第五节 层次模型和网状模型
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
数据库系统的数据模型
1.1 数据模型概述
数据模型（Data Model）是对现实世界数据特征 的抽象，是用来描述数据的一组概念和定义。
现实世界 现实世界中的客观对象抽象为概念模型； 然后把概念模型转换为DBMS支持的数据模型。 认识抽象 其转换过程如右图。 概念数据模型： 概念数据模型：信息世界
数据模型的分类：
概念数据模型（又称概念模型） 逻辑数据模型（又称数据模型）
承担
合同号
科研项目
4）范畴
在描述现实世界时，有时要用到不同类型的实体组成的实体集， 引入了范畴这一抽象概念。设E1 、E2 、…En 是n个不同类型的实 体集，则范畴T可定义为： 其中：E1、E2、…En称为T的超实体集。 T ⊆ E1 ∪ E 2 ∪ ⋯ ∪ E n 例如，“银行账户”这个实体集的成员可能是单位，也可能是个 人。 身份证号 地址 姓名
（3）自反联系
表示同一个实体集两部分实体之间的联系，是一种特殊的二元 联系。这两部分实体之间的联系也可以区分为1：1、1：n和m： n三种。 例如，在“人”这个实体集中存在夫妻之间的1：1联系;教师 实体集中为了描述领导与被领导关系，可用1：n联系描述;在课 程实体集中存在一门课程与另外一门或几门课程之间的预选课 联系。
2）系（Set）
在网状数据模型中，数据间的联系用系表示。 系代表了两记录之间的1：n联系，系用一 条弧表示，箭头指向“n”方。“1”方的记 录称首记录，“n”方的记录称属记录。右 图是简单网状结构的例子。
班级 1 S1 n 学生 简单的网状结构 n S2 社团 1
3）系型
（1）单属系型
由主记录型和单一的属记录组成。 例如班级记录型和学生记录型组成的班级－学生系是单属系型。
例如，大学生可用姓名、学号、性别、系别等属性来描述。
数据库原理与应用第二版课后答案
数据库原理与应用第二版课后答案【篇一：数据库系统教程习题答案(施伯乐)(第2版)_数据库原理及应用】txt>第1章数据库概论1.1 基本内容分析1.1.1 本章的重要概念（1）db、dbms和dbs的定义（2）数据管理技术的发展阶段人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段和高级数据库技术阶段等各阶段的特点。
（3）数据描述概念设计、逻辑设计和物理设计等各阶段中数据描述的术语，概念设计中实体间二元联系的描述（1:1，1:n，m:n）。
（4）数据模型数据模型的定义，两类数据模型，逻辑模型的形式定义，er模型，层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型的数据结构以及联系的实现方式。
（5）db的体系结构三级结构，两级映像，两级数据独立性，体系结构各个层次中记录的联系。
（6）dbmsdbms的工作模式、主要功能和模块组成。
（7）dbsdbs的组成，dba，dbs的全局结构，dbs结构的分类。
1.1.2本章的重点篇幅（1）教材p23的图1.24（四种逻辑数据模型的比较）。
（2）教材p25的图1.27（db的体系结构）。
（3）教材p28的图1.29（dbms的工作模式）。
（4）教材p33的图1.31（dbs的全局结构）。
1.2 教材中习题1的解答1.1 名词解释1.2 试解释db、dbms和dbs三个概念。
答：db是长期存储在计算机内、有组织的、统一管理的相关数据的集合。
dbms是位于用户与os之间的一层数据管理软件，它为用户或应用程序提供访问db的方法。
dbs是实现有组织地、动态地存储大量关联数据、方便多用户访问的计算机硬件、软件和数据资源组成的系统，即采用数据库技术的计算机系统。
1.3 人工管理阶段和文件系统阶段的数据管理各有哪些特点？答：人工管理阶段主要有四个特点：数据不保存在计算机内；没有专用的软件对数据进行管理；只有程序的概念，没有文件的概念；数据面向程序。
文件系统阶段主要有五个特点：数据以“文件”形式长期保存；数据的逻辑结构与物理结构有了区别；文件组织已多样化；数据面向应用；对数据的操作以记录为单位。
