数据模型及其设计

数据模型及其设计第1页，课件共93页，创作于2023年2月主要内容：数据库数据主要特性数据抽象过程数据模型的基本概念概念模型设计关系数据模型关系模型设计关系数据库创建数据装入第2页，课件共93页，创作于2023年2月3.1数据库数据主要特性结构化特性（structural）持久性特性(persistence)

海量特性(greatcapacity)

有效性特性(effectiveness)第3页，课件共93页，创作于2023年2月1.结构化特性五个内涵：第一，数据有“型”和“值”的区分第二，数据有语义的定义第三，数据有聚合和组配第四，数据有集合的组织第五，数据有关联关系第4页，课件共93页，创作于2023年2月3.2数据抽象过程—4个世界从组织到数据库有一个抽象过程，抽象过程经过4个阶段：现实世界概念世界逻辑世界物理世界第5页，课件共93页，创作于2023年2月3.2.1现实世界组织活动活动对象(个体集合)个体或事物规则处理第6页，课件共93页，创作于2023年2月3.2.1现实世界活动组织活动要表示的对象对对象的约束对象间的关系第7页，课件共93页，创作于2023年2月3.2.1现实世界活动组织活动对象的特征对象应符合的条件对象间的关联组织模型第8页，课件共93页，创作于2023年2月3.2.1现实世界例子约束：学生所学课程都必须是本校开设的课程只有本校学生才能获得本校课程的成绩教师参加工作的年龄必须在20以上学生或教师的性别必须为男性或女性特征：表示对象学生有学号、姓名、性别、出生日期、…等课程有课程代号、名称、学分、学时等活动：对象间相互关系学生“学习”一门课程，教师“教”一门课程第9页，课件共93页，创作于2023年2月3.2.1现实世界组织模型：是一个组织中所有对象，在规定规则的指导和控制下，相互协调运动而构成的一个有机整体。第10页，课件共93页，创作于2023年2月3.2.1现实世界组织模型对象个体特征事物（或个体）及其联系事物的集合（即对象）事物（即个体）表现事物第11页，课件共93页，创作于2023年2月3.2.2概念世界又称信息世界或观念世界，是对现实世界的第1层次抽象，是现实世界在头脑中的反映组织模型对象个体特征概念模型（信息模型）实体集合实体属性把各种复杂的联系抽象化为简单的“1对1”、“1对多”和“多对多”3种基本联系第12页，课件共93页，创作于2023年2月3.2.3逻辑世界也称数据世界，是概念世界的一种数据表示也可以看成是对现实世界的第2层次的抽象逻辑世界直接与数据库相关，即通过逻辑世界把现实世界映射到数据库中数据的结构分为4级,数据项、记录、文件和数据库第13页，课件共93页，创作于2023年2月3.2.3逻辑世界表示和存储信息

组织模型对象个体特征概念模型（信息模型）实体集合实体属性数据模型文件记录字段表示和存储信息

组织模型对象个体特征概念模型（信息模型）实体集合实体属性数据模型文件记录字段第14页，课件共93页，创作于2023年2月3.2.4物理世界也称计算机世界或存储世界是数据的物理存储，或者说是在计算机存储设备（如磁盘）上的存储是现实世界的第3层次的抽象第15页，课件共93页，创作于2023年2月4个世界的关系第16页，课件共93页，创作于2023年2月3.3数据模型的基本概念数据模型的意义：

定义数据及其操作的一种抽象表示数据模型包括3项内容:

1.数据结构描述(实体与联系的表示)2.可对数据执行的操作及其方式

3.数据的完整性约束条件数据模型的种类:

1.面向现实世界的“信息模型”

