數(shù)據(jù)模型與概念模型.ppt

第2章 數(shù)據(jù)模型與概念模型,什么是數(shù)據(jù)模型 概念模型 常見的數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)模型,為什么要建立數(shù)據(jù)模型（Data Model）？ 象蓋大樓的設(shè)計(jì)圖一樣，DM可使所有的 項(xiàng)目參與者都有一個(gè)共同的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 避免出現(xiàn)問題再解決（邊干邊改的方式） 可及早發(fā)現(xiàn)問題 加快應(yīng)用開發(fā)速度,數(shù)據(jù)模型,通俗來講，數(shù)據(jù)模型就是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模擬、描述或表示。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足的三個(gè)要求：,（1）比較真實(shí)地描述現(xiàn)實(shí)世界；,（2）易為用戶所理解；,（3）易于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。,數(shù)據(jù)模型的構(gòu)成,數(shù)據(jù)模型的三要素 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)的表示方法（數(shù)據(jù)的組織形式），是一種靜態(tài)特征的描述 數(shù)據(jù)操作 數(shù)據(jù)操作是指對(duì)數(shù)據(jù)庫的查詢、修改、刪除和插入等操作，是一種動(dòng)態(tài)特征的描述 完整性約束 數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)間聯(lián)系應(yīng)具有的制約和依賴規(guī)則 如：一個(gè)系可有多個(gè)學(xué)生，一個(gè)學(xué)生只能屬于一個(gè)系,數(shù)據(jù)模型的分類,根據(jù)不同的抽象層次，數(shù)據(jù)模型分為三類 概念數(shù)據(jù)模型 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型 / 邏輯數(shù)據(jù)模型 物理數(shù)據(jù)模型,(1) 現(xiàn)實(shí)管理系統(tǒng)的用戶與計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員之間的專業(yè)差異。,(2) 用戶理解與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的矛盾。,現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)化過程,數(shù)據(jù)模型的分類,概念數(shù)據(jù)模型 現(xiàn)實(shí)世界的事物經(jīng)過人腦的抽象加工，提取出對(duì)用戶有用的信息，經(jīng)過組織整理加工形成結(jié)合現(xiàn)實(shí)世界和計(jì)算機(jī)世界之間的中間模型 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的初始階段擺脫具體技術(shù)問題，集中精力分析數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系 最常用的概念模型是E-R模型 概念模型與具體的DBMS無關(guān)，它必須轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)模型，才能在DBMS中實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)模型的分類,結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型（邏輯數(shù)據(jù)模型） 面向用戶建模，它是用戶從數(shù)據(jù)庫所看到的數(shù)據(jù)模型 是具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型（網(wǎng)狀/層次 /關(guān)系/面向?qū)ο螅?既要面向用戶，也要面向系統(tǒng) 一般由概念模型轉(zhuǎn)換得到,數(shù)據(jù)模型的分類,物理數(shù)據(jù)模型 面向具體的DBMS，面向機(jī)器，描述數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu) 不僅與具體的DBMS有關(guān)，還與操作系統(tǒng)和硬件有關(guān) 為保證其獨(dú)立性和可以執(zhí)行，大部分PDM的實(shí)現(xiàn)工作由系統(tǒng)自動(dòng)完成，而設(shè)計(jì)者只設(shè)計(jì)索引、聚簇等特殊結(jié)構(gòu),現(xiàn)實(shí)世界,信息世界 概念模型,機(jī)器世界 物理模型,認(rèn)識(shí)抽象,轉(zhuǎn)換,邏輯模型,第2章 數(shù)據(jù)模型與概念模型,什么是數(shù)據(jù)模型 概念模型 常見的數(shù)據(jù)模型,基本術(shù)語,實(shí)體 客觀存在并可相互區(qū)別的事物 如：每個(gè)學(xué)生、每個(gè)職工、學(xué)生的一次注冊(cè) 實(shí)體集 同類實(shí)體的集合 如：全體教師、所有學(xué)生的注冊(cè) 屬性 實(shí)體的某一特性 如：姓名、年齡、性別、職稱、注冊(cè)時(shí)間、宗教,概念模型,概念模型,碼（Key） 能唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性（或?qū)傩约希?