数据库系统原理课程总结
数据库系统原理课程总结第一章数据库基础知识1.信息、信息特征及作用（1）信息的内容是关于客观事物或思想方面的知识。
（2）信息是有用的。
（3）信息能够在空间可时间上传递。
（4）信息需要一定的形式表示。
2.数据、数据与信息的关系及数据的特征（1）数据哟“型”与“值”之分。
（2）数据受数据类型和取值范围的约束。
（3）数据有定性表示和定量表示之分。
（4）数据应具有载体和多种表现形式。
3.手工管理数据库阶段（1）手工管理阶段不保存大量的数据。
（2）手工管理数据库阶段没有软件系统对数据刻库进行管理。
（3）手工管理阶段基本上没有“文件”概念。
（4）手工管理阶段是一组数据对应一个程序。
4.数据库技术的发展历程（1）出现了许多商品化的数据库管理系统。
（2）数据库技术成为实现和优化信息系统的基本技术。
（3）关系方法的理论研究和软件系统的研制取得了很大成果。
5.数据库系统的软件的组成（1）操作系统。
（2）数据库管理系统和主语言编译系统。
（3）数据库应用开发工具软件。
（4）数据库应用系统及数据库。
第二章数据库模型与概念模型1.数据模型的三要素a.数据结构b.数据操作c.数据约束条件2.常见的数据模型当前，数据库领域最常用的数据模型主要有3种，它们是层次模型，网状模型和关系模型。
3.层次模型1）层次模型的定义a.有且仅有一个节点没有双亲结点，这个节点成为根结点。
b.出去根节点之外的其他结点有且只有一个双亲结点。
2）层次模型的存储结构a.邻接存储法。
邻接存储法是按照层次书前序穿越的顺序，把所有纪录值依次邻接存放，即通过物理空间的位置相邻来安排层次顺粗，实现存储。
b.链接存储法。
链接存储法是指用引元来反映数据之间的层次联系，它主要有子女-兄弟链接法和层次序列链接法两种方法。
4.网状模型1）网状模型的基本特征a.有一个以上的结点没有双亲。
b.结点可以有多余一个的双亲。
5.关系模型1）关系模型的存储结构在关系数据库的物理组织中，关系以文件形式存储。
数据库三种模型的优缺点
数据库三种模型的优缺点层次模型优点：1. 数据结构简单清晰。
2. 因为记录之间的联系⽤有向边表⽰，这种联系在DBMS中通常使⽤指针实现，查询效率⾼。
层次模型数据库性能优于关系数据库，不低于⽹状数据库。
3. 提供了良好的完整性⽀持。
进⾏插⼊操作时，如果没有对应的双亲结点就不能插⼊它的⼦⼥结点值。
进⾏删除操作时，如果删除双亲结点，则相应的⼦⼥结点值也将被同时删除。
原⽂：缺点：1. 现实世界中的很多联系是⾮层次性的。
如果结点之间具有多对多联系，不再适合使⽤层次模型表⽰。
如果⼀个⼦⼥结点确实具有多个双亲结点，使⽤层次结构模型表⽰的时候就会出现⼤量的冗余，且操作复杂。
2. 查询⼦⼥结点必须通过双亲结点。
3. 由于结构严密，层次命令趋于程序化。
⽹状模型优点：1. 能够更为直接地表⽰现实世界。
2. 具有良好的性能，存取效率⾼。
缺点：1. 结构复杂，伴随应⽤环境的扩⼤，数据结构变得越来越复杂，不利于最终⽤户掌握。
2. ⽹状模型的数据定义语⾔和数据管理语⾔复杂。
3. 由于记录之间的联系通过存取路径实现，应⽤程序在访问数据的时候必须选择恰当的存取路径，因此⽤户必须了解系统结构的细节，导致加重了编写应⽤程序的负担。
关系模型优点：1. 关系模型建⽴在严格的数学概念的基础之上。
2. 关系模型概念单⼀。
⽆论是实体还是实体之间的联系都⽤关系来表⽰。
对数据的检索和更新结果也是基于关系（表）的。
所以，数据结构简单清晰，⽤户易懂易⽤。
3. 关系模型的存取路径对⽤户透明，从⽽具有较⾼的数据独⽴性，更好的安全保密性，也简化了程序员的⼯作和数据库开发建⽴的⼯作。
缺点：1. 由于存取路径对⽤户是透明的，查询效率往往不如格式化数据模型。
2. 为了提⾼系统性能，数据库管理系统必须对⽤户的查询请求进⾏优化。
列举access2016中定义的12种数据模型
列举access2016中定义的12种数据模型Access 2016是微软公司发布的一款用于数据库管理的软件，它拥有多种功能和模型用于数据管理与分析。
在Access 2016中，定义了12种数据模型，它们分别是关系模型、层次模型、网状模型、对象模型、文本模型、图片模型、音频模型、视频模型、空间模型、时间模型、知识模型和文档模型。
