数据库原理与技术程学先第二版第2章.ppt

1、第二章 数据库设计中的数据模型,数 据 模 型,关系数据模型,面向对象数据模型,退 出,本 章 要 点,一、数据模型概念,设计数据库系统时，一般先用图或表的形式抽象地反映数据彼此之间的关系，称为建立数据模型。,常用的数据模型一般可分为两类，一是语义数据模型，如实体_联系模型(E-R模型)，面向对象模型等；二是经典数据模型，如层次模型，网状模型，关系模型。,数 据 模 型,语义数据模型强调语义表达能力，建模容易方便，概念简单、清晰，易于用户理解，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是用户和数据库设计人员之间进行交流的语言。,经典数据模型用于机器世界，一般和实际数据库对应，例如层次模型，网状模型，关

2、系模型分别和层次数据库，网状数据库和关系数据库对应，可在机器上实观。这类模型有更严格的形式化定义，常需加上一些限制或规定。,数 据 模 型,设计数据库时通常利用第一类模型作初步设计，之后按一定方法转换为第二类模型，再进一步设计全系统的数据库结构。通常包括数据结构、数据操作和完整性约束三部分内容。,数 据 模 型,数据结构：描述的是数据库数据的组成、特性及其相互间联系，是对系统静态特性的描述。在数据库系统中通常按数据结构的类型来命名数据模型，如层次结构、网状结构和关系结构.模型分别命名为层次模型，网状模型，关系模型。,数 据 模 型,数据操作：指对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合，包括

3、操作及有关的操作规则，是对系统动态特性的描述。主要有检索和维护（包括录入、删除、修改）等两大类操作。,数 据 模 型,数据的约束条件：指数据完整性规则的集合，它是给定数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态及其变化，以保证数据的完整性。,数 据 模 型,二、数据之间的联系,1、一对一联系(1:1) 若对于实体集A中每一个实体，实体集B中至多只有一个实体与之联系，反之对于实体集B中每一个实体，实体集A中也至多只有一个实体与之联系。则称实体集A与实体集B之间具有一对一联系，记为1:1。,数 据 模 型,2、一对多联系（1:N） 若对于实体集A中的每一个实体，实

4、体集B中有n个实体（n0）与之联系。而对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多的联系，记为1:N。,数据之间的联系,3、多对多联系（M:N） 若对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反过来对于实体B中的每一个实体，实体集A中有m个实体（m0）与之联系，则称实体集A与实体集B之间有多对多联系，记为M:N。,数据之间的联系,三、实体联系模型（Entity-Relationship Model） E-R模型是P.PS.Chen于1976年提出的一种概念模型，用E-R图来描述一个系统中的数据及其之间关系。,数据模型,在E

5、-R图中，用长方形表示实体集，在长方形框内写上实体名。,用菱形表示实体间联系，菱形框内写上联系名。,用无向边把菱形和有关实体相连接，在无向边旁标上联系的类型，如1或M或N。,用椭圆形表示实体或联系的属性。如用椭图形，将它与一个相应实体间以无向边相连。或以表格形式，表示方法为：实体名（属性1，属性2）。,实体联系模型,实体联系模型,学校系统的 E-R图如右图所示：,实体联系模型,要注意的几个问题：,1、某些联系也具有属性,2、 对于三个实体m:n:p的联系，如老师、学生、课程间联系可如图2.3所示描述。,实体联系模型,3、E-R图可以表现一个实体内部部分成员和另一部分成员间的联系，这类联系称为自

6、回路。,实体联系模型,4、E-R图可以表现二个实体集间多类联系。例如一个单位中职工和工作的关系，一个职工可承担多项工作，一个工作一般有多人承担，这种工作关系是多对多的关系。另一方面，有一些职工对一些工作是主要责任人，一个职工可对多项工作负责，但一项工作只有一个责任人，它们之间这种负责关系为1对多联系，可用图2.5描述。,实体联系模型,用二维表格数据（即集合论中的关系）来表示实体和实体间联系的模型叫关系数据模型。 Oracle、DB2、Informix、Sybase、SQL Server、Access、Visual FoxPro全都是关系数据库管理系统。,关系数据模型,关系数据模型用二维表表示实

7、体集，二维表由多列和多行组成。,每列描述实体的一个属性，每列的标识称为属性名，在关系数据库中称为数据项或字段。,表中每一行称为一个元组，描述一个具体实体，在关系数据库中称为记录。,关系数据模型,元组的集合构成表，称为关系，描述一个实体集中各类数据的集合，在关系数据库中也称之为表。,关系数据模型由多个关系表构成，每个表表示法为：关系名（属性1，属性2，属性n），例如：学生（学号，姓名，性别，出生年月，专业，班级，政治面貌，家庭住址，履历）。,关系数据模型,在一个关系的属性中有的属性或属性组能唯一标识一个元组，称为主码，或称为关键字。,有些属性取值有一定范围，属性的取值范围称为域。一个域对应关系数

