建立數(shù)據(jù)模型

建立數(shù)據(jù)模型第1頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一24.1建立實(shí)體聯(lián)系模型

信息世界是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象。信息世界中的數(shù)據(jù)模型又稱(chēng)為概念模型?，F(xiàn)實(shí)世界信息世界數(shù)據(jù)世界關(guān)系模式數(shù)據(jù)模型事物及聯(lián)系原型實(shí)體及聯(lián)系概念模型第2頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3概念模型是從現(xiàn)實(shí)世界到數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換的中間模型。概念模型不考慮數(shù)據(jù)的操作，而只是用比較有效的、自然的方式描述現(xiàn)實(shí)世界的事物（數(shù)據(jù)）及其聯(lián)系。在設(shè)計(jì)概念模型時(shí)，最著名、最實(shí)用的是P.S.Chen于1976年提出的“實(shí)體―聯(lián)系模型”（Entity―RelationshipModel，簡(jiǎn)稱(chēng)E―R模型）。第3頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4陳品山博士來(lái)自中國(guó)臺(tái)灣，1968年臺(tái)灣大學(xué)電機(jī)系畢業(yè)，1973年獲得哈佛大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)博士學(xué)位。曾在美國(guó)麻省理工斯隆(Sloan)管理學(xué)院(1974-1978）及加州大學(xué)洛杉磯分校管理學(xué)院(1978-1984)任教?，F(xiàn)在為路易斯安納州立大學(xué)計(jì)算機(jī)系M.J.Foster杰出首席教授(DistinguishedChairProfessor)。著名文章《TheEntity-RelationshipModel--TowardaUnifiedViewofData》是計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展史上引用頻率最高的文章之一第4頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5實(shí)體聯(lián)系（E―R）模型中的三個(gè)主要概念：實(shí)體集、聯(lián)系集和屬性。實(shí)體集是具有相同類(lèi)型及相同性質(zhì)（屬性）的實(shí)體集合。聯(lián)系集是指同類(lèi)聯(lián)系的集合。實(shí)體集用矩形框表示，實(shí)體名寫(xiě)在矩形框里。屬性用橢圓表示，屬性名寫(xiě)在橢圓里；實(shí)體的主碼用下劃線表示(也可用#表示)。實(shí)體集之間的聯(lián)系集用菱形表示，并用無(wú)向邊與相關(guān)實(shí)體集連接，聯(lián)系名寫(xiě)在菱形里，聯(lián)系集的類(lèi)型寫(xiě)在無(wú)向邊的旁邊。4.1.1實(shí)體聯(lián)系模型的基本構(gòu)成第5頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6圖4―1實(shí)體集職工的E―R模型表示圖4―2部門(mén)和職工的一對(duì)多聯(lián)系第6頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一7企業(yè)中每一個(gè)職工有一份工資單，而每一份工資單也只屬于一個(gè)職工，所以職工和工資實(shí)體集之間的關(guān)系為一對(duì)一關(guān)系，簡(jiǎn)記為1∶1。一個(gè)職工可參加多個(gè)項(xiàng)目，一個(gè)項(xiàng)目也由多個(gè)職工來(lái)參加，所以職工和項(xiàng)目實(shí)體集之間的聯(lián)系是多對(duì)多的，簡(jiǎn)記為：m∶n。圖4―3職工和工資的一對(duì)一聯(lián)系圖4―4職工和項(xiàng)目的多對(duì)多聯(lián)系第7頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一8在E―R模型中，可以表示兩個(gè)以上實(shí)體集之間的聯(lián)系，稱(chēng)為多元聯(lián)系。一個(gè)多元聯(lián)系集總可以用多個(gè)不同的二元聯(lián)系集來(lái)替代。4.1.2多元聯(lián)系圖4―5演員、電影和制片公司之間的三元聯(lián)系第8頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一9聯(lián)系也具有單獨(dú)的屬性。4.1.3聯(lián)系的屬性圖4―6聯(lián)系可具有屬性學(xué)生選課mn課程成績(jī)第9頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一10在一個(gè)聯(lián)系中，一個(gè)實(shí)體集可以出現(xiàn)兩次或多次，扮演多個(gè)不同角色，此種情況稱(chēng)為實(shí)體集的自身聯(lián)系。一個(gè)實(shí)體集在聯(lián)系中出現(xiàn)多少次我們就從聯(lián)系到這個(gè)實(shí)體集畫(huà)多少條線，到實(shí)體集的每條線代表該實(shí)體集所扮演的不同角色。4.1.4自身聯(lián)系職工領(lǐng)導(dǎo)1n圖4―7一個(gè)自身連接的例子第10頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一11實(shí)體集A屬于另一實(shí)體集B，但A中的實(shí)體有特殊的屬性，這些特殊屬性對(duì)B中其它實(shí)體無(wú)意義。在E―R模型中，稱(chēng)A是B的子類(lèi)，或B是A的父類(lèi)。兩類(lèi)實(shí)體之間存在一種層次聯(lián)系——Is-a（屬于）。如果A和B存在Is-a聯(lián)系，則A中的每個(gè)實(shí)體a只和B中的一個(gè)實(shí)體b相聯(lián)系，而B(niǎo)中的每一個(gè)實(shí)體最多和A中的一個(gè)實(shí)體相聯(lián)系。從這個(gè)意義上說(shuō)，A和B存在一對(duì)一的聯(lián)系。但事實(shí)上，a和b是同一事物。A可以繼承B中的所有屬性，又可以有自己特殊的屬性說(shuō)明。A的主碼就是B的主碼。4.1.5子類(lèi)和Is-a層次聯(lián)系第11頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一12圖4―8具有Is-a聯(lián)系的E―R模型Is-aBAIs-a職工姓名性別年齡任職時(shí)間職工號(hào)經(jīng)理(a)(b)第12頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一134.2E―R模型的設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)E―R模型時(shí)，首先必須根據(jù)需求分析,確認(rèn)實(shí)體集、聯(lián)系集和屬性。第13頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一14當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)較大型的企業(yè)或單位的E―R模型時(shí)，

