數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論8數(shù)據(jù)模型

1、授課主題授課主題第第8講講計劃學計劃學時時21.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型教學目的教學目的和要求和要求1、了解數(shù)據(jù)管理技術發(fā)展的三個階段及其特點、了解數(shù)據(jù)管理技術發(fā)展的三個階段及其特點2、理解數(shù)據(jù)模型的概念及其組成要素、理解數(shù)據(jù)模型的概念及其組成要素3、重點掌握數(shù)據(jù)模型中的概念模型的描述方法、重點掌握數(shù)據(jù)模型中的概念模型的描述方法教學重點教學重點和難點和難點概念模型的概念、聯(lián)系以及其具體的描述方法概念模型的概念、聯(lián)系以及其具體的描述方法-E-R圖圖教學內容教學內容1、數(shù)據(jù)管理技術的產生和發(fā)展、數(shù)據(jù)管理技術的產生和發(fā)展2、數(shù)據(jù)模型及、數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)模型的組成要素3、概念模型、概念模型教學過程教學過程見

2、課件見課件1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術的產生和發(fā)展數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程 人工管理階段人工管理階段 文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段人工管理階段1、背景：、背景： 時間：時間：20世紀世紀40年代中年代中-50年代中年代中 硬件：外存只有紙帶、卡片、磁帶，沒有磁盤硬件：外存只有紙帶、卡片、磁帶，沒有磁盤 軟件：沒有操作系統(tǒng)軟件：沒有操作系統(tǒng)2、特點：、特點： -數(shù)據(jù)不保存數(shù)據(jù)不保存 -無軟件管理，由應用程序直接管理數(shù)據(jù)無軟件管理，由應用程序直接管理數(shù)據(jù) -數(shù)據(jù)不共享數(shù)據(jù)不共享 -數(shù)據(jù)不具有獨立性數(shù)據(jù)不具有獨立性文件管理階段1、背景、背景 時間：時間：20

3、世紀世紀50年代末年代末-60年代中年代中 硬件：有了磁盤、磁鼓等直接存儲設別硬件：有了磁盤、磁鼓等直接存儲設別 軟件：有了操作系統(tǒng)軟件：有了操作系統(tǒng)2、特點、特點 -數(shù)據(jù)可以長期保存數(shù)據(jù)可以長期保存 -由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù) -共享性差，冗余大共享性差，冗余大 -數(shù)據(jù)獨立性差數(shù)據(jù)獨立性差應用程序1文件組1應用程序2應用程序n文件組2文件組n存取方法數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段1、背景：、背景： 時間：時間：60年代末年代末 硬件：大容量磁盤，硬件價格下降硬件：大容量磁盤，硬件價格下降 軟件：軟件價格上升軟件：軟件價格上升2、特點：、特點：1）數(shù)據(jù)結構化數(shù)據(jù)結構化(p9圖圖1.5,1.6)2）

4、共享性高，冗余度低，易擴充）共享性高，冗余度低，易擴充3）數(shù)據(jù)獨立性高）數(shù)據(jù)獨立性高4）數(shù)據(jù)由）數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制統(tǒng)一管理和控制-數(shù)據(jù)的安全性（數(shù)據(jù)的安全性（Security）保）保護護-數(shù)據(jù)的完整性（數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢）檢查查-并發(fā)（并發(fā)（Concurrency）控制）控制-數(shù)據(jù)庫恢復（數(shù)據(jù)庫恢復（Recovery）應用程序應用程序應用程序應用程序應用程序應用程序DBMS.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫綜上所述，數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機內有組織的大量的數(shù)據(jù)集合。它可以供多個用戶共享，具有最小冗余度和較高的數(shù)據(jù)獨立性。DBMS在數(shù)據(jù)庫建立、運行和維護時對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一控制，以保證數(shù)據(jù)

5、的安全性、完整性，并在多用戶同時使用數(shù)據(jù)庫時進行并發(fā)控制，在發(fā)生故障后對系統(tǒng)進行恢復。舉例說明文件管理階段和數(shù)據(jù)庫階段的不同之處：文件管理階段：圖書管理部門(學號，姓名，性別，專業(yè)，書號，借書日期，還書日期)學生管理部門(學號，姓名，性別，專業(yè)，籍貫，獎懲，是否黨員，家庭情況)數(shù)據(jù)庫管理階段：圖書管理部門(學號，書號，借書日期，還書日期)學生管理部門(學號，姓名，性別，專業(yè)，籍貫，獎懲，是否黨員，家庭情況)數(shù)據(jù)庫管理階段不會各自為政，而是共享一個數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù) 1.2 數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫中用于抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中數(shù)據(jù)和信息的工具。需要滿足三方面的要求： 能比較真實地模擬現(xiàn)實世界

