数据模型及组成要素
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。
数据模型与结构数据模型
一些基本术语
关系：关系就是二维表，它满足如下性质 ：
– 关系表中的每一列都是不可再分的基本属性。 – 表中各属性不能重名。 – 表中的行、列次序并不重要。
元组：表中的每一行称作是一个元组，它 相当于一个记录值。
属性：表中的每一列是一个属性值的集合 ，列可以命名，称为属性名。
– 数据结构 – 数据操作 – 数据的约束条件
数据结构
• 数据结构用于描述系统的静态特性，研究 与数据类型、内容、性质有关的对象，例 如关系模型中的域、属性、关系等。
数据操作
• 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 部门的操作规则。
• DB中主要的操作有查询和更新两大类。 • 数据操作规定了数据模型的动态特性。
抚养
N
子女
姓名 性别 出生日期
关系
设计E-R模型的几点说明
1)定义与当前和可预见的将来应用有关的实 体,属性,联系
2)实体有多方面的性质,属性没有. 3)实体的属性一定是单值的,若为多值则定义
为另一实体,并建立联系. 4)联系也可以有属性.
2.3 结构数据模型
2.3.1结构数据模型的组成要素
• E.F.Codd指出:一个基本数据模型实质上是 一组向用户提供的规则.这组规则规定数据 结构如何组织以及相应地允许进行何种操 作.
1.公司分若干部门，每个部门有一个名字，一个编号和
一个管理该部门的雇员（经理）并记录下该雇员开始 管理该部门的日期，一个部门可以分散在几个地点。
2.一个部门控制若干项目，每个项目有一个名字，一个 编号和一个单独的地点。
3.保存每个雇员的名字、社会保险号、地址、工资、性 别和出生日期。一个雇员隶属一个部门但可在由不同 部门控制的几个项目中工作，要求记录雇员每周在各 个项目中工作的时数。
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
计算机科学与技术——数据库系统原理
第一章数据库系统概述本章学习重点：1.数据库系统的三级模式结构2.数据模型中概念层模型（E-R）模型域逻辑层模型（关系模型）第一节数据库基本概念一、数据（Data）：是描述事物的符号记录，是指用物理符号记录下来的、可以鉴别的信息包括数字、字母、文字、特殊字符组成的文本数据，也可以是图形、图像、动画、影像、声音、语言等多媒体数据。
例如，日常生活和工作中使用的客户档案记录、商品销售记录等都是数据二、数据库（Database,简称DB）1.定义：是长期储存在计算机中的有组织的、可共享的（大量）数据集合2.数据库中存储的数据具有永久存储、有组织和可共享三个基本特点三、数据库管理系统（Data Management System,简称DBMS）数据库管理系统产生的时期是20世纪60年代后期DBMS必须具有将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态的功能，这就是数据库的故障恢复1.定义：是位于应用程序（用户）与操作系统之间的一层数据管理软件2.主要功能（1）数据定义功能：提供数据定义语言（DDL）定义数据库中的数据对象例如：表、视图、存储过程、触发器等（2）数据操纵功能：提供数据操纵语言（DML）操纵数据实现对数据库的基本操作例如：查询、插入、删除和修改（3）数据库的运行管理：保证数据的安全性（用户只能使用视图定义中的数据，而不能使用视图定义外的其它数据）、完整性（数据的正确性、有效性和相容性，防止错误的数据进入数据库）、多用户对数据的并发使用以及发生故障后的系统恢复（4）数据库的建立和维护功能：创建数据库及对数据库空间的维护、数据库的备份与恢复功能、数据库的重组织功能和性能监视、分析等数据库恢复采用的方法：建立检查点、建立副本、建立日志文件（5）数据组织、存储和管理功能例如：索引查找、顺序查找（6）其他功能：主要包括与其他软件的网络通信功能、不同数据库管理系统之间的数据传输以及相互访问功能等四、数据库系统（Database System,DBS）：是指在计算机中引入数据库技术之后的系统1.通常一个完整的数据库系统包括数据库、数据库管理系统及相关实用工具、应用程序、数据库管理员和用户2.数据库管理员（Database Administrator,DBA）：专门负责对数据库进行维护，并保证数据库正常、高效运行第二节数据管理技术的发展一、人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）特点：1.数据不保存2.应用程序管理数据3.数据面向应用注意：记录内无结构，整体无结构二、文件系统阶段（20世纪50年代后期到60年代中期）缺陷：数据冗余、数据不一致、数据联系弱特点：1．数据的管理者：文件系统，数据可长期保存2．数据面向的对象：某一应用程序3．数据的共享程度：共享性差、冗余度大4．数据的结构化：记录内有结构，整体无结构5．数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序6．