一般按照先局部，后整體，最后優(yōu)化的方法進(jìn)行。4.2.1E―R模型的一般設(shè)計(jì)方法確定局部應(yīng)用范圍設(shè)計(jì)局部E―R模型集成局部E―R模型形成全局初步E―R模型消除冗余優(yōu)化全局E―R模型第14頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1515圖4―11局部E―R模型的設(shè)計(jì)步驟第15頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一16企業(yè)職工管理中，需要涉及的功能有：①人事處對(duì)職工的檔案和部門(mén)進(jìn)行管理，包括職工基本情況，部門(mén)的基本情況以及各種職稱(chēng)職務(wù)的管理；②財(cái)務(wù)處管理職工的工資情況；③科研處管理項(xiàng)目、職工參加項(xiàng)目的情況。4.2.2以企業(yè)職工管理系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明第16頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一17①確定局部應(yīng)用范圍。三個(gè)子模塊：人事管理、工資管理和項(xiàng)目管理。②確認(rèn)實(shí)體集。例如，人事管理中的實(shí)體集有：職工、部門(mén)、職稱(chēng)職務(wù)。③確認(rèn)實(shí)體集間(兩兩之間)的聯(lián)系集。④確認(rèn)實(shí)體集的屬性⑤確認(rèn)聯(lián)系集的屬性⑥畫(huà)出局部E―R模型⑴確定局部應(yīng)用范圍，設(shè)計(jì)局部E―R模型第17頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一18圖4―12人事管理局部E―R模型第18頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一19圖4―13工資管理局部E―R模型第19頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一20圖4―14項(xiàng)目管理局部E―R模型第20頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一21在集成全局E―R模型時(shí)，一般采用兩兩集成的方法，即先將具有相同實(shí)體集的兩個(gè)E―R模型，以該相同實(shí)體集為基準(zhǔn)進(jìn)行集成。由于各個(gè)局部應(yīng)用所面對(duì)的問(wèn)題不同，且通常由不同的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行局部E―R模型的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致各個(gè)局部E―R模型之間會(huì)存在不一致的地方，成為沖突。要求同一對(duì)象的抽象結(jié)果要求保持一致(一致原則)。解決沖突。

①命名沖突：同名異義、同義異名。

②屬性沖突：屬性值類(lèi)型、取值范圍、取值單位。

③結(jié)構(gòu)沖突：同一對(duì)象的抽象結(jié)果不同（屬性、聯(lián)系）⑵集成局部E―R模型，形成全局初步E―R模型第21頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一22圖4―15全局E―R模型的設(shè)計(jì)步驟第22頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一23圖4―16合并后的全局初步E―R模型第23頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一24一個(gè)“好”的全局E―R模型，除能反映用戶(hù)功能需求外，還應(yīng)該滿(mǎn)足“簡(jiǎn)單原則”：①實(shí)體、聯(lián)系盡可能少；②實(shí)體集所含屬性盡可能少；③實(shí)體集間聯(lián)系無(wú)冗余。為使實(shí)體集盡可能少，有時(shí)需要合并相關(guān)的實(shí)體集，如1∶1聯(lián)系的兩個(gè)實(shí)體集、具有相同碼的實(shí)體集。消除冗余數(shù)據(jù)。所謂冗余數(shù)據(jù)是指重復(fù)存在或可由基本數(shù)據(jù)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)。但有時(shí)為了提高效率，不得不以冗余數(shù)據(jù)為代價(jià)。⑶消除冗余，優(yōu)化全局E―R模型第24頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一254.3E―R模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化E―R模型是概念模型的表示。要使計(jì)算機(jī)能處理模型中的信息，首先必須將它轉(zhuǎn)化為具體的DBMS能處理的數(shù)據(jù)模型。E―R模型可以向現(xiàn)有的各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換，而目前市場(chǎng)上的DBMS大部分是基于關(guān)系數(shù)據(jù)模型的，所以本節(jié)介紹E―R模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換方法。第25頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一26關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu)是一系列關(guān)系模式（表）的集合。將E―R模型轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式主要需解決的問(wèn)題是：如何用關(guān)系來(lái)表達(dá)實(shí)體集以及實(shí)體集間的聯(lián)系。實(shí)體轉(zhuǎn)換為關(guān)系聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系合并第26頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一27圖4―12人事管理局部E―R模型例4.2將圖4―12所示人事管理局部E―R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換。第27頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一28實(shí)體集的屬性轉(zhuǎn)換成關(guān)系的屬性;實(shí)體集的碼即對(duì)應(yīng)關(guān)系的碼。本例中將生成如下三個(gè)關(guān)系模式：