6、容易為人所理解 便于在計算機上實現(xiàn) 1.2.2 數(shù)據(jù)模型的組成要素1、數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)結構 是描述數(shù)據(jù)庫的組成以及對象之間的聯(lián)系。如下張幻燈片2、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)操作 對數(shù)據(jù)庫中各種對象(型)的實例(值)允許執(zhí)行的操作及有關的操作規(guī)則。數(shù)據(jù)庫主要有查詢和更新兩大類操作。3、完整性約束條件、完整性約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。即是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和儲存規(guī)則。用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。舉例：學生選課系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構Y YCHARCHAR專業(yè)專業(yè)0 0 男男1 1 女女N NINT性別性別N NCHAR(10)姓名姓名碼碼CHA

7、R(8)CHAR(8)學號學號說明說明空空類型類型屬性屬性0=0=100=100Y YINT成績成績CHAR(8)CHAR(8)課程號課程號分別是外碼分別是外碼一起是主碼一起是主碼CHAR(8)CHAR(8)學號學號說明說明空空類型類型屬性屬性N NINTINT學時學時N NCHAR(30)CHAR(30)課程名課程名碼碼CHAR(8)CHAR(8)課程號課程號說明說明空空類型類型屬性屬性學生關系模式學生關系模式課程關系模式課程關系模式學生選課關系模式學生選課關系模式實體-聯(lián)系數(shù)據(jù)模型，即E-R(Entity-Relationship)數(shù)據(jù)模型, 是P. P. Chen 于1976年首先提出的

8、。概念模型用于信息世界的建模，是現(xiàn)實世界到信息世界的第一層抽象。其思想是把現(xiàn)實世界存在的事物都抽象為實體1.2.3 概念模型一、基本概念一、基本概念二、實體之間的聯(lián)系二、實體之間的聯(lián)系三、三、E-R模型圖的描述方法模型圖的描述方法1.實體實體(Entity)：客觀存在并可相互區(qū)別的事物。可以是有生命的，如人、學生、職工等，也可以是無生命的，如一門課程、一個部門、一個專業(yè)、一個想法等。2.屬性屬性(attribute)：實體的每個特性稱為一個屬性。學生實體的屬性有：學號、姓名、性別、出生日期、系別（201100001，張山，男，1994-4-3，計算機系）是屬性值，表示一個學生。3.碼：碼：其值

9、能唯一地標識每個實體的屬性或屬性集合。如學號、身份證號。201100001-代表學生張山。4.域：域：屬性的取值范圍。如：性別（男，女），年齡的域必須為整數(shù)，學號的域為12位整數(shù)等一、基本概念一、基本概念5. 實體型實體型：用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體如：學生(學號，姓名，性別，年齡，專業(yè)，籍貫)6.實體值：實體值：型的一個具體賦值。如：（20120001，張山，男，20，計算機，湖南常德）7.實體集：實體集：同一類型實體的集合。8.聯(lián)系：聯(lián)系： 實體內部的聯(lián)系：組成實體的各屬性之間的聯(lián)系實體 實體之間的聯(lián)系：不同實體型之間的聯(lián)系。一對一聯(lián)系： 如果實體集A中每個實體至多和實體集

10、B中的一個實體有聯(lián)系，反之亦然，就稱實體集A和實體集B的聯(lián)系為“一對一聯(lián)系”，記為“1：1”。例如，車間和車間主任之間的管理聯(lián)系是“一對一聯(lián)系” 。其語義為：一個車間只有一個車間主任，一個車間主任只能管理一個車間。二、實體之間的聯(lián)系二、實體之間的聯(lián)系一對多聯(lián)系：一對多聯(lián)系：如果實體集A中每個實體與實體集B中的任意多個（零個或多個）實體有聯(lián)系，而B中每個實體至多與實體集A中的一個實體有聯(lián)系，就稱實體集A對B的聯(lián)系為“一對多聯(lián)系”，記為“1：N”。例如，研究所與所內教師之間的聯(lián)系、工廠里的車間和車間內工人之間的聯(lián)系等。多對多聯(lián)系：多對多聯(lián)系：如果實體集A中的每個實體與實體集B中的任意個（零個或多個

11、）實體有聯(lián)系，反之，實體集B中的每個實體與實體集A中的任意個（零個或多個）實體有聯(lián)系，就稱實體集A和B的聯(lián)系為“多對多聯(lián)系”，記為“M：N”聯(lián)系例如，學生和課程之間的聯(lián)系，一個學生可以選修多門課程，每門課程有多個學生選修。E-R模型圖的描述方法：模型圖的描述方法：表示聯(lián)系將屬性連接到實體集，用帶有短線的直線表示實體集的主碼屬性用弧（連線）表示實體集之間的聯(lián)系。每條孤上附加一對數(shù)表示對參與聯(lián)系的每個角色的約束，即該角色參與到該聯(lián)系中的最大可能性。三、三、E-R模型圖的描述方法模型圖的描述方法表示實體集表示屬性1、用E-R圖描述兩個實體之間的一對一、一對多和多對多的聯(lián)系。班級班長管理1:1聯(lián)系11