2.面向DBMS的“数据模型”第17页，课件共93页，创作于2023年2月3.3数据模型的基本概念现实世界DBMS信息模型数据模型现实世界的抽象化现实世界的数据表示转换模式DBMS表达数据模型第18页，课件共93页，创作于2023年2月3.3.1实体与联系1.实体“实体”是个体（具体事物）的抽象物，“实体集合”是同类事物的集合。并对实体集合命名，以标识一个实体。如：“教学管理”中有实体： 学生 教师 课程 系科 职称 专业 工资 第19页，课件共93页，创作于2023年2月3.3.1实体与联系2.联系与联系的类型联系的意义:联系是不同实体之间的一种协调“关系”联系可能是简单的，也可能是很复杂的两实体集合之间可能有联系三实体集合之间可能有联系一个实体集合内的实体之间可能有联系任何复杂的联系都可以看成是若干简单的“基本联系”的组合第20页，课件共93页，创作于2023年2月3.3.1实体与联系联系的意义:学生教师课程1课程1课程1课程1课程书籍教课学习使用教材参考书第21页，课件共93页，创作于2023年2月3.3.1实体与联系几种基本联系:“一对一”联系（表示为1：1）“一对多”联系（表示为1：m）“多对多”联系（表示为n：m）第22页，课件共93页，创作于2023年2月3.3.1实体与联系“一对一”的联系设有实体集合A和B。若A中1个实体至多与B中1个实体有联系，反之亦然。称之。例：一门课程只选用一本教材一个学生只有一个床位一个学校只有一位校长AB1:1第23页，课件共93页，创作于2023年2月3.3.1实体与联系“一对多”的联系设有实体集合A和B。若A中1个实体与B中任意个实体有联系；反之，B中1个实体只与A中1个实体有联系；称之。例：一对夫妇可以有任意个孩子一个系有多个专业一个省有多个县/市AB1:m第24页，课件共93页，创作于2023年2月3.3.1实体与联系“一对多”的联系第25页，课件共93页，创作于2023年2月3.3.1实体与联系“多对多”的联系设有实体集合A和B。若A中1个实体与B中任意个实体有联系；反之，B中1个实体与A中多个实体有联系；称之。例：一个学生选修多门课程，一门课程有多个学生选修一个工厂生产几种产品，一种产品有几个工厂生产ABn：m第26页，课件共93页，创作于2023年2月3.3.1实体与联系“多对多”的联系第27页，课件共93页，创作于2023年2月3.3.1实体与联系以上3种基本联系可以构造各种复杂联系形式，如：第28页，课件共93页，创作于2023年2月3.3.2约束条件约束条件是保证数据库中数据完整性的手段。完整性是指数据的正确性、合理性和相容性。三种基本的完整性约束条件：数据的数据类型定义是最初等的约束条件对于一个实体的不同属性之间在不同实体集合之间第29页，课件共93页，创作于2023年2月3.3.3数据模型的设计步骤两个阶段：概念设计：设计出信息模型（也称为概念模型）逻辑设计：设计出数据（逻辑）模型（与DBMS相关）主要任务：识别实体及其属性、实体间联系、联系方式及其派生属性等信息运用“E-R方法”（Entity–Relation）设计画出“E-R图”一方面是精确地表示出信息模型的结构另一方面是根据需求分析信息细化模型第30页，课件共93页，创作于2023年2月3.4信息（概念）模型的设计第31页，课件共93页，创作于2023年2月3.4.1设计要点识别实体和属性识别联系分析联系类型识别“处理功能”从局部到全局在概念设计时要区别基本实体和导出实体概念设计时只考虑基本实体之间的联系这种分析必须具有一般性，不依特定实例为依据根据处理功能绘制E-R图是概念设计的关键性步骤第32页，课件共93页，创作于2023年2月3.4.2E-R图方法E-R图是概念（信息）模型的一种表示法，故称E-R方法概念模型又称“实体-联系模型”或称“E–R模型”“E–R模型”用“E–R”图表示第33页，课件共93页，创作于2023年2月3.4.2E-R方法E–R的图形元素矩形框椭圆框菱形框连接线表示实体集合表示属性表示联系表示连接第34页，课件共93页，创作于2023年2月3.4.2E-R方法1.