下面将逐一介绍这12种数据模型的定义及特点。
1.关系模型关系模型是最常见的数据模型之一，它基于表格的形式存储数据，并且使用关系把表格联系起来。
在关系模型中，数据以行和列的形式呈现，每一行代表一个记录，每一列代表一个字段。
通过表格之间的关系，可以进行复杂的数据查询和分析。
2.层次模型层次模型是一种树状结构的数据模型，它将数据组织成由根节点、子节点和叶子节点组成的层次关系。
在层次模型中，每个节点可以拥有多个子节点，但只能有一个父节点。
这种数据模型适合用于描述有序的层次关系，如组织结构、家谱等。
3.网状模型网状模型是一种用于描述复杂关联关系的数据模型，它允许一个实体和多个实体之间建立多对多的关联关系。
在网状模型中，数据以图形结构展现，每个实体都有其自身的属性，同时也可以与其他实体互相关联。
4.对象模型对象模型是一种用于描述现实世界中的事物及其关系的数据模型，它将数据抽象为对象，并通过对象之间的关联来呈现数据之间的关系。
对象模型可以用于描述现实世界中的实体和其行为，适用于面向对象的编程和设计。
5.文本模型文本模型是一种用于存储和处理文本数据的数据模型，它将文本数据以结构化的形式进行存储和管理，便于搜索和分析。
文本模型适用于对大量文本数据进行索引和检索，如文档管理、全文搜索等。
6.图片模型图片模型是一种用于存储和处理图片数据的数据模型，它将图片数据以二进制形式进行存储，并提供对图片的管理和展示功能。
图片模型适用于对大量图片数据进行管理和展示，如相册管理、图片搜索等。
7.音频模型音频模型是一种用于存储和处理音频数据的数据模型，它将音频数据以数字形式进行存储，并提供对音频的播放和管理功能。
数据库模型：分析数据库模型的种类、特点和设计
数据库模型是数据库设计中的核心要素之一，它定义了数据库中数据的组织和结构。
不同的数据库模型适用于不同的应用场景，并具有各自的特点和设计原则。
在本文中，我将介绍数据库模型的种类、特点和设计方法，帮助读者更好地理解和应用数据库模型。
介绍什么是数据库模型数据库模型是对数据库中数据组织和结构的一种抽象表示。
它描述了数据库中的实体、关系、属性之间的对应关系，以及对数据进行存储、检索、修改和删除等操作的规则和约束。
数据库模型是数据库实际设计的基础，决定了数据的可靠性、稳定性和高效性。
数据库模型的重要性数据库模型对数据库的性能、扩展性和易用性有着重要影响。
一个好的数据库模型能够更好地满足应用的需求，提高数据的存储效率和操作效率，同时降低数据冗余和数据不一致性的风险。
因此，选择合适的数据库模型对于数据库设计来说非常重要。
数据库模型的分类数据库模型可以分为以下几种主要类型：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型、文档模型和键值模型。
接下来，我们分别对这些模型进行详细介绍。
层次模型层次模型是数据库模型的一种最早的形式，它将数据组织成一个树状结构。
层次模型中的数据以父子关系进行组织，每个节点可以有多个子节点，但只能有一个父节点。
这种模型适用于嵌套关系比较简单的数据，例如组织机构、家族关系等。
层次模型的特点是简单直观，易于理解和操作，但对数据的表示能力有一定的限制。
网状模型网状模型是数据库模型的另一种较早期的形式，它将数据组织成一个图状结构。
网状模型中的数据以节点和边的形式表示，节点表示实体，边表示实体之间的关系。
不同于层次模型中只能有一个父节点的限制，网状模型中的节点可以有多个父节点和多个子节点。
这种模型适用于表示复杂的数据关系，例如供应链管理、电力系统等。
网状模型的特点是较好地解决了层次模型的限制，但对于数据操作的复杂性增加了一定的挑战。
关系模型关系模型是当前应用最广泛的数据库模型，它将数据以二维表的形式进行组织。
数据库关系模型
1.3 数据库系统结构
从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三 级模式结构，是数据库系统内部的系统结构 从数据库最终用户角度看（数据库系统外部的体系 结构） ，数据库系统的结构分为:
