第二章、数据模型.ppt

1、层次数据模型 网络数据模型 关系数据模型 E-R数据模型 面向对象数据模型 基于逻辑的数据模型,一、层次数据模型（Hierarchical data model）,1、记录（Record）和字段（Field）,记录是用来描述某个事物或事物间关系的数据单位，也是存贮的数据单位，记录是命名的，它包含若干字段，每个字段也是命名的，字段只能是简单数据类型，如整数、实数、字符串等。,记录的型或记录的数据模式：,记录的实例：,这是层次数据模型中最基本的数据关系，它代表两个记录型之间的一对多（记为1：N）关系。,2、父子关系（Parent-child-relationship）简称PCR,PCR型,学院,班

2、级,1,N,一个PCR实例,计算机及信息工程学院,信管002,信管004,信管006,信管008,3、层次数据模式（Hierarchical data schema）,学院,班级,教研组,学生,教师,层次数据模式例子,计算机及信息工程学院,信管002,信管004,信管006,信管008,系统教研组,计算教研组,王一,张三,李四,赵立,钱英,孙玉,周新,吴坚,金小龙,单洪生,张太红,冯向萍,层次数据模式的一个实例,4、虚拟记录（Virtual record）,王一,张三,李四,学生,课程,人工智能,人工智能,数据库,人工智能,数据库,王一,学生,课程,人工智能,数据库,张三,李四,张三,李四,（

3、学生）v,课程,学生,（课程）v,数据库管理系统的构成,5、层次数据模型的约束,除了根记录以外，任何记录不能离开其父记录而孤立存在，在插入一个子记录时，必须与一个父记录相联系，否则不能插入，在删除一个记录时，其子记录也自动地被删除。 任何记录，只允许有一个父记录，即层次数据模式及其实例总是树形。 虚拟记录的指针必须指向一个实际存在的记录，有虚拟记录指向的记录不得删除。 虚拟记录不得为根记录 层次数据模型规定用树的先序遍历的次序作为存储次序。,20世纪60-70年代，IBM的IMS,二、网状数据模型（Network data model）又称CODASYL或DBTG模型,1、记录（Record）

4、和数据项（data items）,记录是用来描述某个事物或事物间关系的数据单位，也是存贮的数据单位，记录是命名的，它包含若干数据项，数据项不一定是简单数据类型，也可以是多值的和复合的数据。,2、系（set）,在网状数据模型中，数据间的联系用系表示。系代表两个记录型之间的1：N联系，系也是命名的，也有型、值之分，“1”方的记录称为首记录，“N”方的记录称为属记录。,3、网状数据模型的约束,一个记录型可以作为几个系的首记录，也可以作为几个系的在插入一个子记录时属记录。 一个记录型不能兼任同一系的首记录和属记录。 一个记录型不能出现在同一系型的多个系值中。 插入记录时，要考虑其系籍问题（Automa

5、tic, Manual）。 属记录系籍约束（Optional, Mandatory, Fixed）。 删除首记录时的约束。,20世纪70年代，Cullinet的 IDMS Honeywell的 IDS-II UNIVAC的 DMS1100 HP的 IMAGE,1971年，CODASYL（Conference on Data System Language）委员会中的DBTG（Data Base Task Group）提出了著名的DBTG报告，对网状数据模型和语言进行了定义。,三、关系数据模型（Relational Data Model）,1、域、关系和基本关系变量,属性,度,元组,势,关系 S

6、tudent,主码,男，女,ID Name Gender Birthday,域,关系的定义：,给定一个集合，它包含n个类型或域Ti（i=1,2,n），这些域没有必要各不相同。r如果包含以下定义的表头（heading）和主体（body），那它就是一个关系。 a)表头是具有n个形式为Ai:Ti的属性集合，其中：Ai（必须各不相同）是r的属性名；Ti是相应类型的名字（ i=1,2,n ）。 b)主体是一个包含m个元组t的集合，其中，t依次是形式为Ai:vi的分量的集合，vi是类型Ti的值，即元组t在属性Ai上的值（ i=1,2,n ）。 m和n分别称为关系的势和度。,关系值的特性：,没有重复的元组

