1、第二章第二章 數據模型數據模型12數據模型的概念E-R模型3面向對象模型2.1 數據模型的概念數據模型的概念 在數據庫中用數據模型這個工具來在數據庫中用數據模型這個工具來抽象、表示抽象、表示和處理和處理現實世界中的數據和信息。通俗地講數現實世界中的數據和信息。通俗地講數據模型就是現實世界的模擬據模型就是現實世界的模擬 數據模型應滿足三方面要求數據模型應滿足三方面要求: 能比較能比較真實地模擬真實地模擬現實世界現實世界 容易為人所容易為人所理解理解 便于在計算機上便于在計算機上實現實現2.1.1 數據的三個范疇數據的三個范疇 從事物的客觀從事物的客觀特性到計算機中特性到計算機中的數據表示，經的數

2、據表示，經歷了三個階段：歷了三個階段： 存在于人們頭腦之外存在于人們頭腦之外的客觀世界的客觀世界. . 現實世界在人們頭腦現實世界在人們頭腦中的反映，人們把它用中的反映，人們把它用文字和符號記載下來。文字和符號記載下來。 信息世界的信息在信息世界的信息在機器世界以數據形式機器世界以數據形式存儲。存儲。現實世界現實世界信息世界信息世界 概念模型概念模型機器世界機器世界DBMS支持的數據模型支持的數據模型轉換轉換認識抽象認識抽象2.1.1 數據的三個范疇數據的三個范疇1. 信息世界信息世界 相關術語相關術語 (1)(1)實體實體：客觀存在并可相互區別的事物。：客觀存在并可相互區別的事物。 實體可以

3、是具體的對象（一個學生、一輛汽車），實體可以是具體的對象（一個學生、一輛汽車），也可以是抽象的事件（一次借書，一次比賽）。也可以是抽象的事件（一次借書，一次比賽）。(2)(2)實體集實體集：性質相同的同類實體的集合。：性質相同的同類實體的集合。 如：全體學生，全國足球聯賽的所有比賽。如：全體學生，全國足球聯賽的所有比賽。(3)(3)屬性屬性：實體所具有的某一特性。：實體所具有的某一特性。 一個實體可以由若干個屬性來刻畫，每個屬性有一個實體可以由若干個屬性來刻畫，每個屬性有一個值域和類型。如：學生實體由學號、姓名等構成。一個值域和類型。如：學生實體由學號、姓名等構成。(4)(4)碼碼：唯一標識實

4、體的屬性或屬性集。：唯一標識實體的屬性或屬性集。 如：學號是學生實體的碼。如：學號是學生實體的碼。2.1.1 數據的三個范疇數據的三個范疇2.2.機器世界相關術語：機器世界相關術語：(1)(1)字段（數據項）：字段（數據項）：標記實體屬性的命名單位，是標記實體屬性的命名單位，是可以命名的最小信息單位，往往和屬性名相同。可以命名的最小信息單位，往往和屬性名相同。例如：學生有學號、姓名、年齡、性別等字段。例如：學生有學號、姓名、年齡、性別等字段。(2)(2)記錄：記錄：字段的有序集合稱為記錄。一般用一個記字段的有序集合稱為記錄。一般用一個記錄描述一個實體。錄描述一個實體。例如：學生記錄：（學號，姓

5、名，年齡，性別）。例如：學生記錄：（學號，姓名，年齡，性別）。(3)(3)文件：文件：同一類記錄的匯集稱為文件。文件是描述同一類記錄的匯集稱為文件。文件是描述實體集的。實體集的。例如：所有學生記錄組成了一個學生文件。例如：所有學生記錄組成了一個學生文件。(4)(4)碼：碼：能惟一標識文件中每個記錄的字段或字段集，能惟一標識文件中每個記錄的字段或字段集，與實體的碼相對應。與實體的碼相對應。例如：學生的學號可以作為學生記錄的碼。例如：學生的學號可以作為學生記錄的碼。機器世界和信息世界術語的對應關系機器世界和信息世界術語的對應關系 : : 信息世界信息世界 機器世界機器世界 實體實體記錄記錄 屬性屬

