ch02數(shù)據(jù)模型

1、第第2 2章章 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型2012. 022目錄 Contentsn2.1 數(shù)據(jù)模型的概念數(shù)據(jù)模型的概念n2.2 層次數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)模型*n2.3 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型*n2.4 關系數(shù)據(jù)模型關系數(shù)據(jù)模型n2.5 對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價n2.6 E-R數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型n2.7 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型*32.1 數(shù)據(jù)模型的概念n回顧：回顧：ANSI-SPARC三層抽象三層抽象n數(shù)據(jù)庫模式：數(shù)據(jù)庫的（總體）描述，也稱數(shù)據(jù)庫的內(nèi)涵n數(shù)據(jù)庫中的三種數(shù)據(jù)模式：n外模式（external schema）或稱子模式（subschema）：分別描述數(shù)據(jù)的不同視圖n概念模

2、式（conceptual schema）：描述數(shù)據(jù)庫中所有實體、屬性與關系，以及完整性約束n內(nèi)模式（internal schema）：描述數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部模型，包括數(shù)據(jù)域與存儲記錄的定義、表示方法、索引與存儲結(jié)構(gòu)等42.1 數(shù)據(jù)模型的概念n數(shù)據(jù)模式（結(jié)果）需要數(shù)據(jù)模型（手段）來描述n數(shù)據(jù)模式（數(shù)據(jù)模式（data schema）：）：運用某種數(shù)據(jù)模型（手段）對一個企業(yè)（enterprise）或組織（organization）的一組相關數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、聯(lián)系和約束的描述（結(jié)果）n數(shù)據(jù)模型（數(shù)據(jù)模型（data model）：）：用來描述數(shù)據(jù)的一組概念和定義，這種描述包括三個要素/兩個方面：n數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu) 靜態(tài)特

3、性n數(shù)據(jù)的邏輯/物理結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)間的聯(lián)系n數(shù)據(jù)中的約束 靜態(tài)特性n語義施加在數(shù)據(jù)上的約束（稱完整性約束）n數(shù)據(jù)上的操作 動態(tài)特性n如何檢索、更新（增、刪、改）數(shù)據(jù)52.1 數(shù)據(jù)模型的概念n多級數(shù)據(jù)模型多級數(shù)據(jù)模型（multi-level data model）n概念數(shù)據(jù)模型（conceptual data model）n面向現(xiàn)實世界/用戶，與DBMS無關ne.g. E-R模型、O-O模型n邏輯數(shù)據(jù)模型（logical data model）n既面向用戶、又面向?qū)崿F(xiàn)ne.g. 網(wǎng)狀模型、層次模型、關系模型、O-O模型n物理數(shù)據(jù)模型（physical data model）n面向機器世界/實現(xiàn)，描述

4、數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)。與DBMS、OS、硬件有關 62.1 數(shù)據(jù)模型的概念用戶1用戶2用戶3用戶1用戶2用戶3內(nèi)模式外模式1外模式2外模式3概念模式用戶視圖1用戶視圖2用戶視圖3全局視圖（企業(yè)模式）機器世界機器世界現(xiàn)實世界現(xiàn)實世界概念內(nèi)映象外概念映象用戶接口DBMS（建模）（建模）（實現(xiàn)）（實現(xiàn)）（轉(zhuǎn)換）（轉(zhuǎn)換）（轉(zhuǎn)換）（轉(zhuǎn)換）用概念用概念數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)模型描述用物理用物理數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)模型描述用邏輯用邏輯數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)模型描述Figure: The DB Modeling, Schema Conversion and Implementation Process7目錄 Contentsn2.