实体集合与属性的图示实体名属性名1属性名2属性名n…用矩形图表示实体集合，实体集合名置于矩形属性名置于椭圆中每一个属性图都用折线与实体集合图连接第35页，课件共93页，创作于2023年2月3.4.2E-R图方法实体集合的表示：例如：学生学号姓名出生日期性别籍贯专业系科照片第36页，课件共93页，创作于2023年2月3.4.2E-R图方法2.两实体集合联系的图示用菱形图元表示联系联系的名置于菱形中用折线连接两个相联系实体集合可以在菱形图元两端的折线上标出联系类型第37页，课件共93页，创作于2023年2月联系的表示实体名1属性名11属性名12属性名1n…实体名2属性名21属性名22属性名2n…n联系m属性属性n联系m实体名2实体名1属性属性第38页，课件共93页，创作于2023年2月3.4.2E-R图方法联系的表示：n选修m分数学生课程学生教师课程专业系科职称工资属在选修教授是在发教学管理的E-R模型第39页，课件共93页，创作于2023年2月3.4.2E-R图方法3.单实体集合联系的图示同一个实体集合可以建立其内部实体间的联系如教师集合中有校长、院长、系主任等领导人员第40页，课件共93页，创作于2023年2月3.4.2E-R图方法4.多实体集合联系的图示多个实体集合之间的联系例如:教师、课程和学生三者之间建立联系第41页，课件共93页，创作于2023年2月3.4.3概念设计实例教学管理系统的需求分析画出局部E-R图第42页，课件共93页，创作于2023年2月3.4.3概念设计实例局部E-R图涉及的实体比较多，从这些功能着手画出局部E-R图第43页，课件共93页，创作于2023年2月3.4.3概念设计实例局部E-R图第44页，课件共93页，创作于2023年2月3.4.3概念设计实例集成全局E-R图集成的过程可以从一个最复杂的E-R图开始，然后逐个地把其他局部E-R图叠加上去。直至包含所有实体集合及其联系为止忽略了所有实体集合的属性图形元素第45页，课件共93页，创作于2023年2月3.5关系数据模型第46页，课件共93页，创作于2023年2月3.5.1关系模型1.什么是关系？2.关系的性质3.关键词1简言之，一张二维表。也称表、关系表、数据表。属性：字段行：元组2属性的原子性属性的同质性记录的唯一性属性次序的无关性元组次序的无关性关系的动态性关系的有限性3关键词由本关系中的字段组成(一个字段或几个字段的组合)关键词的作用是标识表中记录，以便于记录查找和操作关系可能有4种关键词第47页，课件共93页，创作于2023年2月3.5.1关系模型属性列字段关系名表名文件名元组行记录返回1.关系的定义第48页，课件共93页，创作于2023年2月3.5.1关系模型3.关键词（1）超关键词（SuperKey）（2）候选关键词(CandidateKey)（3）主关键词(PrimaryKey)（4）外关键词(ForeignKey)关系中能唯一确定一个元组(或记录)的一个或几个属性的组合如，学生表中，（学号，姓名） 课程表中，（课程代号，学分，学时）如果K是某关系的超关键词，若从K中减少一个属性就不能唯一确定一个元组，则K是候选关键词如，学生表中，（学号）课程表中，（课程代号）从关系的所有候选关键词中选定一个候选关键词确定为这个关系的先行关键词，称为关键词。设有关系A和B，若属性组合K是A的主关键词，但不是B的关键词，则称K是B相对于A的外关键词。如有关系，学生（学号，姓名，性别，…） 成绩（学号，课程号，分数）（学号）是“学生”的主关键词，但不是“成绩”的主关键词，则称（学号）是“成绩”的外关键词。第49页，课件共93页，创作于2023年2月3.5.3关系模型的特点概念简单功能强大存储透明数据独立性高基础坚实第50页，课件共93页，创作于2023年2月3.6关系模型设计数据库的逻辑数据模型设计起始于概念模型，与DBMS有关DBMS的分类:

层次模型数据库管理系统---HDBMS

网状模型数据库管理系统---NDBMS

关系模型数据库管理系统---RDBMS

第51页，课件共93页，创作于2023年2月3.6关系模型设计HDBMS概念模型层次模型NDBMS网状模型RDBMS关系模型

设计方法:从概念模型向数据模型转换符合信息要求符合构造规则第52页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型HDBMS概念模型层次模型NDBMS网状模型RDBMS关系模型设计方法第53页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型概念模型RDBMS关系模型把“实体集合”转换为“表”把“联系”转换为“表”对关系进行“规范化”设计方法第54页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型设计步骤1.形式化第一步,对概念模型“符号化”第二步,定义数据类型第二步,确定实体“关键字”2.“模型转行”第一步,把实体转换成“表”第二步,把联系转换成“表”3.“模型优化”对表进行关系“规范化”处理4.设置约束条件设计数据“完整性约束”条件n:m1:11:n第55页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型设计步骤:第一步,对概念模型“符号化”

用符号表示实体名、属性名、联系名如： 学生xs学号xh姓名xm性别xb…

课程代号kcdh课程名kcm…

系代号xdh系名ximing… …第56页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型设计步骤:第二步,确定各字段的数据“类型”按照属性的语义和DBMS的规定设计每个字段的数据类型。第57页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型设计步骤:第三步,确定实体“关键字”

对每个实体确定一个关键字如：

学生表的关键字为xh

课程表的关键字为kcdh

系名表的关键字为xdh …第58页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型设计步骤:第四步,把实体转换成“表”

把概念模型中出现的每一个实体转换成一个表如：xs(xh,xm,xb,jg,csrq,zp) js(gh,xm,xb,csrq,gzrq,jl) kc(kcdh,kcm,kss,bxk,xf) xim(xdh,ximing) zc(zcdh,zc) zy(zydh,zymc,xz) gz(gh,jbgz,gwjt,zhjt,zfbt,zfgj,ylbx,…) 第59页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型设计步骤:第五步,把联系转换成“表” 对不同的联系类型分别进行转换。第60页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型n选修m分数学生课程对“n:m”联系的转换：

把联系的两实体的关键字字段和联系的字段合并构成一个表，并确定关键字与外关键字如，Cj(xh,kcdh,cj)

主关键字为（xh,kcdh）

外关键字为（xh）和(kcdh)第61页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型系科学生对“1:m”联系的转换：

把1端实体的关键字字段加入到n端实体中,并确定外关键字。如，xs(xh,xm,xb,jg,csrq,zp,xdh)

外关键字为（xdh）1是m第62页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型教师工资对“1:1”联系的转换：

把一个实体的关键字字段加入到另一个实体中,并确定外关键字。如，gz(gh,jbgz,gwjt,zhjt,zfbt,zfgj,ylbx,grsds,qt,yfgz,sfgz)1是1第63页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型设计步骤:第六步,对所转换得到的关系模型做规范化和性能优化处理一个非形式化的的判别方法是：一个关系一个概念如：学生、课程和成绩是3个不同的概念，用3个关系表示

第64页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型设计步骤:第七步,设计数据“完整性约束”条件按照属性的限制和DBMS的规定设计数据完整性约束条件。数据完整性约束条件的类别：

1.字段完整性

2.实体完整性

3.参照完整性

4.用户自定义完整性第65页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型

设计步骤:

第七步,设计数据“完整性约束”条件1.字段完整性 是对字段规定的完整性条件。有:

是否可以存储“空值”？

取值范围是什么？

数据格式是什么？ 有无“默认值”？第66页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型

1.字段完整性例子: xh,gh,kcdh,xdh,zcdh,zydh等是关键字，不可为空值

xh的格式应为“99999999”

xb字段只能取值“男”或“女”，默认值为“男”

cj字段的值应为“0≤cj≤100”的整数 在校学生的年龄应大于等于13岁

…等等第67页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型

设计步骤:

第七步,设计数据“完整性约束”条件2.实体完整性 是对实体规定的完整性条件。有:

记录有效性规则是什么？ 对实体操作时有什么限制？ 第68页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型

2.实体完整性例子:

教师表：参加工作时的年龄必须在20岁以上 不可随意删除任何记录

工资表：实发工资金额应为收入与支出的差 不可随意增加记录 课程表：不可随意修改必修课的记录数据

…等等第69页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型

设计步骤:

