文章目录
一、两类数据模型
- 模型：实现世界特征的模拟和抽象。
- 数据模型（Data Model）：是现实世界数据特征的抽象。（数据的表现形式）
- 数据模型的作用：提供给我们模型化数据和信息的工具。表示事物本身以及事物与事物之间的关系。（数据以什么样的形式存入数据库）
- 数据模型应满足三方面要求：
- 能比较真实地模拟现实世界；
- 容易为人所理解；
- 便于在计算机上实现。
- 数据模型地分类：根据模型应用地不同目的，可以将模型分为两类（两个不同层次）。
1. 概念模型（信息模型）
·按照用户地观点对数据和信息建模；
·独立于计算机系统；
·主要用于数据库基本结构（框架）的设计，是数据库设计人员进行数据库设计的依据。
2.逻辑模型和物理模型（数据模型）
-
逻辑（结构）模型
- 按计算机系统的观点对数据建模；
- 决定了DBMS的类型。
-
物理模型
- 对数据最低层的抽象；
- 描述数据在系统内部的表示方式和存取方法。
逻辑模型决定物理模型
二、概念模型
1.概念模型中的基本概念
- 实体（Entity）：客观存在并可相互区别的事物。
- 属性（Attribute）：实体所具备的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。
- 域（Domain）：属性的取值范围称为该属性的域。
- 实体集（Entity Set）：所用属性名完全相同的实体的集合。
- 实体型（Entity Type）：实体集的名及所用属性名的集合。
- 联系（Relationship）
（1）实体内部的联系：组成实体的各属性之间的联系。
（2）实体之间的联系：不同实体集之间的联系。※
①一对一联系（1：1）
②一对多联系（1：n）
③多对多联系（m：n）
2.概念模型的表示方法
P.P.S.Chen 1976
实体—联系方法（Entity-Relationship Approach）E-R方法
或称为实体-联系模型，简称为E-R模型或E-R图
E-R图它在描述客观世界中实体、实体属性及实体间的联系时采用不同的图形记号：
实体型：用矩形表示，矩形中写明实体名；
属性：用椭圆表示，用无向边链接实体；
联系：用菱形表示，用无向边连接相应的实体，并在无向边上标明联系的类型。
注意：
- E-R图可以表示两个以上实体间的联系
- 某些联系也具有属性；
- 一个实体内部的一部分成员可以和另一部分成员有联系（is part of），称为自回路（自回路不是实体）。
3.概念模型的设计
分析E-R图的方法：找实体和联系
设计E-R图的方法：自底向上设计
- 需求分析
（1）任务：收集数据库所有用户的信息内容和处理需求，加以规格化和分析。
需求分析是整个设计过程的基础，是最困难、最费时的一步。
（2）成果：数据字典（DD）
（3）建立数据字典
（4）建立数据流图
- 设计分E-R图（某几个实体之间的E-R图）
- 由分E-R图合并成总E-R图
说明：ER图的结果不一定唯一：
- 本身就有多种实现解决方案
- 因为需求描述不够精确，不同的理解方式会产生不同的正确结果。
三、数据模型
数据模型通常由数据结构、数据造作和完整性约束三部分组成
1.数据结构
是所研究的对象类型的集合
作用：
- 数据结构是对系统静态特性的描述；
- 数据结构是刻画模型性质最基本的描述（数据模型的核心）。通常按照数据结构的类型来命名数据模型。
2.数据操作
指对数据库中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。
- 数据库的两大类操作：
- 检索
- 更新（包括插入、删除和修改）
数据操作是对系统动态特性的描述。
3.数据的完整性约束条件
是一组完整性规则的集合
- 完整性规则：是指数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。
*
四、最常用的数据模型
数据模型根据采用的数据结构的类型，可划分为一下几种类型：
1.层次模型——树
- 数据结构：树型
- 限制条件：
- 只有一个结点没有双亲结点——根结点、
- 根以外的其他结点有且只有一个双亲结点
- 层次模型的数据操纵与完善性约束
层次模型的数据操纵主要有查询、插入删除和更新。进行插入、删除、更新操作时要满足层次模型的完整性约束条件。 - 层次模型的优缺点：
优点：
（1）其数据结构比较简单清晰；
（2）查询效率高；
（3）层次模型提供了良好的完整性支持。
缺点：
（1）现实世界中跟多联系时非层次性的，如结点之间具有多对多联系，不适合用层次模型表示；
（2）如果一个结点育有多个双亲结点等，用层次模型表示这类联系就根笨拙，只能通过引入冗余数据（易产生不一致性）或创建非自然的数据结构（引入虚拟结点）来解决。
（3）查询子女结点必须通过双亲结点；
（4）由于结构严密，层次命令趋于程序化。
2.网状模型
典型代表：DBTG系统
- 网状数据模型的数据结构
限制条件：
（1）允许一个以上的结点无双亲；
（2）一个结点可以有多余一个的双亲。
- 网状模型的数据操纵与完善性约束
网状模型一般来说没有层次模型那样严格的完整性约束条件，但具体的网状数据库系统对数据操纵都加了一些限制，提供了一定的完整性约束。 - 网状模型的优缺点：
优点：
（1）能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲，结点之间可以有多种联系。
（2）具有良好的性能，存取效率较高；
缺点：
（1）结构比较复杂，而且随着应用环境地扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于用户的掌握；
（2）网状模型的DDL、DML复杂，并且要嵌入某一种高级语言。用户不容易掌握，不容易使用
（3）由于记录之间的联系是通过存取路径实现的，应用程序在访问数据时必须算则适当的存取路径，因此用户必须了解系统结构的细节，加重了编写应用程序的负担。
3. 关系模型——二维表
关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式由1970年IBM公司E.F.Codd首先提出。
- 关系数据模型的数据结构——二维表
- 相关概念：
- 关系（Relation）：二维表；
- 元组（Tuple）：表中的一行即为一个元组（记录）；
- 属性（Attribute）：表中的一列即为一个属性（字段）；
- 属性名：一个属性的名字（字段名）；
- 域（Domain）：属性的取值范围；
- 分量：元组中的一个属性值（关系的每一个分分量须是一个不可分割的数据项，既不能存在表表结构）（单元格）；
- 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）
- 码（或关键字，简称键，Key）
（1）键：在一个关系中，能唯一标识一元组的属性集
①候选键：不含多余属性的键。
②主键：关系模式中正在使用的候选键。
（2）外键：关系模式R中的某属性集A（A不是R的主键）是另一关系模式S的主键，则A是R的外键。
-
关系模型的数据操纵与完善性约束
关系模型的数据操纵主要包括查询、插入、删除和更新数据。这些操作必须满足关系的完整性约束条件。关系的完整性约束条件包括三大类：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。 -
关系模型的优缺点：
优点：
（1）关系模型与格式化模型不同，它是建立在严格的数学概念的基础上的。
（2）关系模型的概念单一。无论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关系（即表）。所以其数据结构简单、清晰，用户易懂易用。
（3）关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性，也简化了程序元的工作和数据库开发建立的工作。
缺点：由于存取路径对用户是隐蔽的，查询效率往往不如格式化数据模型。为了提高性能，数据库管理系统必须对用户的查询请求进行优化，因此增加了开发数据库管理系统的难度。