5、1 數(shù)據(jù)模型的概念數(shù)據(jù)模型的概念n2.2 層次數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)模型*n2.3 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型*n2.4 關系數(shù)據(jù)模型關系數(shù)據(jù)模型n2.5 對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價n2.6 E-R數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型n2.7 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型*82.2 層次數(shù)據(jù)模型n一、結(jié)構(gòu)n對事物及其特征的描述n記錄記錄（Record）及其字段字段（Field）；簡單數(shù)據(jù)類型。n對事物聯(lián)系的描述n雙親子女關系雙親子女關系（PCR）；只能表示二元1：N聯(lián)系，表示其他聯(lián)系需引進虛擬記錄虛擬記錄（Virtual Record）。n數(shù)據(jù)模式n利用若干PCR型構(gòu)成的記錄型之間的一棵有向樹。n二、約

6、束n模式本身固有的約束，無其他語義約束。 n三、操作三、操作n對樹/森林的遍歷。一次一記錄。 92.2 層次數(shù)據(jù)模型n數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)n用樹結(jié)構(gòu)表示實體之間聯(lián)系的模型叫層次模型n樹由節(jié)點和連線組成n節(jié)點代表實體型n連線表示兩實體型間的一對多聯(lián)系n樹的特性n每棵樹有且僅有一個節(jié)點無父節(jié)點，稱為樹的根n樹中的其它節(jié)點都有且僅有一個父節(jié)點n代表產(chǎn)品nIBM的IMS數(shù)據(jù)庫，1969年研制成功102.1 層次數(shù)據(jù)模型地址系名系號教研室名教研室號年級姓名學號職稱姓名職工號系教研室學生教員1 : N聯(lián)系實體型112.1 層次數(shù)據(jù)模型R1101計算機D02數(shù)據(jù)庫R01G1王明S0012教授何璧E1101G2鄭直S00

7、20G3周密S0199網(wǎng)絡R02人工智能R03講師劉新E3721教授王恩E1234助教付弈E3721122.1 層次數(shù)據(jù)模型n缺點n支持的聯(lián)系種類太少n只支持二元一對多聯(lián)系n只允許實體集間的一種聯(lián)系，不支持實體集間的多種聯(lián)系n數(shù)據(jù)操縱不方便n子結(jié)點的存取只能通過父結(jié)點來進行n插入、刪除復雜，父結(jié)點的刪除導致子結(jié)點的刪除，丟失必要的信息13IMS的數(shù)據(jù)存儲A1B3B2B1C8C7C6C5C4C3C2C1A1B1C1C2C3B2C4C5B3C6C7C8鄰接法：自頂向下、自左向右排列14目錄 Contentsn2.1 層次數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)模型*n2.2 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型*n2.3 關系數(shù)據(jù)模

8、型關系數(shù)據(jù)模型n2.4 對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價n2.5 E-R數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型n2.6 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型*15目錄 Contentsn2.1 數(shù)據(jù)模型的概念數(shù)據(jù)模型的概念n2.2 層次數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)模型*n2.3 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型*n2.4 關系數(shù)據(jù)模型關系數(shù)據(jù)模型n2.5 對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價n2.6 E-R數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型n2.7 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型*162.3 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型n一、結(jié)構(gòu)n對事物及其特征的描述n記錄記錄（Record）及其數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)項（Date Item）；簡單數(shù)據(jù)類型、向量、重復組。 n對事物聯(lián)系

9、的描述n系系（Set）；只能表示二元1：N聯(lián)系，表示其他聯(lián)系需引進聯(lián)系聯(lián)系記錄記錄（Linking Record）。為增加靈活性，可有單屬系單屬系、多屬系多屬系、無首系無首系。 n數(shù)據(jù)模式n利用若干SET型構(gòu)成的記錄型之間的一個有向圖。 n二、約束n模式本身固有的約束；系籍約束系籍約束（Set Membership Constraints）。 n三、操作三、操作n對圖的遍歷。典型的導航式操作導航式操作（Navigational Operations）；n一次一記錄。 172.3 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型n數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)n是一個滿足下列條件的有向圖n可以有一個以上的節(jié)點無父節(jié)點n至少有一個節(jié)點有多于一個的父節(jié)點（