職工（職工號(hào),姓名,性別,年齡,工資）

部門(mén)（部門(mén)號(hào),名稱(chēng),電話,負(fù)責(zé)人）

職稱(chēng)職務(wù)（代號(hào),名稱(chēng),津貼,住房面積）⑴將每一個(gè)實(shí)體集轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式第28頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一29聯(lián)系中單獨(dú)的屬性都轉(zhuǎn)換為該關(guān)系的屬性；聯(lián)系中涉及到的每個(gè)實(shí)體集的碼屬性（集）轉(zhuǎn)換為該關(guān)系的屬性。確定關(guān)系的碼：1:1聯(lián)系：每個(gè)相關(guān)實(shí)體的碼均可作為關(guān)系的碼；1:n聯(lián)系：關(guān)系的碼為n端實(shí)體的碼；m:n聯(lián)系：關(guān)系的碼為相關(guān)實(shí)體的碼的集合。本例的聯(lián)系轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式為：

分工（職工號(hào),部門(mén)號(hào)）

任職（職工號(hào),代號(hào),任職日期）⑵將每個(gè)聯(lián)系集轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式第29頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一30具有相同碼的不同關(guān)系模式，從本質(zhì)上描述的是同一實(shí)體集，因此可以合并。合并后的關(guān)系包括兩關(guān)系的所有屬性，這樣可以節(jié)省存儲(chǔ)空間。本例中的職工關(guān)系和分工關(guān)系，可以合并為下面同一個(gè)關(guān)系模式：

職工（職工號(hào),姓名,性別,年齡,工資,部門(mén)號(hào)）⑶根據(jù)具體情況，把具有相同碼的多個(gè)關(guān)系模式合并成一個(gè)關(guān)系模式。第30頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一314.4數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展第一代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：層次型、網(wǎng)狀型第二代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：關(guān)系型第三代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：新的數(shù)據(jù)模型第31頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.4.1第一代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在關(guān)系數(shù)據(jù)模型產(chǎn)生之前，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)普遍使用的數(shù)據(jù)模型是層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型，它們又被稱(chēng)為非關(guān)系數(shù)據(jù)模型。第一代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括層次數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。層次模型和網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都用圖來(lái)表示。層次模型對(duì)應(yīng)于一棵有根的定向樹(shù)，網(wǎng)狀模型對(duì)應(yīng)于平面有向圖。32第32頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3333概念模型中的實(shí)體型非關(guān)系數(shù)據(jù)模型的記錄型。圖的結(jié)點(diǎn)表示為記錄型（實(shí)體），結(jié)點(diǎn)之間的連線?。ɑ蛴邢蜻叄┍硎緸橛涗浶椭g的聯(lián)系。每個(gè)記錄型可包含若干個(gè)字段，對(duì)應(yīng)于描述實(shí)體的屬性。圖4―17一個(gè)基本層次聯(lián)系第33頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3434特點(diǎn)：有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)無(wú)父結(jié)點(diǎn)（稱(chēng)為根結(jié)點(diǎn)）；非根結(jié)點(diǎn)都有且僅有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)。在層次模型中，一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有幾個(gè)子結(jié)點(diǎn)（稱(chēng)為兄弟結(jié)點(diǎn)），也可以沒(méi)有子結(jié)點(diǎn)（稱(chēng)為葉結(jié)點(diǎn)）層次模型圖4―18學(xué)校層次數(shù)據(jù)庫(kù)模型第34頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3535圖4―19學(xué)校層次數(shù)據(jù)庫(kù)模型的一個(gè)實(shí)例第35頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3636特點(diǎn)：可能有一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無(wú)父結(jié)點(diǎn)；一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有一個(gè)以上的父結(jié)點(diǎn)；結(jié)點(diǎn)與其父結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系可以不止一個(gè)。網(wǎng)狀模型圖4―20網(wǎng)狀模型的例子第36頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一37網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型中記錄的概念類(lèi)似于關(guān)系數(shù)據(jù)模型中關(guān)系的概念