第七步,设计数据“完整性约束”条件3.参照完整性 是控制两个相关表之间一致性的完整性条件。有:

对一个表进行“插入”、“删除”或“修改”时，是否要受另一个相关表的制约，使两表保持一致性？第70页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.1从概念模型到关系模型

3.参照完整性例子:

学生表与成绩表： 在成绩表中插入一个新记录时，要求学号已在学生表中存在。 删除学生表中一个记录时，要求同时删除成绩表中与该记录中学号相关的记录。 当修改学生表中的一个学生的学号时，同时要求修改成绩表中相关的学号第71页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.2关系模型设计实例1.形式化1）定义标识符和主关键词属性标识定义如下：属性名标识符属性名标识符属性名标识符属性名标识符学号sno教师代号tno课程代号cno系科代号dno学生姓名sname教师姓名tname课程名称ctitle系科名称dname性别sex性别sex必修/选修Req_elec系主任dhead出生日期birday籍贯city学时数period办公地址addr籍贯city出生日期birthday学分数credit科系代号dno工作日期jobday照片photo职称title系代号dno第72页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.2关系模型设计实例实体集合标识和主关键字定义如下：属性名标识符主关键词学生信息表students学号（sno）教师信息表teachers教师代号(tno)课程目录表courses课程代号(cno)系科信息表dept系代号(dno)第73页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.2关系模型设计实例联系标识符和外关键字定义如下：属性名标识符外关键词隶属is_a系代号(dno)在编be_in系代号(dno)修课grade学号（sno），课程代号(cno)授课offer教师代号(tno)，课程代号(cno)第74页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.2关系模型设计实例2.“模型转换”1）转换4个实体集合为关系表学生关系表：students（sno，sname，sex，birday，city，photo）教师关系表：teachers（tno，tname，sex，birday，city，jobday，title）课程关系表：courses（cno，ctitle，Req_elec，period，score）系科关系表：dept（dno，dname，dhead，daddr）第75页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.2关系模型设计实例2.“模型转换”1）转换4个联系为关系表隶属：是1:n型联系在编：是1:n型联系修课：是n:m型联系授课：是n:m型联系得到6个表格第76页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.2关系模型设计实例3.“模型优化”6个关系表各自表示了一个概念，不含有多余字段，所以都是规范化的表格了4.“设置约束条件”1）.字段约束条件sex（性别）=“男”或“女”；16≤当年-学生birday（出生日期）≤35；20≤当年–教师birday（出生日期）；title（职称）=“教授”或“副教授”或“讲师”或“助教”；credit（学分数）≤12；0≤score（分数）≤100；req_elec（必修/选修）=“必”“选”；term（学期）=大于等于1，小于等于10的正整数；第77页，课件共93页，创作于2023年2月3.6.2关系模型设计实例4.“设置约束条件”2).实体约束条件对teachers（教师表），jobday–birday≥20年；对courses（课程表），period=score×18；3).关系表间约束条件：对students（学生表），dno必须在dept中； 对teachers（教师表），dno必须在dept中； 对grade（成绩表），sno必须在students中，cno必须在courses中； 对offer（开课表），tno必须在teachers中，cno必须在courses中。第78页，课件共93页，创作于2023年2月3.7.1创建VFP数据库第79页，课件共93页，创作于2023年2月3.7.2在数据库上创建数据表第80页，课件共93页，创作于2023年2月3.7.3创建联系和表间约束条件1.建立永久联系的方法第81页，课件共93页，创作于2023年2月3.7.3创建联系和表间约束条件临时联系也称关联，使用setrelation命令建立setrelation命令的常用格式是：setrelationtoeExpression1INTOnWordArea1|cTableAlias1eExpression1建立临时联系的索引关键字nWordArea1（工作区号）或者cTableAlias1（表的别名）说明临时联系是当前工作区的表到哪个表的一般是父表的主索引、子表的普通索引第82页，课件共93页，创作于2023年2月3.7.3创建联系和表间约束条件2.建立参