10、排除樹結(jié)構(gòu)）n節(jié)點代表實體型，有向邊（從箭尾到箭頭）表示兩實體型間的一對多聯(lián)系科室科室醫(yī)生醫(yī)生病房病房病人病人實體型1 : N聯(lián)系182.3 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型學生學生課程課程選課選課年級姓名學號學分課程名課程號成績課程號學號AC1S1AC2S1BC1S2A-C2S2CC1S3S1S2S3C1C2192.3 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型n缺點n結(jié)構(gòu)復雜n語言復雜n1964年，美國通用電器公司Bachman等人開發(fā)成功的IDS (Integrated Data Store)奠定了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的基礎20目錄 Contentsn2.1 數(shù)據(jù)模型的概念數(shù)據(jù)模型的概念n2.2 層次數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)模型*n2.3 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型網(wǎng)

11、狀數(shù)據(jù)模型*n2.4 關系數(shù)據(jù)模型關系數(shù)據(jù)模型n2.5 對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價n2.6 E-R數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型n2.7 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型*212.4 關系數(shù)據(jù)模型n一、結(jié)構(gòu)n是以集合論中的關系(Relation)概念為基礎的。 n定義：屬性屬性和域域n要描述現(xiàn)實世界中的一個事物，常常取其若干特征來表示，每個特征稱為屬性屬性(Attibute)。n每個屬性對應一個值的集合，作為其取值范圍，稱為該屬性的域域(Domain)。ne.g. “性別”是人的屬性，其域是男，女 or M，F(xiàn) or 男，女，未知，變性n注注：a. 域中的值是原子數(shù)據(jù)原子數(shù)據(jù)(Atomic D

12、ata)，這種限制稱第一第一范式范式(First Normal Form,1NF)條件；如域中的值可以是組合數(shù)組合數(shù)據(jù)據(jù)(Aggregated Data)，稱非第一范式非第一范式(Non-First Normal Form,NF2)條件.nb. 關系模型中允許某些屬性的值未知或無值，此時，用空值空值NULL表示。 222.4 關系數(shù)據(jù)模型n定義：笛卡爾積、元組和分量n給定一組域D1，D2，Dn，這些域中可以有相同的，它們的笛卡爾積笛卡爾積(Cartesian Product)定義為以下集合：nD1D2Dn=(d1, d2, , dn)| diDi, i=1, 2, , n。n其中，每個元素(d

13、1, d2, , dn) 稱作一個n元組元組(n-tuple)。元素中每個值叫作一個分量分量(Component)。n注：笛卡爾積可表示成一個二維表表(Table)。 232.4 關系數(shù)據(jù)模型ne.g. D1: 男人=王兵，李平, D2: 女人=丁美，吳芳, D3: 兒童=王小兵，李小平，吳小芳 則，D1D2D3=(王兵,丁美,王小兵), (王兵,丁美, 李小平), (王兵,丁美,吳小芳),(王兵,吳芳,王小兵), (李平,吳芳,李小平),(李平,吳芳,吳小芳) 其可表示成一個二維表：行行(Row)D1D2D3王兵丁美王小兵王兵丁美李小平王兵丁美吳小芳李平吳芳李小平李平吳芳吳小芳列列(Colu

14、mn)242.4 關系數(shù)據(jù)模型n定義：關系關系nD1D2Dn的某個子集稱定義在域D1,D2,Dn上的一個關系關系(Relation)。n用R(A1 / D1,A2 / D2,An / Dn)或R(A1,A2,An)表示。n其中，R為關系名關系名，Ai為屬性名屬性名，n為關系的目目(Degree)。n對關系也要區(qū)分其型(Type)和值(Value), 其型稱為關系的模式模式(Schema)/內(nèi)涵內(nèi)涵(Intension); 其值稱為關系的實例實例(Instance)/外延外延(Extension)。n注注：a. 關系的性質(zhì)： 關系必須滿足要求1NF條件； 行、列的次序無所謂； 任意兩行不能全同；