如：學(xué)號(hào)、系號(hào)、身份證號(hào)碼 域（Domain） 屬性的取值范圍，即屬性的域 如：學(xué)號(hào)的域：8位字符串；年齡的域：1275 聯(lián)系（Relationship） 現(xiàn)實(shí)世界中事物之間的聯(lián)系 如：一個(gè)班級(jí)有多個(gè)學(xué)生；一個(gè)系有多個(gè)班級(jí) ,概念模型,術(shù)語的對(duì)應(yīng)關(guān)系,實(shí)體集 同型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。例如，全體學(xué)生就是一個(gè)實(shí)體集。,概念模型,聯(lián)系的分類 實(shí)體集內(nèi)部的聯(lián)系，即實(shí)體集內(nèi)部實(shí)體之間的聯(lián)系； 實(shí)體集之間的聯(lián)系，即一個(gè)實(shí)體集中的實(shí)體與另一實(shí)體集中實(shí)體的聯(lián)系。,概念模型,實(shí)體集之間的聯(lián)系分為三類 （1） 一對(duì)一聯(lián)系（11）對(duì)于實(shí)體集A和實(shí)體集B來說，如果對(duì)于A中的每一個(gè)實(shí)體a，B中至多有一個(gè)實(shí)體b與之聯(lián)系；而且，對(duì)于實(shí)體集B和實(shí)體集A來說，也是如此，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有一對(duì)一聯(lián)系，記為11。 如：一個(gè)班級(jí)只有一個(gè)班長，一個(gè)公司只有一個(gè)總經(jīng)理，一個(gè)組只有一個(gè)組長 ,概念模型,（2）一對(duì)多聯(lián)系（1n）對(duì)于實(shí)體集A中每一個(gè)實(shí)體，在實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，而且，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中至多有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集和實(shí)體集具有1對(duì)多的聯(lián)系，記為1n。 如：一個(gè)班主任管理多個(gè)學(xué)生，一個(gè)項(xiàng)目經(jīng)理管理多個(gè)組員，一個(gè)教師可以教授多門課程 ,概念模型,（3）多對(duì)多聯(lián)系（mn）如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系；同時(shí)，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中有m個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱和具有多對(duì)多聯(lián)系，記為mn。 如：一個(gè)學(xué)生可以選修多門課程，一門課程可以被多個(gè)學(xué)生選修；一份訂單可以訂購多種產(chǎn)品，一種產(chǎn)品可以被多份訂單訂購 ,概念模型,ER模型的圖示形式就稱為ER圖。ER 圖提供了用圖形表示實(shí)體型、屬性和聯(lián)系的方 法。ER圖的要點(diǎn)如下： 實(shí)體型 用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實(shí)體名。,學(xué)生,教師,概念模型,屬性 用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實(shí)體連接起來。,概念模型,聯(lián)系 聯(lián)系本身：用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實(shí)體連接起來，同時(shí)在無向邊旁標(biāo)上聯(lián)系的類型（1:1、1:n或m:n）,概念模型,聯(lián)系 聯(lián)系的屬性：聯(lián)系本身也是一種實(shí)體型，也可以有屬性。如果一個(gè)聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也要用無向邊與該聯(lián)系連接起來。,概念模型,實(shí)例 課程、教師與參考書三個(gè)實(shí)體型 一門課程可以有若干個(gè)教師講授， 使用若干本參考書， 每一個(gè)教師只講授一門課程， 每一本參考書只供一門課程使用,概念模型,實(shí)例 供應(yīng)商、項(xiàng)目、零件三個(gè)實(shí)體型；一個(gè)供應(yīng)商可以供給多個(gè)項(xiàng)目多種零件； 每個(gè)項(xiàng)目可以使用多個(gè)供應(yīng)商供應(yīng)的零件； 每種零件可由不同供應(yīng)商供給。,概念模型,實(shí)例 職工實(shí)體型內(nèi)部具有領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)系； 某一職工（干部）“領(lǐng)導(dǎo)”若干名職工； 一個(gè)職工僅被另外一個(gè)職工直接領(lǐng)導(dǎo)；,隨堂練習(xí)1,設(shè)有商店和顧客兩個(gè)實(shí)體，“商店”的屬性有商店編號(hào)、商店名、地址、電話，“顧客”的屬性有顧客編號(hào)、姓名、地址、年齡、性別。