記錄型關(guān)系模式記錄關(guān)系的元組

記錄的字段關(guān)系的屬性在非關(guān)系模型中，子女結(jié)點(diǎn)是不能脫離其父結(jié)點(diǎn)而獨(dú)立存在的，任何一個(gè)記錄只有按其路徑查看時(shí)才有實(shí)際意義。用戶(hù)必須提供父結(jié)點(diǎn)才能查詢(xún)子結(jié)點(diǎn)。

37第37頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一38層次模型和網(wǎng)狀模型有許多共同的特征，如都支持三級(jí)模式結(jié)構(gòu)；都用存取路徑來(lái)表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系；用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)的存取，必須按照定義了的存取路徑進(jìn)行；必須清楚地了解數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的位置；對(duì)數(shù)據(jù)的操作是一次一個(gè)記錄導(dǎo)航式地進(jìn)行；程序和數(shù)據(jù)都具有較高的物理獨(dú)立性，但邏輯獨(dú)立性較低。第38頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一39支持關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是第二代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。支持非過(guò)程化語(yǔ)言（如SQL）操作數(shù)據(jù)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言的高度非過(guò)程化，將用戶(hù)從對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的導(dǎo)航式編程中解脫出來(lái)，降低了編程難度。用戶(hù)只要提出“做什么”，而無(wú)須指明“怎么做”，因此無(wú)需了解數(shù)據(jù)庫(kù)的存取路徑（存取路徑的選擇由系統(tǒng)自動(dòng)完成）。這不但減輕了用戶(hù)負(fù)擔(dān)，而且有利于提高數(shù)據(jù)獨(dú)立性。市場(chǎng)上的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品包括：DB2、Oracle、SYBASE、Informix、MicrosoftSQLServer等。4.4.2第二代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)第39頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一40由于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域的巨大成功，使得數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣。但是現(xiàn)實(shí)世界存在著許多含有更復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，例如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/管理/集成制造（CAD/CAM/CIMS）、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OAS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)、超文本數(shù)據(jù)庫(kù)等。這些應(yīng)用有著與傳統(tǒng)應(yīng)用不同的行為特性和數(shù)據(jù)特性。面向?qū)ο蠹夹g(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)稱(chēng)為第三代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。4.4.3第三代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)第40頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一41對(duì)象：對(duì)象是現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的模型化，與記錄、元組的概念相似。是相關(guān)數(shù)據(jù)和代碼的一個(gè)封裝體。一個(gè)對(duì)象對(duì)應(yīng)著E-R模型中的一個(gè)實(shí)體。對(duì)象和系統(tǒng)的其余部分都是通過(guò)消息來(lái)交換信息的。類(lèi)：所有具有相同屬性和方法集的對(duì)象構(gòu)成了一個(gè)對(duì)象類(lèi)。任何一個(gè)對(duì)象都是某個(gè)對(duì)象類(lèi)的一個(gè)實(shí)例。一個(gè)類(lèi)的所有對(duì)象共享著相同的定義，但是它們對(duì)同一個(gè)變量所賦予的值不同。面向?qū)ο竽Ｐ偷?1頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4242繼承：當(dāng)且僅當(dāng)類(lèi)Y的每個(gè)對(duì)象都是類(lèi)X的對(duì)象時(shí)，類(lèi)X被稱(chēng)為類(lèi)Y的一個(gè)父類(lèi)，而類(lèi)Y被稱(chēng)為類(lèi)X的一個(gè)子類(lèi)。繼承也即常說(shuō)的Is-a關(guān)系。子類(lèi)可以從其父類(lèi)中繼承所有屬性和方法。類(lèi)繼承可分為：?jiǎn)卫^承（即一個(gè)類(lèi)只能有一個(gè)父類(lèi)）和多重繼承（即一個(gè)類(lèi)可以有多個(gè)父類(lèi)）。對(duì)象包含：一個(gè)（或一些）對(duì)象是另一個(gè)對(duì)象的組成成分稱(chēng)作對(duì)象包含。類(lèi)之間的包含關(guān)系表現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)事物的局部與整體的關(guān)系（組合關(guān)系）。包含其他對(duì)象的對(duì)象稱(chēng)為復(fù)合對(duì)象。對(duì)象標(biāo)識(shí)：面向?qū)ο笙到y(tǒng)使用對(duì)象標(biāo)識(shí)符（OID）來(lái)標(biāo)識(shí)對(duì)象。對(duì)象標(biāo)識(shí)符是唯一而且不變的，當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成對(duì)象的標(biāo)識(shí)符。第42頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期一434