15、 列是同質(zhì)的同質(zhì)的（Homogeneous）。nb. 關系既可用來表示一個實體，又用來表示實體間的聯(lián)系。 252.4 關系數(shù)據(jù)模型n定義：鍵鍵和和超鍵超鍵n關系中滿足如下兩個條件的屬性（組）稱為此關系的候選鍵候選鍵(candidate key)，或簡稱鍵鍵(Key): a. 決定性條件：這個屬性（組）的值唯一地決定了其他屬性的值（因而也決定了整個元組）； b. 最小性條件：這個屬性（組）的任何真子集均不滿足決定性條件。n關系中包含鍵的屬性（組）稱為超鍵超鍵(Superkey, i.e. superset of a key)。ne.g. 學生（學號，姓名，性別，專業(yè)，入學年度，ID-no）nke

16、y1=學號，key2= ID-no 。而學號，性別、學號，ID-no 不是key，而是superkey。學號、 ID-no 也是superkey。 262.4 關系數(shù)據(jù)模型n定義：主鍵主鍵和和外鍵外鍵n在關系模式機器實現(xiàn)時，從一個關系中（多個）鍵中選定一個作為此關系模式的鍵，稱被選定者為主鍵主鍵(Primary Key, PK)。其他鍵稱為候補鍵候補鍵(Alternate Key)。n若一個關系中某個屬性（組）并不是本關系的主鍵，但它的值引用了其他關系（或本關系）的主鍵的值，則稱這個屬性（組）為本關系的外鍵外鍵(Foreign Key, FK)。 n若鍵由所有的屬性構(gòu)成，則此屬性組稱為全鍵全鍵

17、(all key)。n包含在任何一個候選鍵中的屬性稱為主屬性主屬性主屬性(prime attribute) 。n不包含在任何候選鍵中的屬性稱為非主屬性非主屬性(non-prime attribute) 。272.4 關系數(shù)據(jù)模型ne.g. 學生(學號, 姓名, 班級) PK = 學號 課程(課程號, 課程名, 學分) PK = 課程號 學生選課(學號，課程號，成績） PK = 學號，課程號 FK1 = 學號，F(xiàn)K2 = 課程號。ne.g. 部門(部門號，部門名，地點) PK = 部門號 職工(職工號，姓名，工種，主管經(jīng)理，所在部門號) PK = 職工號 FK1 = 主管經(jīng)理，F(xiàn)K2 = 所在部

18、門號282.4 關系數(shù)據(jù)模型n二、約束n關系模式R(A1 / D1,A2 / D2,An / Dn)的定義實際上僅僅指出了R的任一實例r中的每個元組t應滿足的語法語法條件： r = t D1D2Dn 在實現(xiàn)時，域Di通常用數(shù)據(jù)類型(及取值規(guī)則)來表示。n但是，數(shù)據(jù)是有語義約束語義約束的（即完整性約束完整性約束）。n設rc是R的所有滿足完整性約束的元組的集合，顯然應： r = t rc D1D2Dnn因此，一個好的DBMS應盡可能地具備完整性約束的定義定義和檢查檢查機制。n“定義”在模式定義時申明；“檢查”在數(shù)據(jù)庫初始加載及事后更新時進行。 292.4 關系數(shù)據(jù)模型n完整性約束的類型n域完整性約

19、束域完整性約束(Domain Integrity Constraints)n屬性值應在域中取值n屬性值是否可為NULLn實體完整性約束實體完整性約束(Entity Integrity Constraints)n每個關系應有一個PK，每個元組的PK值應唯一。n引用完整性約束引用完整性約束(Referential Integrity Constraints)n一個關系中的FK值必須引用（另一個關系或本關系中）實際存在的PK值，否則只能取NULL。n一般完整性約束一般完整性約束 / 業(yè)務規(guī)則業(yè)務規(guī)則(Business Rules)n由特定應用領域中的業(yè)務規(guī)則所決定。n迄今為止還沒有一個DBMS完全實