数据控制能力：应用程序自己控制三、数据库系统阶段（20世纪60年代后期以来）特点：1.数据集成2.数据共享性高3.数据冗余度小4.数据一致性5.数据独立性高6.实施统一管理与控制7.减少应用程序开发与维护的工作量第三节数据库系统的结构一、数据库系统的三级模式结构1.模式：也称为概念模式或逻辑模式，它是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图2.外模式：也称为子模式（Subschema）或用户模式，它是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述DBMS提供子模式描述语言（Subschema DDL）来严格地定义子模式3.内模式：也称为存储模式（Storage Schema），它是对数据库中数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示形式4.三级模式结构的两层映像与数据独立性（1）外模式/模式映像（逻辑独立性）（2）模式/内模式映像（物理独立性）数据独立性：不会因为系统数据库存储（物理）结构与数据逻辑结构的变化而影响应用程序二、数据库系统的运行与应用结构1.客户/服务器（Client/Server,C/S）模式（需要下载）例如：QQ、桌面客户端游戏2.浏览器/服务器（Browser/Server,B/S）模式例如：网站、在线web游戏第四节数据模型一、数据特征与数据模型组成要素1.数据结构：描述的是系统的静态特性及数据对象的数据类型、内容、属性以及数据对象之间的联系2.数据操作：描述的是系统的动态特性，是对各种对象的实例允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则3.数据约束：描述数据结构中数据间的语法和语义关联，包括相互制约与依存关系以及数据动态变化规则，以保证数据的正确性，有效性与相容性二、数据模型的分类1.概念层数据模型（1）信息世界中的基本概念A．实体（Entity）: 客观存在并可相互区别的事物称为实体，可以是具体的人、事、物或抽象的概念，B．属性（Attribute）：实体所具有的某种特性称为实体的属性，一个实体可以由多个属性来描述C．码或键（Key）：唯一标识实体的属性集称为码D．域（Domain）：属性的取值范围称为该属性的域E．实体型（Entity Type）：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型F．实体集（Entity Set）：同型实体的集合称为实体集G．联系（Relationship）：现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系实体型间联系：★一对多1：N★一对一1：1★多对多N：M（2）概念模型的表示方法概念模型：用来描述现实世界的事物，与具体的计算机系统无关表达用户需求观点的数据全局逻辑结构的模型最典型的概念模型是实体联系（E-R）2.逻辑层数据模型（1）层次模型（2）网状模型（3）关系模型（4）面向对象模型在面向对象技术中，相同元素的有序集合，并且允许有重复的元素的复合数据类型是列表类型3.物理层数据模型：也称为数据的物理模型（Physical Model），其描述数据在存储介质上的组织结构，是逻辑模型的物理实现，即每一种逻辑模型在实现时都有与其相对应的物理模型逻辑模型是从数据库实现的观点出发，对数据建模第二章关系数据库本章学习重点：1.关系数据库的相关概念2.关系规范化理论，各个范式之间的转化关系第一节关系数据库概述系统而严格地提出关系模型的是美国IBM公司的E.F.Codd1.1970年提出关系数据模型2. E.F.Codd在1970年发表了论文《Communication of the ACM》3.之后，提出了关系代数和关系演算的概念4.1972年提出了关系的第一、第二、第三范式5.1974年提出了关系的BC范式关系数据库应用数学方法来处理数据库中的数据80年代后，关系数据库系统成为最重要、最流行的数据库系统典型实验系统：System R、University INGRES典型商用系统：ORACLE（占有率最高）、SYBASE、INFORMIX、IBM DB2课程中使用的是MySQL第二节关系数据模型一、关系数据结构关系模型的数据结构非常简单，只包含单一的数据结构，即关系基本术语：1.表（Table）：表，也称为关系，是一个二维的数据结构，它由表名构成表的各个列（如学号、姓名等）及若干行数据（各个学生的具体信息）组成。
数据库原理与应用智慧树知到答案章节测试2023年安徽中医药大学