7、元组从上而下的排列没有次序 属性从左至右的排列没有次序 每个元组只包含每个属性的一个值,2、关系代数（Relational Algebra）：,关系代数是一个操作符的集合，以关系作为操作对象，返回的结果是一个关系。,选择,投影,a b c,x y,积,并,交,差,自然连接,a b c,x y,a,除,3、关系演算（Relational Calculus）：,用谓词演算公式来表达对数据库的查询操作的形式系统称为关系演算。用户只需要用谓词演算公式提出自己对查询的具体要求，如何实现这一要求的问题由系统解决。根据在谓词演算公式中使用的变量类型不同，关系演算又分为两类：用变量代表元组的演算称为元组关系演

8、算（TRC: Tuple Relational Calculus）（简称为元组演算），用变量代表各值域中的值的演算称为域关系演算（DRC： Domain Relational Calculus）（简称为域演算）。,TRC,SQL,DRC,QBE,3.1、元组关系演算（ TRC: Tuple Relational Calculus）,元组关系演算表达式的一般形式为t|p(t)，其中t是一个元组变量，p是由原子公式和运算符组成的公式-谓词。 原子公式有三种形式： R(s) si uj (:,=,) sia (a为常量） 在元组关系演算中，若公式中的一个变量前有量词约束，则这个变量为约束变量，否则为

9、自由变量。并且： 每个原子是一个公式，其中所有元组变量为自由变量 若p和q是公式，pq,pq, p,pq也是公式 若p公式，则（s(p)也是公式 若p公式，则（s(p)也是公式,3.2、域关系演算（ DRC: Domain Relational Calculus）,域关系演算表达式的一般形式为 |p(x1,x2,xn,xn+1,xn+m) 式中x1,x2,xn,xn+1,xn+m为域变量，其中x1,x2,xnp出现在结果中，xn+1,xn+m不出现在结果中，但出现在谓词p中。 谓词p公式有二种形式： R(x1,x2,xn,xn+1,xn+m) x y (:,=,x、y中至少有一个是变量) 在域

10、关系演算中，若公式中的一个变量前有量词约束，则这个变量为约束变量，否则为自由变量。并且： 每个原子是一个公式 若p和q是公式，pq,pq, p，pq也是公式 若p公式，则x(p(x)也是公式 若p公式，则x(p(x)也是公式,4、键、码（Key）,主键（全键）,外键,外键,主键,候选键,主键,超键,候选键：设R为一个关系变量，设K是R的一个属性集，当且仅当K满足下列 特性时，它是R的候选键： 1、唯一性：R上没有两个不同的元组，在K上有相同的值 2、不可约性：K没有一个真子集也具有唯一性,4、完整性（Integrity）,域完整性 实体完整性 引用完整性（参照完整性） 用户定义完整性（一般完整

11、性）,数据库的完整性是指数据的正确性和相容性,5、视图（View）,视图是关系（表），其元组（记录）根据需要由视图定义推算得出，而不是直接存储在数据库中。,student,grade,CREATE VIEW no_pass AS SELECT student.id, FROM student, grade WHERE student.id = grade.id AND grade.grade60,6、RDBMS的十二条准则（E.F.Codd）,准则0：对于一个声称自己是关系型的DBMS，它必须能完全通过它的关系能力来管理数据库。 准则1：信息准则。关系型DBMS的所有

12、信息都应在逻辑一级用一种方法既表中的值显示出来。 准则2：保证访问准则，依靠表名、主键和列名的组合，保证可以用逻辑方式访问关系数据库中的每个数据单元。 准则3：空值的系统化处理。 准则4：基于关系模型的动态的联机字典。 准则5：统一的数据子语言以完成数据定义、视图定义、数据操作、完整性约束、授权、事务功能等。 准则6：视图更新准则，所有理论上能更新的视图应该能由系统更新。 准则7：高级的插入、修改和删除操作，把一个基本关系或导出的关系作为单一的操作对象进行处理。 准则8：物理数据独立性，无论数据库的数据在存储表示或存取方法上作任何变化，应用程序都保持逻辑上的不变性。 准则9：逻辑数据独立性，当对基本关系进行理论上保持信息不受损害的任何种类变化时，应用程序都保持逻辑上的不变性。 准则10：数据完整的独立性，关系数据库的完整性约束必须是用数据