20、現(xiàn)了所有的完整性約束，但總的趨勢是朝這個方向努力。 302.4 關系數(shù)據(jù)模型n三、操作n有兩類/三種表達能力上等價的操作：n關系代數(shù)操作關系代數(shù)操作(Relational Algebra Operations) 用關系代數(shù)來表示。包括傳統(tǒng)的集合運算(并、交、差、笛卡爾積、外并，etc.)和關系專用操作(選擇、投影、連接、除、外連接，etc.)n關系演算關系演算(Relational Calculus) 用謂詞演算來表示。根據(jù)變量是元組還是域進一步區(qū)分為： 元組關系演算元組關系演算(Tuple Relational Calculus) 域關系演算域關系演算(Domain Relational C

21、alculus)312.4 關系數(shù)據(jù)模型n關系代數(shù)操作關系代數(shù)操作篩選型操作篩選型操作n選擇選擇(Selection)n選出關系r中滿足的元組，構(gòu)成一個新的關系。（橫向篩選）n( r ) = t | t r AND ne.g. deptno = 2 AND job = salesman(emp)n投影投影(Projection)n選出關系r中由所示的諸屬性列值，構(gòu)成一個新的關系。（縱向篩選）n( r ) = t | t rne.g. job, sal (emp) 322.4 關系數(shù)據(jù)模型n關系代數(shù)操作關系代數(shù)操作傳統(tǒng)的集合運算傳統(tǒng)的集合運算n要求參與運算的關系要求參與運算的關系并兼容并兼容(U

22、nion Compatibility), 即即具有相同的目、且對應的屬性域相同。具有相同的目、且對應的屬性域相同。n并并(Union)nrs = t | t r OR t s ne.g. (deptno = 2 AND job = salesman (emp) (deptno = 1 (emp)n差差(Difference)nr s = t | t r AND (t s) ne.g. (deptno = 2(emp) (job = manager (emp)n交交(Intersection)n不是獨立的操作。因為不是獨立的操作。因為rs = r(rs)332.4 關系數(shù)據(jù)模型n關系代數(shù)操作關系

23、代數(shù)操作拼接型操作拼接型操作n笛卡爾積笛卡爾積(Cartesian Product)nrs = | t r AND g s n序偶序偶稱元組稱元組t與元組與元組g的拼接的拼接(Concatenation)nrs的目為的目為nr+ns，元組數(shù)為，元組數(shù)為|r|s|。ne.g. empdept342.4 關系數(shù)據(jù)模型n關系代數(shù)操作關系代數(shù)操作拼接型操作拼接型操作n連接連接(Join)：從兩個關系 r 和 s 的所有元組拼接中選出滿足者，構(gòu)成一個新關系。nr s = (rs)n的一般形式為：C1 AND C2 AND AND Ck 其中，Ci形式為: AiBi, Ai, Bi分別為r, s中的屬性。

24、為關系運算符。n故連接也稱連接(Theta-join)。當為“=”時，有兩類特殊連接：n等連接(Equijoin)：在連接結(jié)果中保留兩關系中重復的屬性列。n自然連接(Natural Join)：在連接結(jié)果中只保留兩關系中重復屬性列中之一。n在實際中，連接常指自然連接。ne.g. emp emp.deptno = dept.deptno deptn另外，因rs = r TURE s，故笛卡爾積與連接不是相互獨立的操作，實際中常取其一。而且連接更有意義。 352.4 關系數(shù)據(jù)模型n關系代數(shù)操作關系代數(shù)操作其他操作其他操作n除除(Division)、外連接外連接(Outer Join)、外并外并(U