单用户结构 主从式结构 分布式结构 客户／服务器 浏览器／应用服务器／数据库服务器多层结构等
An Introduction to Database Systems
例如 学生记录型： （学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯） 一个记录值： （900201，李明，男，计算机，22，江苏）
An Introduction to Database Systems
数据库系统模式的概念（ 数据库系统模式的概念（续）
模式（ 模式（Schema） ）
数据库逻辑结构和特征的描述 是型的描述 反映的是数据的结构及其联系 模式是相对稳定的
工资 职工号 86051 姓名 陈平 职称 基本 讲师 1305 津贴 1200 职务 50 房租 160 水电 112 2283 扣除 实发
M
M
M
M
M
M
M
M
M
图1.27 一个工资表(表中有表 实例 一个工资表 表中有表)实例 表中有表
An Introduction to Database Systems
一个数据库只有一个模式 模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层
与数据的物理存储细节和硬件环境无关 与具体的应用程序、 与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关
An Introduction to Database Systems
模式（续） 模式（
模式的定义
数据的逻辑结构（ 数据项的名字、 类型、 取值范围等） 数据的逻辑结构 （ 数据项的名字 、 类型 、 取值范围等 ） 数据之间的联系 数据有关的安全性、 数据有关的安全性、完整性要求
网状模型的概念
网状模型的概念
网状模型是一种可以灵活地描述事物及其之间关系的数据库模型。
最早由美国的查尔斯·巴赫曼发明。
定义
现实世界中事物之间的联系更多的是非层次关系的，用层次模型表示这种关系很不直观，网状克服了这一弊病，可以清晰的表示这种非层次关系。
用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据结构模型称为网状模型（Network Model）。
网状模型取消了层次模型的不能表示非数状结构的限制，两个或两个以上的结点都可以有多个双亲结点，则此时有向树变成了有向图，该有向图描述了网状模型。
网状模型中以记录为数据的存储单位。
记录包含若干数据项。
网状数据库的数据项可以是多值的和复合的数据。
每个记录有一个惟一地标识它的内部标识符，称为码（DatabaseKey,DBK），它在一个记录存入数据库时由DBMS自动赋予。
DBK可以看作记录的逻辑地址，可作记录的替身，或用于寻找记录。
网状数据库是导航式（Navigation）数据库，用户在操作数据库时不但说明要做什么，还要说明怎么做。
例如在查找语句中不但要说明查找的对象，而且要规定存取路径。
数据库原理与应用教程课后习题答案
数据库原理与应用教程―SQL Server习题解答1.5 习题1．数据库的发展历史分哪几个阶段？各有什么特点？答：数据库技术经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统三个阶段。
1）人工管理阶段这个时期数据管理的特点是：数据由计算或处理它的程序自行携带，数据和应用程序一一对应，应用程序依赖于数据的物理组织，因此数据的独立性差，数据不能被长期保存，数据的冗余度大等给数据的维护带来许多问题。
2）文件系统阶段在此阶段，数据以文件的形式进行组织，并能长期保留在外存储器上，用户能对数据文件进行查询、修改、插入和删除等操作。
程序与数据有了一定的独立性，程序和数据分开存储，然而依旧存在数据的冗余度大及数据的不一致性等缺点。
3）数据库系统阶段数据库系统的特点如下：（1）数据结构化（2）较高的数据共享性…（3）较高的数据独立性（4）数据由DBMS统一管理和控制2．简述数据、数据库、数据库管理系统、数据库应用系统的概念。
答：数据是描述事物的符号记录，是信息的载体，是信息的具体表现形式。
数据库就是存放数据的仓库，是将数据按一定的数据模型组织、描述和存储，能够自动进行查询和修改的数据集合。
