数据模型概述

一、数据模型概要

1.模型、建模与抽象

• 模型：队对研究对象进行抽象的工具。
• 建模：对研究对象进行抽象的过程。
• 抽象：对事物进行简化、提取特征或共性，实现模型和事物之间的映射或投影。

2.数据模型

• 对现实世界数据特征的抽象。
• 用来描述数据、数据联系、数据语义以及一致性约束的一套概念工具。
• 是数据库系统的核心和基础。

3.两类数据模型

• 概念模型：又称信息模型，主要用于数据库设计。
• 逻辑模型和物理模型：
  • 逻辑模型主要包括层次模型、网状模型、关系模型等。
  • 物理模型是对数据最底层的抽象，是面向计算机系统的。

二、数据库模型的组成要素

1.数据结构

• 描述数据库自称对象以及对象之间的联系。
• 数据结构描述的内容有两类：
  • 与对象的类型、性质、内容有关的。
  • 与数据之间联系有关的。
• 数据结构是所描述对象类型的集合，是对系统静态特征的描述。

2.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。
• 数据操作是对系统动态特性的描述。

3.数据的完整性约束

• 数据的完整性约束条件是一组完整性规则。
• 保证数据的正确、有效和相容。

三、概念模型

1.概要

• 概念模型是现实世界到机器世界的中间层次。

• 用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一次=层抽象。

2.基本概念

• 实体(entity)：客观存在并可相互区别的事物。

• 属性(attribute)：实体所具有的某一特性称为属性。

• 码(key)：唯一标识实体的属性集。

• 实体型(entity type)：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体。

• 联系(relationship)：实体之间的联系通常指不同实体集之间的联系。

3.概念模型的表示方法

• 实体-联系方法
• 改方法用E-R图来描述现实世界的概念模型。

常用数据模型

一、层次模型

1.简介

• 层次模型是数据库中最早出现的模型。
• 用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。

2.数据结构

• 采用树形结构，树的性质决定了树状数据模型的特征。

• 整个模型中有且仅有一个节点没有父节点，即根节点。

• 其余的节点必须有且仅有一个父节点。
  

3.数据操纵与完整性约束

• 数据操纵：主要有查询、插入、删除和更新。
• 完整性约束：
  • 所有的子节点不能脱离父节点而单独存在。
  • 如果要删除父节点，那么父节点下面的所有子节点都要同时删除。
  • 但是可以单独删除一些叶子节点。

4.优缺点

• 优点

  • 数据结构简单清晰。
  • 查询效率较高，节点的有向边表示了节点之间的联系。
  • 提供了较好的数据完整性支持。

• 缺点

  • 不适用于非层次的联系（如多对多的联系）。
  • 缺乏灵活性，若一个结点具有多个双亲结点解决办法复杂且限制修改。
  • 查询节点的时候必须知道其双亲节点。
  • 层次命令趋于程序化。

二、网状模型

1.简介

• 用有向图表示实体和实体之间的联系。
• 可以看做是放松层次数据模型的约束性的一种扩展。
• 去掉了层次模型的两个限制：
  • 允许多个节点没有双亲结点。
  • 允许结点有多个双亲结点。

2.数据结构

• 采用有向图结构，有向图的性质决定了树状数据模型的特征。
• 可以存在两个或者多个节点没有父节点。
• 允许单个节点存在多于一个父节点。

3.数据操纵与完整性约束

• 支持记录码的概念。
• 保证一个联系中双亲记录和子女记录之间是一对多的联系。
• 可以支持双亲记录和子女记录之间的某些约束条件。

4.优缺点

• 优点
  • 可以很方便的表示现实世界中的很多复杂的关系。
  • 具有良好的性能，存储效率较高。
• 缺点
  • 结构比较复杂。
  • 网状模型的DDL、DML复杂。
  • 编写应用程序负担较重。

三、关系模型

1.简介

• 实体、实体之间的联系都被映射成统一的关系。
• 建立在严格的数学概念的基础上。

2.数据结构

• 每个关系的数据结构都是一张规范化的二维表。
• 关系(relation)：一个关系对应一张表。
• 元组(tuple)：表中的每一行即为一个元组。
• 属性(attribute)：表中的每一列即为一个属性。
• 码(key)：可以唯一确定一个元组。
• 域(domain)：一组具有相同数据类型的值的集合。
• 分量：元组中的一个属性值。
  

3.数据操纵与完整性约束

• 操纵主要包括增删改查。
• 完整性约束包括：实体完整性、参照完整性、用户完整性。
• 操作对象和操作结果都是关系。

4.优缺点

• 优点

  • 建立在严格的数学概念的基础上。
  • 概念单一，结构简单、清晰。
  • 存取路径对用户透明，具有更高的数据独立性、更好的安全保密性。

• 缺点：

  • 存取路径对用户隐蔽，查询效率较低。

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像一个个纯粹美丽的漩涡，谁拥有那星空却没有因此而沉默。 ——理想后花园《每一颗行星都是你》