25、nion)n與前述操作不獨立。而且很少使用。 n綜上所述，, , , , 或, , , , 是關系完備操作集關系完備操作集。而支持關系完備操作集的DBMS稱關系完備的關系完備的(Relationally Complete)。n目前，大部分SQL RDBMS e.g. Oracle, Sybase, SQL Server 是關系完備的，而大部分PC數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) e.g. Foxbase, FoxPro 不是關系完備的。362.4 關系數(shù)據(jù)模型n關系代數(shù)操作表達式對應一顆語法樹語法樹/查詢樹查詢樹 empnoenamejobsaldeptno25張三accountant4000130李四manage

26、r5000231王五salesman3000232趙六salesmam35002deptnodnameLoc1財務部Shanghai2市場部Nanjing關系關系 emp:關系關系 dept:enameLoc張三Shanghai李四Nanjing結(jié)果：結(jié)果：語法查詢樹：語法查詢樹： ename, loc (sal4000 ( emp emp.deeptno = dept.deptno dept ) ) ename, locsal4000 emp.deeptno = dept.deptnoempdept37目錄 Contentsn2.1 數(shù)據(jù)模型的概念數(shù)據(jù)模型的概念n2.2 層次數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)

27、模型*n2.3 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型*n2.4 關系數(shù)據(jù)模型關系數(shù)據(jù)模型n2.5 對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價n2.6 E-R數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型n2.7 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型*382.5 對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價n一、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型n傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型(Traditional Data Models)n層次、網(wǎng)狀、關系模型。n非傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型非傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型 / 后關系模型后關系模型(Post Relational Data Models)nER (Entity/Relationship)、O-O (Object-Oriented)、基于邏輯的(Logic)模型。 392

28、.5 對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價n二、評價n肯定之處肯定之處n向用戶提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。n數(shù)據(jù)與程序之間具有相當程度的獨立性。n向用戶提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫語言。n在數(shù)據(jù)共享性、安全性、完整性及故障恢復等方面提供了足夠的保障。n總之，從文件系統(tǒng)到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)管理技術不能不說是一個飛躍。尤其是關系數(shù)據(jù)模型(RDBMS),在量大面廣的聯(lián)機事務處理(OLTP)系統(tǒng)中基本上能滿足應用的需求。40目錄 Contentsn2.1 數(shù)據(jù)模型的概念數(shù)據(jù)模型的概念n2.2 層次數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)模型*n2.3 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型*n2.4 關系數(shù)據(jù)模型關系數(shù)據(jù)模型n2.5 對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評價對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的評

29、價n2.6 E-R數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型n2.7 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型*412.6 E-R數(shù)據(jù)模型n1976年，Peter Pin-Shan Chen在論文：The entity-relationship modeltoward a unified view of data, in: ACM Transactions on Database Systems (TODS), Volume 1, Issue 1, March 1976, Pages: 936. 中首先提出ER模型時有三個目的，現(xiàn)主要作為數(shù)據(jù)建模（即DB概念設計概念設計）的有力工具。Peter Pin-Shan Chen模型稱

30、基本ER模型，后來有許多擴充版本，稱擴充擴充ER模型模型(Extended ER Data Model, EER)。n觀點n世界是由一組稱作實體的基本對象和這些對象之間的聯(lián)系構(gòu)成的。422.6 E-R數(shù)據(jù)模型n一、基本ER模型n三種抽象三種抽象 n實體實體(Entity)與弱實體弱實體(Weak Entity)對事物的一種抽象。 實體集(Entity Set)：對同類事物的一種抽象。 實體(Entity)：實體集中的一個實例，是對某個具體事物的一種描述。 e.g. 實體集S = e e是學生；而張三,李四,王五,S,是一個個學生。 實體鍵&實體主鍵：同關系模型中的概念。 e.g. “學