6、性字段（數據項）字段（數據項） 實體集實體集文件文件 碼碼.碼碼2.1.1 數據的三個范疇數據的三個范疇 以學生數據為例表示信息在三個世界中的有關術以學生數據為例表示信息在三個世界中的有關術語及其聯系語及其聯系 : :2.1.2 數據模型的組成要素及分類數據模型的組成要素及分類 數據模型是嚴格定義的概念的集數據模型是嚴格定義的概念的集合，這些概念精確地描述系統的靜態特合，這些概念精確地描述系統的靜態特性、動態特性和完整性約束條件。性、動態特性和完整性約束條件。 數據結構數據結構 數據操作數據操作 完整性約束完整性約束2.1.2 數據模型的組成要素及分類數據模型的組成要素及分類1. 數據結構：數

7、據結構：( (最重要最重要) ) 描述數據庫的組成對象以及對象之間的聯系描述數據庫的組成對象以及對象之間的聯系: :A.A.與數據類型、內容、性質有關的對象與數據類型、內容、性質有關的對象B.B.與數據之間聯系有關的對象與數據之間聯系有關的對象 數據模型的命名一般是由數據結構決定的，數據模型的命名一般是由數據結構決定的，如網狀、層狀、關系。如網狀、層狀、關系。 數據結構是對系統數據結構是對系統靜態特性靜態特性的描述。的描述。2.1.2 數據模型的組成要素及分類數據模型的組成要素及分類2. 數據操作：數據操作： 指對數據庫中各種對象的實例允許執行的操作指對數據庫中各種對象的實例允許執行的操作的集

8、合，包括操作和相關的操作規則。操作分的集合，包括操作和相關的操作規則。操作分為兩大類：為兩大類：檢索和更新檢索和更新( (刪除、插入、修改刪除、插入、修改) )。 對數據模型來說，要求定義這些操作的確切含對數據模型來說，要求定義這些操作的確切含義、操作符號、操作規則義、操作符號、操作規則( (如優先級別如優先級別) )以及實以及實現操作的語言。現操作的語言。 數據操作是對系統數據操作是對系統動態特性動態特性的描述。的描述。2.1.2 數據模型的組成要素及分類數據模型的組成要素及分類3. 完整性約束：完整性約束： 一組完整性規則的集合。一組完整性規則的集合。 完整性規則是給定的數據模型中數據及其

9、聯完整性規則是給定的數據模型中數據及其聯系所具有的制約和依存規則，用以限定符合系所具有的制約和依存規則，用以限定符合數據模型的數據庫狀態以及狀態的變化，以數據模型的數據庫狀態以及狀態的變化，以保證數據的正確性、有效性和相容性。保證數據的正確性、有效性和相容性。2.1.2 數據模型的組成要素及分類數據模型的組成要素及分類數據模型分為兩大類（分屬兩個不同的層次）數據模型分為兩大類（分屬兩個不同的層次）(1) (1) 概念模型概念模型 也稱信息模型也稱信息模型 按用戶的觀點來對數據和信息建模，用于數按用戶的觀點來對數據和信息建模，用于數據庫設計（據庫設計（E-RE-R圖和圖和UMLUML對象模型對象

10、模型）。）。 (2) (2) 結構化數據模型結構化數據模型 對數據最底層的抽象，直接面向數據庫的邏對數據最底層的抽象，直接面向數據庫的邏輯結構，是現實世界的第二層次抽象，描述數據輯結構，是現實世界的第二層次抽象，描述數據在系統內部的表示和存取方法，在磁盤或磁帶上在系統內部的表示和存取方法，在磁盤或磁帶上的存儲方式和存取方法。的存儲方式和存取方法。2.2 E-R模型模型2.2.1 2.2.1 基本概念基本概念(1)(1)實體：實體：現實世界中客觀存在并可相互區別的事物。現實世界中客觀存在并可相互區別的事物。(2)(2)屬性：屬性：實體所具有的某一特性稱為屬性。實體所具有的某一特性稱為屬性。 (3