8、据库中的表中的一个数据项的值的集合。域可以是整数、实数、字符串、如期、逻辑真假等。,元组中一个属性值称为分量，对应关系数据库中一条具体记录的一个数据项的具体值。,关系数据模型,1、关系是元组的集合，元组在关系中的顺序不影响关系。,几点说明：,2、同一关系任意元组不允许全同。对于每一表，一般要选定或设计主码，用以区分不同元组。,3、关系的每一属性都是不可再细分的基本数据类型，这种特性称为原子性。,4、在一个表中属性排列顺序可以交换，不影响关系。,5、允许属性值为空值（null value），表示该属性值未知，空值不同于0，也不同于空格。,关系数据模型,由E-R模型转化出关系模型，画法为：,将每一

9、个实体型（矩形）用一个关系表示，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的主码。,对于一对一的联系可将原两实体合并为一个关系表示，关系属性由二个实体属性集合而成，如有的属性名相同，则应加以区分。,对于一对多的联系，在原多方实体对应的关系中，添加一方实体的主码，多方实体主码是多方对应关系的主码。,关系数据模型的设计,将多对多的联系转换为新关系，联系名为关系名，联系的属性加上相关两实体主码构成关系的属性集，相关两实体主码的集合是联系关系的主码。 例如图2.2中在成绩属性集（分数）的基础上建立关系成绩(学号，课程号，分数)，它将是联系学生和课程两个实体的关系，其中，学号是学生实体的主码，课程号是课

10、程实体的主码，分数是联系“成绩”的原有属性，学号和课程号构成成绩关系的主码。,关系数据模型的设计,对于M: N: P的联系，仿照多对多联系处理，联系转化为关系，原三个相关实体的主码及联系自身的属性构成联系关系的属性。,关系数据模型的设计,对于自回路，区分一对多和多对多。对于多对多情况，先复制原实体中主码及涉及的主要属性，改名后存另一个表，再仿照一对多联系和多对多联系处理，联系转化为关系，原实体中主码加上更名后原实体中主码作为联系的属性。例如学生和学生之间合作联系可用合作（学号，相关学号）表示。,关系数据模型的设计,面向对象模型可以看成是E-R模型增加了封装、方法、和对象标识等概念后的扩展。 面

11、向对象方法将实体集抽象地看成是对象的集合，对象具有属性，接受约束，彼此间存在联系。 将对象分类并抽象成类，可以利用面向对象开发工具绘制数据模型。 将系统分析与设计统一起来，在建模基础上进一步直接建库建表。,面向对象数据模型,1997年国际对象管理集团（ObjectManagementGroup，OMG）通过将统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）定为建模语言的行业标准，成为目前最为风行的建模语言。,面向对象数据模型,UML定义的类图 UML是由世界著名的面向对象技术专家 G. Booch、J. Rumbauhg和I. Jacobson发起，在Booch方法、

12、OMT方法和OOSE方法的基础上，汲取许多面向对象方法的优点，广泛征求意见，几经修改而完成的。目前已成为面向对象领域内占主导地位的标准建模语言。 UML用9种图：用例图、类图、对象图、时序图、活动图、协作图、组件图、状态图、部署图对现实世界进行模拟。,面向对象数据模型,类是具有相似结构、行为和关系的一组对象的抽象表示。 对象是类的实例，它定义了系统在给定时刻具有的物理元素，而没有具体考虑系统的动态活动。 UML规定用类图描述类及其之间的关系。 类图（Class Diagram），表现类以及类之间的关系，可用于表现信息之间的联系、数据及其处理的概要过程。,UML定义的类图,对象图可以具体表现对象

13、及对象之间的相互关系。 可以利用类描述数据表、主码、外码、视图、域；用方法描述索引、约束、派生；用关联、聚集、组合表现实体集间聚集、组合等关系。 类图与对象图都是UML的静态结构图，是系统分析与系统设计中极为重要的文件，是其他动态结构图的依据。,UML定义的类图,一、类图的概念 在类图中，类由矩形框来表示，矩形框内分为三层，分别说明类的名称、类的属性（表现类的结构特征）与类的方法（表现类的操作、行为或处理），在类与类之间用特殊符号表示它们之间的关系。 类的名称是分析与设计中需要的关于类的标识，应尽量用领域内的术语，同时又要让人容易领会其意义。,UML定义的类图,类的属性常被用来表示数据的结构与

14、界面的情况，在类图中用文字串说明，文字串的格式为： 可见性属性名：类型多重性次序=初始值特性 其中，中括号表示可选，对于具体的类，可以有，也可能没有。,UML定义的类图,一般讲，类不限定属性的个数，我们在需求分析阶段绘制时可以只考虑那些对系统设计必要的特征。 一个类代表多个对象，各对象间的区别主要体现在属性值的不同上。 类的方法表示类的操作或功能，例如对数据表的添加、修改、删除、查询、计算、分类、归纳、导出、打印等等，它们都作用在该类所派生的对象上，在设计界面时必须考虑，在为数据库建模时可以暂不考虑。,UML定义的类图,二、对象图的概念 对象图是类图的具体形式，表示类的实例样本，并且可以显示键