31、號”是“學生”實體的實體鍵 / 實體主鍵。 弱實體：不能獨立存在，依附與其他實體集中的某個實體（稱所有者實體）。其實體鍵必須包含其所有者實體的鍵。 e.g. “職工”與“家屬”，“電影廠”與“攝制組”。432.6 E-R數(shù)據(jù)模型n屬性屬性(Attribute)對事物（或事物間聯(lián)系）特征的一對事物（或事物間聯(lián)系）特征的一種抽象。種抽象。 原子屬性：不可再分的數(shù)據(jù)項。 e.g. 學號，姓名，性別，專業(yè)，是學生的屬性。 非原子屬性： 組合屬性/元組屬性 e.g. 通訊地址：（郵編，街區(qū)） 街區(qū)：（街道名，號碼，住宅號） 多值屬性/集合屬性 e.g. 選修課程：C語言，DB，匯編 442.6 E-R數(shù)

32、據(jù)模型n聯(lián)系聯(lián)系(Relationship)對事物之間某種關系的一種抽象。n如學生與老師間的授課關系，學生與學生間有班長關系。n聯(lián)系也可以有屬性，如學生與課程之間有選課聯(lián)系，每個選課聯(lián)系都有一個成績作為其屬性。n聯(lián)系集聯(lián)系集：事物之間同類聯(lián)系所組成的一個集合。n聯(lián)系聯(lián)系：聯(lián)系集中的一個實例。 e.g. 聯(lián)系集MARR(M,F)= e1Me2Fe1與e2是夫妻；而, , ,MARR是一對對夫妻。452.6 E-R數(shù)據(jù)模型n聯(lián)系聯(lián)系(Relationship)n聯(lián)系的語義約束聯(lián)系的語義約束結(jié)構(gòu)約束(Structural Constraints)n基數(shù)比基數(shù)比(Cardinality Ratio)對

33、聯(lián)系R（E1,E2,En）,當n = 2時，二元聯(lián)系(Binary Relationship)：1:1, 1:N, M:N當n 2時，多元聯(lián)系(Multiway Relationship) e.g.三元聯(lián)系：1：1：1，1：1：P，M：N：P, etc.當n = 1時, 自聯(lián)系/遞歸聯(lián)系(Recursive Relationship):1:1, 1:N, M:Nn參與度參與度(Participation)對聯(lián)系R（E1，E2，En）中的某個Ei，若 ei Ei均參與聯(lián)系R，則稱實體集Ei是全參與的(Total);若 ei Ei不參與聯(lián)系R，則稱實體集Ei是部分參與的(Partial)。462.

34、6 E-R數(shù)據(jù)模型n一、基本ER模型nER數(shù)據(jù)模式與ER圖 n運用ER模型對一個企業(yè)的全體數(shù)據(jù)進行建摸得出的結(jié)果程ER數(shù)據(jù)模式，簡稱ER模式(ER Schema)，其常用ER圖(ER Diagram)的形式表示。472.6 E-R數(shù)據(jù)模型nER圖的符號(Notation)實體名實體名1實體名實體名2實體名實體名3聯(lián)系名聯(lián)系名1弱實體名弱實體名聯(lián)系名聯(lián)系名2屬性名屬性名1屬性名屬性名u屬性名屬性名n屬性名屬性名1屬性名屬性名k屬性名屬性名1屬性名屬性名s屬性名屬性名2屬性名屬性名1屬性名屬性名1屬性名屬性名v. . . . . . .1MP11482.6 E-R數(shù)據(jù)模型nER圖例子：從Stanf

35、ord Univ.s textbook中拷貝的ER圖moviepresidentstarstudiocrewstars-inunit-ofrun-byowned-byMNN1111Nsequel-oforiginalsequelN1titleyearlennamegenderaddrewardnameaddclassNonameCERT#start-date492.6 E-R數(shù)據(jù)模型nER圖例子：用ER Modeling tool 創(chuàng)建的ER圖ne.g., Sybases PowerDesigner 9.5502.6 E-R數(shù)據(jù)模型n二、擴充ER模型n特殊化特殊化(Specialization