11、)(3)碼（碼（keykey）：）：唯一表示實體的屬性集稱為碼。唯一表示實體的屬性集稱為碼。(4)(4)域（域（DomainDomain）：）：屬性的取值范圍。屬性的取值范圍。（5 5）實體集：）實體集：具有相同特征或能用同樣特征描述的實體集合。具有相同特征或能用同樣特征描述的實體集合。 組成實體集的各實體稱為實體集的外延。組成實體集的各實體稱為實體集的外延。例如：某單位所有員工稱為實體集例如：某單位所有員工稱為實體集EmployeeEmployee的外延。的外延。（6 6）實體型：）實體型：具有相同屬性的實體必然具有共同的特征和性質。具有相同屬性的實體必然具有共同的特征和性質。用實體名及其屬

12、性名集合來抽象和刻畫同類實體，稱為實體用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體，稱為實體型。型。例如：員工（員工編號、姓名、部門、性別、年齡、職稱）就例如：員工（員工編號、姓名、部門、性別、年齡、職稱）就是一個實體型。是一個實體型。2.2.1 基本概念基本概念（7 7）聯系）聯系： 實體內部的聯系：實體內部的聯系：組成實體的各屬性之間的組成實體的各屬性之間的聯系聯系（如：學號姓名）（如：學號姓名）。 實體之間的聯系：實體之間的聯系：不同實體集之間的聯系。不同實體集之間的聯系。 兩個實體型之間的聯系可分為三類：兩個實體型之間的聯系可分為三類： 1對對1聯系聯系(1:1) 1對多聯系對多聯系(1

13、:n) 多對多聯系多對多聯系(m:n)2.2.1 基本概念基本概念 1對對1聯系：聯系： 定義：若對于實體集定義：若對于實體集A A中的每一個實體，實中的每一個實體，實體集體集B B中中至多至多有一個實有一個實體與之聯系，反之亦體與之聯系，反之亦然，則稱實體集然，則稱實體集A A與實與實體集體集B B具有一對一聯系，具有一對一聯系，記為記為1:11:1。 例：部門例：部門-負責人負責人實體型實體型A聯系名聯系名實體型實體型B11位于位于部門部門負責人負責人112.2.1 基本概念基本概念 1 1對多聯系對多聯系: : 定義：若對于實體集定義：若對于實體集A A中中的每一個實體，實體集的每一個實

14、體，實體集B B中有中有n n個個實體實體(n0)(n0)與之與之聯系，反之，對于實體集聯系，反之，對于實體集B B中的每一個實體，實體中的每一個實體，實體集集A A中中至多至多只有一個實體只有一個實體與之聯系，則稱實體集與之聯系，則稱實體集A A與實體集與實體集B B具有一對多聯具有一對多聯系，記為系，記為1:n1:n。 例：部門例：部門-員工員工實體型實體型A聯系名聯系名實體型實體型B1n屬于屬于部門部門員工員工1N2.2.1 基本概念基本概念 多對多聯系多對多聯系: 定義：若對于實體集定義：若對于實體集A A中的每一個實體，實體中的每一個實體，實體集集B B中有中有n n個個實體實體(n

15、0)(n0)與之聯系，反之，對于與之聯系，反之，對于對于實體集對于實體集B B中的每一中的每一個實體，實體集個實體，實體集A A中也中也有有m m個個實體實體(m0)(m0)與之與之聯系，則稱實體集聯系，則稱實體集A A與與實體集實體集B B具有多對多聯具有多對多聯系，記為系，記為m:nm:n。 例：學生例：學生-課程課程實體型實體型B實體型實體型A聯系名聯系名mn選課選課學生學生課程課程MN2.2.1 基本概念基本概念 同一實體集內的各實體之間也存在著一對一、同一實體集內的各實體之間也存在著一對一、一對多和多對多的聯系一對多和多對多的聯系.員工員工領導領導1n同一實體集內一對多聯系同一實體集