绪论单元测试1.数据模型的三要素是数据结构、数据操作、数据完整性约束( ).A:错B:对答案:B2.数据模型的三要素是数据检索、数据更新、数据删除( ).A:对B:错答案:B3.数据模型的三要素是主键、元组、属性( ).A:错B:对答案:A第一章测试1.下列选项中，( )不是数据库系统的特点.A:数据共享B:数据独立性高C:数据完整性D:数据冗余很高答案:D2.数据模型的三要素是( ).A:数据检索、数据更新、数据删除B:实体、属性、联系C:数据结构、数据操作、数据完整性约束D:主键、元组、属性答案:C3.在下面的两个关系中,学号和学院代号分别为学生关系和学院关系的主键(或称主码),则外键是什么.学生(学号,姓名,学院代号,成绩)学院(学院代号,学院名称,学生人数) ( )A:学生关系的”学院代号”B:学院关系的”学院名称”C:学生关系的”学号”D:学院关系的”学院代号”答案:A4.设有顾客和商品两个实体,每个顾客会购买多种商品,每种商品会有多个顾客购买,则顾客和商品实体之间的联系类型是( ).A:1:1B:m:n答案:B5.一个结点只能有一个双亲,结点之间只可以有一对多联系的模型是( ).A:网状模型B:层次模型C:关系模型答案:B第二章测试1.从关系数据库中选出部分列的查询操作是( ).A:选择B:投影C:连接D:除答案:B2.关系R与关系S只有一个公共属性,T1是R与S作θ条件连接的结果,T2是R与S自然连接的结果,则( ).A:T1的属性个数大于或等于T2的属性个数B:T1的属性个数小于T2的属性个数C:T1的属性个数大于T2的属性个数D:T1的属性个数等于T2的属性个数答案:C3.一个关系模式只有一个( ).A:外键B:主键C:组合键D:候选键答案:B4.设关系R和S的属性个数分别为2和3，那等价于（）.A:1B:1C:1D:1答案:D5.设关系R和S具有相同的目，且它们相对应的属性的值取自同一个域，则R-(R-S)等于（）。
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。
数据模型的组成要素
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
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。
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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。
2.3 指针
在网络模型中，指针用于建立不同实体之间的连接。
每个实体都可以包含一个或多个指针，指向其他实体。
这样，一个实体可以同时属于多个关系。
2.4 多对多关系
在网络模型中，一个实体可以与多个其他实体相关联。
这种多对多的
关系允许更灵活的数据组织和查询。
在学生信息管理系统中，一个学
生可以参加多个课程，而一门课程也可以有多名学生。
三、关系模型
关系模型是目前最常用的数据库模型之一，它将数据组织成二维表格
的形式。
关系模型使用关系代数和关系演算来描述数据操作和查询。
3.1 表格
在关系模型中，数据被组织成一张张表格。
每个表格代表了一个实体
集或关系类型，并且由行和列组成。
每行表示一个记录或元组，每列
表示一个属性或字段。
3.2 主键
在关系模型中，主键是用来唯一标识每个记录的属性或属性集合。
主
键保证了表格中每条记录的唯一性，并且可以作为其他表格中外键的
引用。
3.3 外键
在关系模型中，外键是连接两个表格之间关系的属性或属性集合。
外
键引用了另一个表格中的主键，用于建立表格之间的关联。
3.4 关系操作
在关系模型中，可以使用关系代数和关系演算来进行数据操作和查询。
关系代数提供了一组基本操作，如选择、投影、连接和除等。
关系演
算则通过谓词逻辑来描述查询条件。
四、对象模型
对象模型是一种将面向对象思想应用于数据库设计的模型。
它将数据
组织成对象的集合，并且支持面向对象的概念，如继承、多态和封装等。
4.1 对象
在对象模型中，数据被组织成一组对象。
每个对象都有自己的属性和
方法，并且可以与其他对象进行交互。
4.2 类
在对象模型中，类是一种抽象数据类型，用于定义相同属性和方法的
一组对象。
类可以包含其他类作为其成员，并且支持继承和多态等特性。
4.3 继承
在对象模型中，继承允许一个类从另一个类派生出来，并且继承其属
性和方法。
这样可以实现代码的重用和层次化设计。
4.4 封装
在对象模型中，封装允许将数据和方法封装到一个单独的对象中，并
且对外部隐藏内部实现细节。
这样可以提高代码的可维护性和安全性。
4.5 多态
在对象模型中，多态允许不同类型的对象对相同的消息做出不同的响应。
这样可以实现更灵活和可扩展的代码设计。
总结：
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。
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。
层次模型将数据组织成树形结构，每个节点代表一个实体或
记录，父子节点之间存在着“一对多”的关系。
网络模型通过使用指
针来建立不同实体之间的连接，支持多对多关系和更灵活的查询。
关系模型将数据组织成二维表格的形式，使用主键和外键来建立表格之间的关联，并且支持关系代数和关系演算进行操作和查询。
对象模型将数据组织成对象集合，并且支持面向对象的概念，如类、继承、封装和多态等。
不同的数据模型适用于不同场景，选择合适的数据模型可以提高数据库设计和应用开发效率。