36、)與普遍化與普遍化(Generalization) 超實體超實體子實體子實體1子實體子實體md / o. . .部分特殊化部分特殊化全特殊化全特殊化不相交特殊化不相交特殊化重疊特殊化重疊特殊化特殊化特殊化普遍化普遍化51特殊化n自頂向下、逐步求精的數(shù)據(jù)庫設計過程n實體集中某些子集具有區(qū)別于該實體集內(nèi)其它實體的特性，可以根據(jù)這些差異特性對實體集進行分組，這一分組的過程稱作特殊化n父類 子類n子類特例更小的實體集更多的屬性n一個銀行帳號可以有存款帳號、貸款帳號n學生可以有研究生、本科生52特殊化n特殊化在E-R圖中的表示n特殊化用標記為ISA的圖形來表示nISA = “is”，表示高層實體和低層實

37、體之間的“父類子類”聯(lián)系本科生本科生研究生研究生學生學生ISAISA碩士碩士ISAISA博士博士姓名姓名學號學號DissertationDissertationPapersPapers軍訓軍訓53普遍化n自底向上、逐步合成的數(shù)據(jù)庫設計過程n各個實體集根據(jù)共有的性質(zhì)，合成一個較高層的實體集。n普遍化是一個高層實體集與若干個低層實體集之間的包含關系n普遍化 Vs 特殊化n普遍化與特殊化是個互逆的過程，在E-R圖中的表示方法是相同的。n特殊化強調(diào)同一實體集內(nèi)不同實體之間的差異，普遍化強調(diào)不同實體集之間的相似性n反映了數(shù)據(jù)庫設計的不同方法542.6 E-R數(shù)據(jù)模型n二、擴充ER模型n聚集聚集(Aggr

38、egation)n參與某個聯(lián)系的全部實體組成一個新實體（稱聚集），其屬性是所有這些實體的屬性及這個聯(lián)系的屬性之并。n聚集可象一般的實體一樣參與聯(lián)系。這樣，聯(lián)系也可參與聯(lián)系了。 聯(lián)系聯(lián)系聯(lián)系聯(lián)系實體實體實體實體. . .聚集聚集實體實體屬性. . . . .屬性實體實體屬性. . .屬性屬性屬性55n實例：職工參加項目，并在此過程中可能使用機器聚集職工職工項目項目參加參加并并使用使用姓名姓名 工種工種名稱名稱類型類型機器名機器名型號型號方案方案1 1工時工時機器機器職工號項目號機器號工時e1j1m13e1j1m23e1j2m34e2j1m15e3j2null4e4j2null4e5j2null6

39、e6j2null556聚集職工號機器號e1m1e1m2e1m3e2m1職工號項目號工時e1j13e1j24e2j15e3j24e4j24e5j26e6j25職工職工項目項目參加參加姓名姓名 工種工種名稱名稱類型類型機器名機器名型號型號方案方案2 2工時工時使用使用機器機器e1在j1項目中使用什么機器？57n聚集是一種抽象，通過它聯(lián)系被作為高層實體集n實體集A與B以及它們的聯(lián)系可與另一實體集C發(fā)生聯(lián)系聚集ABR1R2C58聚集職工職工項目項目參加參加姓名姓名 工種工種名稱名稱類型類型機器名機器名型號型號工時工時使用使用機器機器59聚集職工號項目號工時e1j13e1j24e2j15e3j24e4j24e5j26e6j25職工號項目號機器號e1j1m1e1j1m2e1j2m3e2j1m1602.6 E-R數(shù)據(jù)模型n二、擴充ER模型n范疇范疇(Category)n不同類型的實體組成新實體，稱范疇。不同類型的實體組成新實體，稱范疇。范疇范疇實體實體1實體實體n. . .61設計實例n考慮一個學校數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它要存儲以下信息：n教師有