16、內一對多聯系員工員工配偶配偶11同一實體集內一對一聯系同一實體集內一對一聯系2.2.1 基本概念基本概念 一般地，兩個以上實體型之間也存在著一對一、一般地，兩個以上實體型之間也存在著一對一、一對多和多對多的聯系一對多和多對多的聯系.學生學生教師教師課程課程選課選課mnn三個實體型之間的多對多關系三個實體型之間的多對多關系（8 8）弱實體集：）弱實體集： 在描述實體的過程中，有些實體集的屬性可能在描述實體的過程中，有些實體集的屬性可能不足以形成主碼，需要依賴其他實體集中的部分不足以形成主碼，需要依賴其他實體集中的部分屬性。這樣的實體集叫做弱實體集，不需要依賴屬性。這樣的實體集叫做弱實體集，不需要

17、依賴其他的實體的實體集稱為強實體集。其他的實體的實體集稱為強實體集。 例如一個單位的員工實體集例如一個單位的員工實體集EmployeeEmployee與工作履與工作履歷實體集歷實體集CareerCareer，則工作履歷實體集，則工作履歷實體集CareerCareer是以是以職工存在為前提的，即工作履歷實體集職工存在為前提的，即工作履歷實體集CareerCareer是是弱實體集。弱實體集。 2.2.1 基本概念基本概念2.2.2 E-R圖設計圖設計 用用E-R圖來描述現實世界的概念模型。圖來描述現實世界的概念模型。 E-R圖提供了表示實體集、屬性和聯系的方法。圖提供了表示實體集、屬性和聯系的方法

18、。矩形框表示實體矩形框表示實體橢圓形表示屬性橢圓形表示屬性菱形表示聯系菱形表示聯系連接實體型與聯系類型，也可用于表示實體與屬性的聯系連接實體型與聯系類型，也可用于表示實體與屬性的聯系并注明種類；對構成碼的屬性，在屬性名下畫一橫線表示并注明種類；對構成碼的屬性，在屬性名下畫一橫線表示。注：用虛邊矩形和虛邊菱形分別表示弱實體和弱實體之間的聯系。注：用虛邊矩形和虛邊菱形分別表示弱實體和弱實體之間的聯系。2.2.2 E-R圖設計圖設計 確定實體類型確定實體類型：幾個實體類型及相應的實體名：幾個實體類型及相應的實體名 確定聯系類型確定聯系類型：各實體類型之間是否有聯系，是：各實體類型之間是否有聯系，是何

19、種聯系類型及相應的聯系名何種聯系類型及相應的聯系名. . 連接實體類型和聯系類型，組合成連接實體類型和聯系類型，組合成E-RE-R圖圖 確定實體類型和聯系類型的屬性確定實體類型和聯系類型的屬性 確定實體類型的碼確定實體類型的碼 例：學生選修課程例：學生選修課程學生學生課程課程選修選修姓名姓名學號學號系別系別成績成績用矩形表用矩形表示實體示實體用橢圓表示實體用橢圓表示實體的屬性的屬性用無向邊把用無向邊把實體與其屬實體與其屬性連接起來性連接起來用菱形表示實體用菱形表示實體間的聯系間的聯系實體與聯系用線段連實體與聯系用線段連接并注明類型接并注明類型mn課程號課程號課程名課程名學分學分2.2.2 E-

20、R圖設計圖設計-ER圖實例圖實例舉例：為倉庫管理設計一個舉例：為倉庫管理設計一個E-R模型，該倉庫主要管理零模型，該倉庫主要管理零件的入庫、出庫和采購等事項；倉庫根據需要向外面廠件的入庫、出庫和采購等事項；倉庫根據需要向外面廠家（供應商）訂購零件，而許多工程項目需要倉庫供應家（供應商）訂購零件，而許多工程項目需要倉庫供應零件；一個倉庫有多個保管員。零件；一個倉庫有多個保管員。實體有：實體有： 倉庫：倉庫：屬性有倉庫號、倉庫面積、電話號碼。屬性有倉庫號、倉庫面積、電話號碼。 零件：零件：屬性有零件號、名稱、規格、單價、描述。屬性有零件號、名稱、規格、單價、描述。 供應商：供應商：屬性有供應商號、

