二、数据模型

数据模型是现实世界数据特征的抽象根据模型应用的不同目的，数据模型分为两类

数据模型

概念模型

• 也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。主要用于数据库设计

数据模型

• ==逻辑数据模型==主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对象模型、对象关系模型等
• 网状模型是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于DBMS的实现
• 物理数据模型是对数据最低层次的抽象，它描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。
• 物理模型的实现是DBMS的任务，数据库设计人员要了解和选择物理模型

数据模型三要素

数据模型通常由==数据结构==、==数据操作==和==完整性约束==三个要素组成。

1. 数据结构
2. 描述系统==静态特性==
3. 数据操作
4. 数据操作用于描述系统的==动态特性==
5. 数据的完整性约束条件
6. 数据模型应提供定义完整性约束条件的机制

E-R概念模型

• 概念模型的用途
• 用于信息世界的建模
• 是现实世界到机器世界的一个中间层次
• 是数据库设计的有力工具
• 数据库设计人员和用户之间进行交流的语言
• 对概念模型的基本要求
• 较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识
• 简单、清晰、易于用户理解。

基本概念

1. ==实体（Entity）==
2. ==客观存在并可相互区别的事物==称为实体。
3. 可以是具体的对象，如一个学生,一本书,一辆汽车；也可以是抽象的概念或联系，如一堂课,一次比赛等
4. ==属性（Attribute）==
5. ==实体所具有的某一特征==称为属性。
6. 一个实体可以由若干个属性来刻画，如学生实体有学号、姓名、年龄、性别、系等方面的属性
7. 属性有“类型”和“值”之分，
   • “类型”即为属性名，如姓名、年龄、性别是属性的型；“值”即为属性的具体内容，
   • 如(990001，张立，20，男，计算机)这些属性值的集合表示了一个学生实体。
8. ==联系（Relationship）==
9. 在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的
10. 在信息世界中将被抽象为实体内部的联系和实体之间的联系。
    • ==实体内部的联系==通常是指组成实体的各属性之间的联系；
    • ==实体之间的联系==通常是指不同实体集之间的联系

1:1联系	1:n联系	m:n联系

两个以上的实体集之间的联系

• 多个实体集之间也可以存在有联系，称多元联系
• 若规定：
  • 一个供应商可供应多种零件给多个工程，
  • 一个工程可由多个供应商供应多种零件，
  • 一种零件可由多个供应商供应给多个工程，

供应商、零件和工程间存在着多对多的联系, 表示为m:n:p	三个实体两两之间的多对多联系
该图表示的是三个实体间的供应关系:
某个供应商供应某种零件给某个工程
“供应商S1供应零件P2给工程J1”	三个实体两两之间的多对多仅能表示:
一个工程需要哪些零件,
这些零件可以由哪些供应商供应，
无法表示👇:
一个工程所用的零件具体由哪个供应商供应
一个供应商具体供应哪种零件给哪个工程

实体集内部不同实体间的联系

• 同一实体集内一对多联系
• 实例
  • 职工实体集内部具有领导与被领导的联系
  • 某一职工（干部）“领导”若干名职工
  • 一个职工仅被另外一个职工直接领导
  • 这是一对多的联系
• 同一实体集内一对一联系
• 同一实体集内多对多联系

同一实体型内部的1:n联系

E-R数据模型

• 概念模型的表示方法很多，最著名的是E-R模型

• 实体 - 联系方法(Entity-Relationship Approach)

• 用E-R图来描述现实世界的概念模型, E-R方法也称为E-R模型
• E-R图三个基本成分：实体、属性和联系的方法

实体	属性	联系
实体: 用矩形表示，矩形框内写明实体名。	属性: 用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来	联系： 实体之间的联系用菱形框表示，菱形框内标明联系名，并分别用连线将关联的实体连接起来，在连线旁标明实体间联系的类型 ； 选课联系用属性成绩来表示某个学生选修某门课的成绩，属性成绩不能放在学生或课程实体中，该属性是描述选课联系的。

• E-R模型中实体间的联系提供了较多的语义
• 基数比约束
• 如在二元联系中有1:1，1:n，m:n的联系
• 参与约束
• 根据实体集中的实体是否全部参与联系来描述实体参与联系的约束
• 一个实体集中的所有实体都参与联系称为==完全参与==，否则，称为==部分参与==。

• 如在教师与课程联系中，一门课至少要有一位教师讲授；而有教师不担任授课任务，则在这一联系中，课程实体为完全参与，教师实体为部分参与

• 实体的参与度

• ==实体参与联系的最小和最大次数，称实体的参与度==
• 例如，学生选课中，
  • 如果规定一个学生最少选修2门课，最多选修5门课，则学生在选课联系中的参与度是(2，5)
  • 规定一门课至少要有10个学生选修，至多有60个学生选修，则课程在选课联系中的参与度是(10,60)

关系模型

关系模型是最重要的一种数据模型。系统而严格地提出关系模型的是美国IBM公司的E.F.Codd

• 1970年提出关系数据模型
• E.F.Codd, “A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks”, 《Communication of the ACM》,1970
• 之后，提出了关系代数和关系演算的概念
• 1972年提出了关系的第一、第二、第三范式
• 1974年提出了关系的BC范式
• 从而开创了数据库的关系方法和数据规范化理论的研究，他为此获得了1981年的图灵奖。

基本概念和结构

在关系模型中，基本数据结构被限制为二维表，一张二维表称为一个关系 1. 关系 - 关系是数学上集合论中的一个概念，关系模型是以关系为基础发展起来的

(1) 关系（relation）

• 关系是一张二维表，是由多个行和列组成的。一个关系可用来描述一个实体集

(2) 属性（attribute）

• 一个关系有多个列，每一列为关系的一个属性
• 如学生关系中，有属性名学号、姓名、出生年月

(3) 域（domain）

• 一个属性对应一个值的集合。域是属性的取值范围
• 如学号的域是7位字符数字的集合，学生姓名是汉字字符串的集合等

(4) 元组（tuple）

• 关系是元组的集合，一个元组对应实体集中的一个个体。
• 一个元组由若干个分量组成。一个分量对应一个属性值。

(5) 键（key）

• 键是一个或多个属性组成的能够唯一标识一个元组

概念模式与逻辑模式的对应