数据库管理系统是数据库系统的核心，是为数据库的建立、使用和维护而配置的软件。
它建立在操作系统的基础上，位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，它为用户或应用程序提供访问数据库的方法，包括数据库的创建、查询、更新及各种数据控制等。
凡使用数据库技术管理其数据的系统都称为数据库应用系统。
3．简述数据库管理系统的功能。
答：数据库管理系统是数据库系统的核心软件，一般说来，其功能主要包括以下5个方面。
(1) 数据定义和操纵功能(2) 数据库运行控制功能(3) 数据库的组织、存储和管理(4) 建立和维护数据库(5) 数据通信接口4．简述数据库的三级模式和两级映像。
答：为了保障数据与程序之间的独立性，使用户能以简单的逻辑结构操作数据而无需考虑数据的物理结构，简化了应用程序的编制和程序员的负担，增强系统的可靠性。
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第五节层次模型和网状模型
1. 层次模型
(1) 什么是层次模型
用树形(层次)结构表示实体及实体间联系的数据模型称为层次模型。
(2) 树中的每一个结点表示一个记录类型，连线表示双亲-子女关系。
因此，层次模型实际上是以记录类型为结点的有向树。
层次模型满足以下三个条件：
➢有且仅有一个结点无双亲结点，称为根结点。
➢根以外的其它结点有且仅有一个双亲结点。
➢没有子女结点的结点，称为叶结点。
(3) 层次模型的示例
层次模型这种结构方式反映了现实世界中数据的层次结构关系。
在现实世界中，许多实体之间的联系本身就是一种自然的层次结构关系，例如，学校行政机构的组织方式就是一种层次结构关系，如图1所示。
其实，所有企事业单位的行政机构的组织方式都是一种层次结构关系。
图1 学校行政机构的层次模型
(4) 层次模型的优点
在层次模型中，通过指针来实现记录之间的联系，查询效率较高。
(5) 层次模型的缺点
➢缺点1：由于从属结点有且只有一个双亲结点，所以它只能表示1：N联系，虽然有各种辅助手段实现M：N联系，但较复杂，用户不易掌握。
➢缺点2：由于层次顺序的严格和复杂，引起数据的查询和更新操作都很复杂，因此应用程序的编写也比较复杂。
(6) 层次模型的应用
层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型，层次数据库管理系统采用层次模型作为数据的组织方式。
层次数据库系统的典型代表是IBM公司于1968年推出的IMS(Information Management System)数据库管理系统，这是世界上第一个大型的商用数据库管理系统，曾经得到广泛的应用。
2. 网状模型
(1) 什么是网状模型
用网状结构表示实体及实体间联系的数据模型称为网状模型。
(2) 网中的每一个结点表示一个记录类型，联系用链接指针来实现。
网状模型满足以下两个条件：
➢允许有一个以上的结点无双亲结点。
➢一个结点可以有多个双亲结点。
这样，在网状模型中任何两个结点都可以有联系，从而能够描述客观世界中实体的M：N联系。
(3) 网状模型的示例
网状模型可以方便地表示各种类型之间的联系，如图2所示，给出了一个简单的城市之间的铁路交通联系的网状模型。
图2 铁路交通的网状模型
(4) 网状模型的优点
➢优点1：能表示多对多联系，能够直接描述复杂的关系。
➢优点2：在网状模型中，同样通过指针来实现记录之间的联系，查询效率较高。
(5) 网状模型的缺点
➢缺点1：编写应用程序比较复杂，程序员必须熟悉数据库的逻辑结构。
➢缺点2：数据的独立性比较差，程序和数据没有完全独立。
(6) 网状模型的应用
网状数据库管理系统采用网状数据模型作为数据的组织方式。
例如，Cullinet Software公司的IDMS，Honeywell公司的IDS/2，HP公司的IMAGE等都是一些比较成功的基于网状数据模型的数据库管理系统，并在20世纪70~80年代得到广泛的应用。
由于层次数据库管理系统和网状数据库管理系统的应用程序编写复杂，因此从20世纪80年代中期起其市场已被关系数据库管理系统产品所取代。