21、姓名、地址、電話號碼、帳屬性有供應商號、姓名、地址、電話號碼、帳號。號。 項目：項目：屬性有項目號、預算、開工日期。屬性有項目號、預算、開工日期。 職工：職工：屬性有職工號、姓名、年齡、職稱。屬性有職工號、姓名、年齡、職稱。2.2.2 E-R圖設計圖設計-ER圖實例圖實例實體之間的聯系如下：實體之間的聯系如下： 一個倉庫可以存放多種零件，一種零件可以存一個倉庫可以存放多種零件，一種零件可以存放在多個倉庫中，某種零件在某個倉庫中的數放在多個倉庫中，某種零件在某個倉庫中的數量用庫存量描述。量用庫存量描述。倉庫倉庫:零件零件 m : n倉庫倉庫:職工職工1:n職工實體集之間職工實體集之間1:n供應商

22、供應商:項目項目:零件零件 m : n :p 一個倉庫有多個職工當倉庫保管員，一個職工一個倉庫有多個職工當倉庫保管員，一個職工只能在一個倉庫工作。只能在一個倉庫工作。 職工之間具有領導被領導的關系，即倉庫主任職工之間具有領導被領導的關系，即倉庫主任領導若干保管員。領導若干保管員。 一個供應商可以供給若干項目多種零件，每個一個供應商可以供給若干項目多種零件，每個項目可以使用不同供應商供應的零件，每種零項目可以使用不同供應商供應的零件，每種零件可由不同供應商供給。件可由不同供應商供給。2.2.2 E-R圖設計圖設計-ER圖實例圖實例 如果某個部門的概念模型中涉及的實體和實體屬如果某個部門的概念模型

23、中涉及的實體和實體屬性較多，可以把實體及其屬性在另一個圖上畫出。性較多，可以把實體及其屬性在另一個圖上畫出。實體及其屬性圖實體及其屬性圖倉庫倉庫倉庫號倉庫號面積面積電話號電話號2.2.2 E-R圖設計圖設計-ER圖實例圖實例供應商供應商項目項目零件零件供應供應供應量供應量庫存庫存倉庫倉庫庫存量庫存量職工職工領導領導工作工作nmpmn1n1n實體及其聯系圖實體及其聯系圖2.2.2 E-R圖設計圖設計-ER圖實例圖實例【例【例2.12.1】某電力公司的配電物資存放在倉庫中，假某電力公司的配電物資存放在倉庫中，假設一個倉庫可以存放多種物資，一種配電物資只設一個倉庫可以存放多種物資，一種配電物資只能存

24、放在一個倉庫中；一個配電搶修工程可能需能存放在一個倉庫中；一個配電搶修工程可能需要多種配電物資，一種配電物資可以應用到多個要多種配電物資，一種配電物資可以應用到多個搶修工程中。倉庫包含倉庫編號、倉庫名稱倉庫搶修工程中。倉庫包含倉庫編號、倉庫名稱倉庫面積等屬性，配電物資包含物資編號、物資名稱、面積等屬性，配電物資包含物資編號、物資名稱、單價、規格、數量等屬性，搶修工程包含工程編單價、規格、數量等屬性，搶修工程包含工程編號、工程名稱、工程開始日期、工程結束日期、號、工程名稱、工程開始日期、工程結束日期、工程狀態（工程是否完工）等屬性，某一搶修工工程狀態（工程是否完工）等屬性，某一搶修工程領取某配電

25、物資時，必須標明領取數量、領取程領取某配電物資時，必須標明領取數量、領取日期、領取部門。日期、領取部門。 【例【例2.22.2】某工廠有若干車間及倉庫，一個車間可以某工廠有若干車間及倉庫，一個車間可以生產多種零件，每種零件只能在一個車間生產，生產多種零件，每種零件只能在一個車間生產，一種零件可以組裝在不同產品中，一種產品需要一種零件可以組裝在不同產品中，一種產品需要多種零件，每種零件和產品都只能存放在一個倉多種零件，每種零件和產品都只能存放在一個倉庫中；車間有工人，工人有家屬。庫中；車間有工人，工人有家屬。各實體的屬性為：各實體的屬性為：車間：車間：車間號、車間主任姓名、地址和電話；車間號、車間主任姓名、地址和電話；工人：工人：工號、姓名、年齡、性別、工種；工號、姓名、年齡、性別、工種；工廠