信息的三个世界的联系和转换过程
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3.2 概念模型与数据模型 二、概念模型
现实世界中的事物在人们头脑中反映的信息世界是用文字和符号记载下 来的，描述事物的术语有以下几种： 1.实体（Entity） 客观世界中存在的并可以相互区分的事物或概念，称为实体。 实体可以是具体的，如一个学生、一本书；也可以是抽象的事件，如一 场足球比赛。 实体的表征：实体用型（Type）和值（Value）来表征。例如：一个学生是 一个实体，学生的“学号，姓名，年龄，系别”是实体的型描述，而具体的 学生：“021031001，王明，20，计信系”是实体值。 2.属性（Attribute） 实体所具有的某一特性在信息世界中称为属性。一个实体可以由若干个 属性来刻画。例：一个学生有姓名、性别、年龄等属性。 属性的域：属性的取值范围称为该属性的域。 每个属性都有一个值域（Domain），例：性别{“男”、”女”}，年龄 {20—35}；值域有类型，可以是整数，实数或字符型等。例姓名的类型为字 符型，年龄的类型为整型。 属性的表征：属性用型（Type）和值（Value）表征，例：学号、姓名、性 别、年龄、是属性的型，而具体的021031001、王明、男、20则是属性值。 14
念级的模型；然后再把概念模
型转换为计算机上某一DBMS支 持的数据模型。
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3.2 概念模型与数据模型
定义：反映实体集之间联系的模型称为模念模型，又称为实体 模型。它独立于计算机系统，它是按用户的观点来描述某个 业务所关心的信息结构，是对现实世界的第一层抽象。 数据库设计的重要任务就是建立概念 (实体)模型，它是概念数 据库的具体描述。在建立实体模型中，实体要逐一命名以示 区别，并描述其间的各种联系。 概念模型的表示：用E-R图（E-R模型、实体-联系模型）。
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3.2 概念模型与数据模型
因此，客观事物系信息之源，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（概念模型）与数据模型 是对客观事物及其联系的两种抽象描述。数据库的核心问题是 数据模型，为了得到正确的模型，首先要充分了解客观事物。
4. 现实世界、信息世界、数据世界的关系
现实世界 系统分析 信息世界 数据库设计 计算机世界
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3.1 数据库设计的要求和步骤
5. 数据库实施阶段 运用DBMS提供的数据语言，根据逻辑设计和物理设计的结 果建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行 试运行。 6. 数据库运行和维护阶段 数据库应用系统经过试运行之后，即可投入正式运行。在 数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整和修改。 设计一个完善的数据库应用系统是不可能一蹴而就的，它 往往是上述6个阶段的不断反复的过程。
3.2 概念模型与数据模型
例：“课程”实体集、“教师”实体集及相互间的联系。
教师号 课程号 姓名 性别 职称 电话号 码 教师 E-mail地址 家庭地址
课程名 学分 周学时
课程
m
教授
n
城市
区
街道
邮政编 码
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3.2 概念模型与数据模型
其中：“E-mail地址”属性是一个多值属性，故用双椭圆形 框表示； “家庭地址”属性是一个复合属性，在其下面还有4个 属性与其相连。 “教师号”下有一下划线，表示此属性是“教师”实 体的码（键）。 总之：E-R模型是数据库设计人员与用户进行交互的最有 效工具，用E-R模型来描述概念模非常接近人的思维，易被人 理解，而且E-R模型与具体的计算机系统无关，易被不具备计 算机知识的最终用户接受。
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3.2 概念模型与数据模型
7.实体集联系 建立实体模型的一个重要任务就是要找出实体集之间的联系。 常见的实体集联系有以下3种：（设A和B为两个实体集，用 矩形表 示实体集， 菱形表示联系）。 ⑴ 一对一联系(1:1) 如果A 中的任一实体至多对应B 中的一个实体；且B中的任一实 体至多对应A中的一个实体，则称A 与B是一对一联系。 例：电影院观众与座位实体集之间、乘车旅客与车票之间、病人与 病床之间等都是一对一联系。
a1
b1 b2 b3 b4 1
A
a2
a3
a4
a5 示范
N B 表示 17
b5
3.2 概念模型与数据模型
⑶ 多对多联系（M:N） 如果A中至少有一个实体对应B中一个以上实体，且B中 也至少有一个实体对应A中一个以上实体，则称A与B是多对 多联系。 例如：学生与课程、工厂与产品、商品与顾客等都是多对多联 系。
1.现实世界 泛指存在于人们头脑之外的客观世界，其中存在着各种事物，事 物间又具有不同的联系。为了用数据库系统来解决现实世界中的问题， 就必须先深入实际，把要解决的问题调查清楚，分析与问题有关的事 物及其联系。 关键词：事物——联系 2.信息世界 是现实世界在人们头脑中的反映。客观事物在观念世界中称为实 体，反映事物联系的是实体模型（概念模型）。 关键词：实体——联系——概念模型 3.数据世界 信息世界中的信息经数字化处理形成计算机能够处理的数据，就 进入了数据世界。现实世界中的实体及其相互联系被转换成数据世界 中的数据及其联系，这种联系是用数据模型描述的。 关键词：数据——联系——数据模型