15、值和关系。 对象图几乎使用与类图完全相同的标识，唯一的不同在于它显示的是类的多个实例，而不是实际的类，用对象名：类名（加下划线）表示对象名（空缺对象名时表示是匿名对象）。对象有生命周期，只在系统某一时间段存在。对象图主要应用在交互图中。,UML定义的类图,三、类图的图形元素,UML定义的类图,用右键点击“Logical View”，在弹出菜单中选“New”，再选“Class Diagram”，就会在“Logical View”目录下创建一个类。双击该类，进入类设计窗口，见图2.6。,图2.6 建立类图,在目录树右边会显示帮助绘制类图的工具条，其内容与意义见图2.7。 先点击工具条上的类，再在类

16、图设计窗口上点击，就会建立一个新类，可以定义类名。用右键点击该类，选“Open Specification”将出现如图2.8所示的类的属性对话框。,UML定义的类图,在普通属性页面（General）上，可以定义类名、类的种类、类的角色。在Documentation框中可以以文本方式填入与执行类有关的约束条件。 用右键点击类，弹出菜单如图2.9所示。,UML定义的类图,在该菜单中点选“New Attribute”，可以在图中添加属性，每添加一个新属性，该属性都会列入到右边目录树中。,R,UML定义的类图,图2.9 右键点击类图弹出的菜单,用右键点击目录树中的属性名，点选“New Operatio

17、n”，弹出设置属性的属性的对话框，如图2.10所示。,UML定义的类图,图2.10 属性数据类型设置,在类图中，用鼠标右击关联线，弹出菜单如图2.11所示。,UML定义的类图,图2.11 右击关联线设置多重性,利用Rose能十分容易地完成建模操作 其步骤如下： 1. 分析系统中的实体。 2. 分析每一个类的含义和职责、确定属性和操作。 3. 确定类之间的关系。,利用Rose建模操作,UML 中类有三种主要的构造型：边界类、控制类和实体类。数据库设计时主要考虑实体类。 实体类保存要放进持久存储体的信息。持久存储体是数据库或文件等可以永久存储数据的介质。通常每个实体类对应实际系统中的表格，最终对应

18、数据库中的数据表，实体类中的属性对应数据库表中的字段。,利用Rose建模操作,chapter_1,利用Rose建模操作,R,图2.12 学生管理系统数据库面向对象数据模型示意图,类之间的关系是类图中比较复杂的内容。有关联、聚合、组合、泛化、依赖等。 关联是模型元素之间的一种语义联系，表示类与类之间的连接。它使一个类的可见属性和方法被另一个类使用。 关联可以是双向关联，也可以是单向关联，在UML图中用无箭头实线或单向的箭头线表示，单向的箭头指向调用或查询的方向。,利用Rose建模操作,可以给关联加上关联名来描述关联的作用。关联两端的类也可以以某种角色参与关联，角色可以具有多重性，表示可以有多少个

19、对象参与关联。 可以通过关联类进一步描述关联的属性、操作以及其他信息。关联类通过一条虚线与关联连接，可以将它看成为实体与实体之间的联系关系。对于关联可以加上一些约束，以加强关联的含义。,利用Rose建模操作,利用Rose建模操作,图2.13 利用Rose2003为数据库建模,（1）右击逻辑视图（Logical view）NewClass Diagram改名为学生管理双击“学生管理”出现类设计窗口，利用工具条中的“类”按钮在其中建立类：“系”、“教研室”、“老师”、“学生”、“课程”、“教学”、“成绩” （2）在组件视图（component view）中创建数据库对象：右击组件，在弹出菜单中选D

20、ata ModelerNewDatabase命名为：XSGL。（假设在SQL Server2000中已经建立了数据库XSGL）。,从建模到建库与建表的自动化操作,（3）右击XSGLOpen Specification在Target中选数据库管理系统（DBMS）右击XSGLData ModelerNewTablespace，定义表空间，例如“PRIMARY”。 （4）展开Logical view右击Schemas Data ModelerNewSchema，定义模型名，例如Schema1。右击Schema1Open Specification在弹出对话框中选择Database为XSGL。 （5）创建模型视图。右击Schema1选Data ModelerNewData Model Diagram，生成模型视图New Diagram，定义模型视图名，例如“学生”。,从建模到建库与建表的自动化操作,（6）建表。双击“学生”，在视图中利用工具条中的对象模型生成数据表“系”、“教研室”、“老师”、“学生”、“课程”等。右击各个表，选Open Specification在弹出对话框General页面中选择Tablespace为