假設(shè)一個(gè)商店有多個(gè)顧客購物，一個(gè)顧客可以到多個(gè)商店購物，顧客每次區(qū)商店購物有一個(gè)消費(fèi)金額和日期。試畫出ER圖，并注明屬性和聯(lián)系類型。,隨堂練習(xí)2,設(shè)有一局部應(yīng)用，包括3個(gè)實(shí)體“科室”、“醫(yī)生”、“病人”，且有如下事實(shí)：每位醫(yī)生屬于且僅屬于一個(gè)科室；每個(gè)科室有多位醫(yī)生可以接診病人；病人根據(jù)自己的癥狀選擇相應(yīng)的科室就診；一位病人在同一科室中多次看病時(shí)，每次可能由不同的醫(yī)生為其診斷。設(shè)科室的屬性包括科室代碼、科室名稱，醫(yī)生的屬性包括工號(hào)、姓名、職稱，病人的屬性包括姓名、年齡、工作單位。試畫出ER圖，并注明屬性和聯(lián)系類型。,第2章 數(shù)據(jù)模型與概念模型,什么是數(shù)據(jù)模型 概念模型 常見的數(shù)據(jù)模型,常見的數(shù)據(jù)模型,基于樹的層次模型（hierarchical model） 20世紀(jì)60年代末到70年代初 基于圖的網(wǎng)狀模型（network model） 20世紀(jì)70年代 基于表的關(guān)系模型（relational model） 20世紀(jì)80年代至今 基于對(duì)象的面向?qū)ο竽Ｐ停∣bject Oriented Model） 研究開發(fā)中,層次模型,20世紀(jì)60年代末到70年代初 有且僅有一個(gè)根節(jié)點(diǎn)；其它節(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父節(jié)點(diǎn),根結(jié)點(diǎn),葉結(jié)點(diǎn),葉結(jié)點(diǎn),層次模型（續(xù)）,教員學(xué)生層次數(shù)據(jù)庫的一個(gè)實(shí)例,層次模型,優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn) 不能表示兩個(gè)以上實(shí)體之間的復(fù)雜聯(lián)系和實(shí)體之間的多對(duì)多聯(lián)系；嚴(yán)格的層次順序使數(shù)據(jù)插入和刪除操作變得復(fù)雜，容易產(chǎn)生冗余、插入異常、刪除異常、修改異常等。,網(wǎng)狀模型,20世紀(jì)70年代 允許一個(gè)以上節(jié)點(diǎn)無父節(jié)點(diǎn) 一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)父節(jié)點(diǎn),網(wǎng)狀模型（續(xù)）,例如：一個(gè)學(xué)生可以選修若干門課程，某一課程 可以被多個(gè)學(xué)生選修，學(xué)生與課程之間是多對(duì)多 聯(lián)系。 引進(jìn)一個(gè)學(xué)生選課的聯(lián)結(jié)記錄，由3個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)組成 學(xué)號(hào) 課程號(hào) 成績 表示某個(gè)學(xué)生選修某一門課程及其成績,網(wǎng)狀模型（續(xù)）,學(xué)生/選課/課程的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型,網(wǎng)狀模型（續(xù)）,學(xué)生/選課/課程的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫實(shí)例,網(wǎng)狀模型,優(yōu)點(diǎn) 能夠更直接的描述現(xiàn)實(shí)世界 缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)大，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，不利于用戶掌握；DDL和DML語言復(fù)雜，用戶不容易使用；程序員要為訪問數(shù)據(jù)設(shè)置存取路徑，加重編程負(fù)擔(dān)。,關(guān)系模型,20世紀(jì)80年代 在用戶觀點(diǎn)下，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，它由行和列組成。,學(xué)生登記表,屬性,元組,關(guān)系模型（續(xù)）,例1. 學(xué)生、系、系與學(xué)生之間的一對(duì)多聯(lián)系： 學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系號(hào)，年級(jí)） 系 (系號(hào)，系名，辦公地點(diǎn)) 例2. 學(xué)生、課程、學(xué)生與課程之間的多對(duì)多聯(lián)系： 學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系號(hào)，年級(jí)） 課程（課程號(hào)，課程名，學(xué)分） 選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績）,關(guān)系模型,優(yōu)點(diǎn) 使用表的概念，簡(jiǎn)單直觀；直接表示實(shí)體之間的多對(duì)多聯(lián)系；具有更好的數(shù)據(jù)獨(dú)立性。 缺點(diǎn) 關(guān)系模型中的數(shù)據(jù)聯(lián)系是靠數(shù)據(jù)冗余實(shí)現(xiàn)的，由于數(shù)據(jù)冗余，使得關(guān)系的空間效率和時(shí)間效率較低；關(guān)系模型的連接等操作開銷較大，需要較高性能的計(jì)算機(jī)的支持。