12、班級學生組成1:n聯(lián)系1n課程學生選修m:n聯(lián)系mn2、用E-R圖表示實體集內實體之間的聯(lián)系職工職工1 11 1配偶學生學生n n1 1學生-班長零件零件m mn n構成3、用E-R圖表示多重聯(lián)系和多元聯(lián)系職工職工設備設備m mn nm mn n保養(yǎng)使用供應者供應者零件零件m mn n工程工程p p供應 數(shù)量數(shù)量工程工程零件零件工程工程- 零件零件MN職工職工職工號職工號出生日期出生日期 專長專長 姓名姓名 性別性別4、用E-R圖表示實體屬性和聯(lián)系屬性 5、原子聚合:原子聚合是用聯(lián)系表示實體。即把實體之間的一個聯(lián)系看作是更高層次的一個實體，對較低層次實體不予考慮?？蛻艨蛻糍J款貸款客戶客戶- -

13、貸款貸款貸款違規(guī)貸款違規(guī)處罰規(guī)則處罰規(guī)則概括的概念經?？醋鳌笆恰盜S_A聯(lián)系。一個實體類型是另一個實體類型的超類型(supertype)或子類型(subtype)。通過概括可以減少冗余的描述。6 6、 概括概括(generalization)(generalization)學生學生本科生本科生IS_AIS_A實體實體-聯(lián)系模型，實例一聯(lián)系模型，實例一某學院準備進行學生學籍管理。學院包括四個系，16個班級；共開設25門必修課，10門選修課；有5位教授，10名副教授，20名講師和10名助教參與基礎課程教學；每位教師教授1到3門課程，每門課程安排2位以上的教師，但一門課程由一位教師承擔；學生只屬于一

14、個系，不過可以跨系選修課程，每學期選修4到8門課程，每門課程允許使用多本參考書。管理環(huán)境中的實體：院、系、班級、課程、教師、學生、參考書聯(lián)系：院系，系班級，班級學生，學生課程，課程教師，課程參考書 學生教師？院組成系學生課程教師行政管理學生系學生課程教師參考書組成選修1nmn1n院名班級選修課必修課副教授 教授 講師助教學生學籍管理院(院名、院長、地址、電話)系(系名、系主任、電話)學生(學號、姓名)課程(課程名、學分、學時)教師(教師名、課程名)參考書(書名、作者、出版社)n 1在真正的工作環(huán)境中，抽取的實體到底作在真正的工作環(huán)境中，抽取的實體到底作為實體，還是作為屬性或者聯(lián)系，是根據(jù)具體為

15、實體，還是作為屬性或者聯(lián)系，是根據(jù)具體情況而定的。情況而定的。舞蹈俱樂部教授交誼舞，提供個別指導和集體授課兩種服務，個別指導，收取每人每小時40元，集體授課每人每小時收費5元。該俱樂部雇傭了專職和兼職兩種類型的教師，專職教師每月付給固定工資，而兼職教師按授課人數(shù)和時間付工資。除了授課，該俱樂部每周舉辦兩次舞會，目的是為學員提供實踐的機會和場所，參加者每人收費6元。該俱樂部想開發(fā)一個信息系統(tǒng)來跟蹤學生和他們所選的課程，并且用以統(tǒng)計每個教師應得的酬金及他們每節(jié)課的平均費用。實例二實例二分析：分析：1、在給定的工作環(huán)境中找出實體：課程、教師、舞會、學生、在給定的工作環(huán)境中找出實體：課程、教師、舞會、

16、學生2、找出實體之間的聯(lián)系：課程、找出實體之間的聯(lián)系：課程教師，學生教師，學生課程，學生課程，學生舞會。舞會。課程教師學生舞會集體授課個別指導專職兼職工號姓名電話地址工資人數(shù)時間工資課程名集體授課個別指導卡號姓名地址電話時間地點人數(shù)金額費用課程數(shù)評價評價E-RE-R數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫開發(fā)的早期，改正錯誤比晚期容易和便宜，一旦數(shù)據(jù)庫設計完成，數(shù)據(jù)已經裝入，處理數(shù)據(jù)的應用程序已經編寫完，若再做修改，就需要大量的返工，甚至可能達到數(shù)百小時的工作量。因此在轉換成數(shù)據(jù)模型之前，對概念模型進行評價是必要的。評價的方法是由設計人員和用戶構造各種可能查詢問題，然后把問題施加到設計上，用來檢查設計的合理性，

17、雖然這種評價不能證明設計的正確性，但可以用來發(fā)現(xiàn)潛在的問題。如上例，欲查詢某班級的班主任是誰，就應該增加聯(lián)系。課堂練習：課堂練習：某企業(yè)集團某企業(yè)集團有若干工廠，每個工廠生產多種產品，且有若干工廠，每個工廠生產多種產品，且每一種產品可以在多個工廠生產，每個工廠按照固定的每一種產品可以在多個工廠生產，每個工廠按照固定的計劃數(shù)量生產產品；每個工廠聘用多名職工，且每名職計劃數(shù)量生產產品；每個工廠聘用多名職工，且每名職工只能在一個工廠工作，工廠聘用職工有聘期和工資。工只能在一個工廠工作，工廠聘用職工有聘期和工資。工廠的屬性有工廠編號、廠名、地址，產品的屬性有產工廠的屬性有工廠編號、廠名、地址，產品的屬性有產品編