,面向?qū)ο竽Ｐ?對(duì)象模型 使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)來表示信息世界的實(shí)體類型及實(shí)體之間聯(lián)系的模型稱為對(duì)象模型。,對(duì)象,封裝,消息,面向?qū)ο竽Ｐ?優(yōu)點(diǎn) （1）適合處理各種各樣的數(shù)據(jù)類型：例如圖片、聲音、視頻、文本、數(shù)字等。 （2）面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合：提供了一個(gè)集成應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)。 （3）提高開發(fā)效率：面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型提供強(qiáng)大的特性，例如繼承、多態(tài)和動(dòng)態(tài)綁定，這樣用戶不用編寫特定對(duì)象的代碼就可以構(gòu)成對(duì)象并提供解決方案。,面向?qū)ο竽Ｐ?缺點(diǎn) （1）沒有準(zhǔn)確的定義：很難提供一個(gè)準(zhǔn)確的定義來說明面向?qū)ο驞BMS應(yīng)建成什么樣 （2）維護(hù)困難：隨著組織信息需求的改變，對(duì)象的定義也要求改變并且需移植現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫，以完成新對(duì)象的定義。 （3）不適合所有的應(yīng)用：面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型用于需要管理數(shù)據(jù)對(duì)象之間存在的復(fù)雜關(guān)系的應(yīng)用，它們特別適合于特定的應(yīng)用，例如工程、電子商務(wù)、醫(yī)療等，但并不適合所有應(yīng)用。,對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)模型,1. 對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)模型的概念 對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)模型使用二維表表示數(shù)據(jù)，它包括關(guān)系表和對(duì)象表兩種。關(guān)系表屬于關(guān)系模型，關(guān)系的屬性對(duì)應(yīng)于表的列，關(guān)系的元組對(duì)應(yīng)于表的行，關(guān)系模型裝不支持方法。對(duì)象表屬于面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，支持面向?qū)ο蟮幕竟δ埽瑢?duì)象的類抽象對(duì)應(yīng)二維表，類的實(shí)例（對(duì)象）對(duì)應(yīng)于表中的行，類的屬性對(duì)應(yīng)于表的列，通過對(duì)象可調(diào)用方法。,. 對(duì)象表的數(shù)據(jù)類型和表結(jié)構(gòu)特點(diǎn),（1）對(duì)象表的屬性支持復(fù)合數(shù)據(jù)類型 關(guān)系表強(qiáng)調(diào)屬性數(shù)據(jù)只能是不可分割的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)項(xiàng)，復(fù)合數(shù)據(jù)是不允許出現(xiàn)的。對(duì)象表的數(shù)據(jù)可以是基本項(xiàng)，也可以是組合數(shù)據(jù)項(xiàng)。,學(xué)生信息的對(duì)象表結(jié)構(gòu),（2）對(duì)象表的屬性支持可變長數(shù)組類型,關(guān)系表的屬性不支持?jǐn)?shù)組類型，更不支持可變長的數(shù)組類型。對(duì)于一些數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不確定的信息，關(guān)系表只能獨(dú)立新建表的方法解決。對(duì)象表增加了數(shù)組類型，用戶可以使用可變長的數(shù)組類型保存記錄中數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不一樣的屬性數(shù)據(jù)。,學(xué)生-選課的對(duì)象表,（3）對(duì)象表的屬性支持嵌入表數(shù)據(jù)類型,對(duì)象表中的屬性，不僅可以是復(fù)合數(shù)據(jù)、數(shù)組數(shù)據(jù)等帶結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，還可以是嵌套表，信息結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、更豐富。嵌套表有行和列，表的長短與具體元組有關(guān)。,課程號(hào) 課程名 成績 C20 數(shù)據(jù)庫 72 C11 C語言 87 C32 軟件工程 76,課程號(hào) 課程名 成績 C20 數(shù)據(jù)庫 86 C32 軟件工程 75,課程號(hào) 課程名 成績 C20 數(shù)據(jù)庫 67,隨堂練習(xí),1、( )屬于信息世界的模型，實(shí)際上是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次。 A.數(shù)據(jù)模型 B.概念模型 C.E-R圖 D.關(guān)系模型,2、