第2周-数据模型--三级模式两级映射-ER图.课件.ppt

1、1回顾回顾p 数据库系统的构成：数据库系统的构成：p 数据管理技术的发展数据管理技术的发展p 信息的三种世界信息的三种世界p 数据库的三级模式结构数据库的三级模式结构（人工管理，文件管理，数据库管理）（人工管理，文件管理，数据库管理）（客观世界，信息世界，计算机世界）（客观世界，信息世界，计算机世界）应用程序、数据库管理系统应用程序、数据库管理系统(DBMS)、数据库、数据库(DB)。三级模式结构的一个具体实例三级模式结构的一个具体实例图书信息图书信息出版社名称出版社名称字符型字符型2020书名书名字符型字符型3030作者姓名作者姓名字符型字符型2020出版日期出版日期日期型日期型作者著书信息

2、作者著书信息作者姓名作者姓名字符型字符型2020书名书名字符型字符型3030出版社出书类型出版社出书类型出版社名称出版社名称字符型字符型2020书名书名字符型字符型3030类型类型字符型字符型1 1作者作者作品作品出版社出版社数据文件数据文件数据文件数据文件数据文件数据文件索引文件索引文件索引文件索引文件索引文件索引文件作者作者作品作品出版社出版社作者编号作者编号字符型字符型5 5书号书号字符型字符型6 6出版社编号出版社编号字符型字符型5 5作者姓名作者姓名字符型字符型2020书名书名字符型字符型3030出版社名称出版社名称字符型字符型2020通信地址通信地址字符型字符型5050类型类型字符

3、型字符型1 1城市城市字符型字符型1010邮编邮编字符型字符型6 6价格价格货币货币电话电话字符型字符型1111出版日期出版日期日期型日期型外模式外模式模模式式内模式内模式3数据库原理与应用数据库原理与应用第第2讲讲 数据模型数据模型-三级模式的两级映射三级模式的两级映射以及以及ER图图4本讲内容、重点和难点本讲内容、重点和难点n 重点重点p数据库的三级模式结构的两级映射数据库的三级模式结构的两级映射p概念模型概念模型的两个基本概念的两个基本概念实体与联系，实体与联系，E-R图图n 难点难点p三层模式结构及其对提高数据独立性的作用三层模式结构及其对提高数据独立性的作用pE-R图的画法图的画法p

4、逻辑模型（层次，网状，关系）逻辑模型（层次，网状，关系）教学目标 介绍数据库中的概念模型与数据模型的基介绍数据库中的概念模型与数据模型的基本概念本概念 讲解模型组成的讲解模型组成的3个要素个要素 逻辑数据模型中的逻辑数据模型中的3种数据模型种数据模型（重点）（重点）教学要求教学要求 通过本章学习，了解概念模型与数据模型的概通过本章学习，了解概念模型与数据模型的概念，掌握数据模型的组成要素，重点掌握念，掌握数据模型的组成要素，重点掌握层次层次模型、网状模型和关系模型模型、网状模型和关系模型的数据结构和各自的数据结构和各自的优缺点等内容。的优缺点等内容。 通过对本章内容的学习，有助于学生对数据库通

5、过对本章内容的学习，有助于学生对数据库系统的结构有一个比较完整的认识。系统的结构有一个比较完整的认识。71.两级映射与数据独立性两级映射与数据独立性两级映射两级映射数据独立性数据独立性8数据库系统的二级映射与数据独立性数据库系统的二级映射与数据独立性映射实质是对应规则，三级模式结构是靠映映射实质是对应规则，三级模式结构是靠映射来连接和完成。射来连接和完成。三级模式直接存在两级映射：三级模式直接存在两级映射：外模式外模式/模式模式映射映射，模式模式/内模式映射内模式映射。9n 外模式外模式/模式映射模式映射p特征：特征：对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式对于每一个外模式，数据库系统都有一

6、个外模式模式映射，它定义了该外模式与模式之间的对应关模式映射，它定义了该外模式与模式之间的对应关系。系。对应于一个模式可以有任意多个外模式。对应于一个模式可以有任意多个外模式。该映射的定义通常包含在该映射的定义通常包含在外模式描述外模式描述中。中。p保证数据的逻辑独立性保证数据的逻辑独立性：当模式改变时（如：当模式改变时（如：某些数据，记录类型，对数据某些数据，记录类型，对数据联系的一些改变等联系的一些改变等），数据库管理员修改有关的外），数据库管理员修改有关的外模式模式映射，尽可能地使外模式保持不变。模式模式映射，尽可能地使外模式保持不变。应用程序是依据数据的外模式编写应用程序是依据数据的外

7、模式编写的，从而应用程的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。称数据的逻辑独立性。10n 模式模式/内模式映像内模式映像p特征：特征：模式内模式映象定义了模式内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系结构之间的对应关系。数据库中数据库中模式内模式映象是唯一模式内模式映象是唯一的。的。该映射定义通常包含在该映射定义通常包含在模式描述模式描述中中p保证数据的物理独立性保证数据的物理独立性：当数据库的存储结构改变了（当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存例如选用了另一种存储结构

8、储结构），数据库管理员修改模式内模式映象，），数据库管理员修改模式内模式映象，使模式保持尽可能不变，进而外模式与应用程序也使模式保持尽可能不变，进而外模式与应用程序也保持不变。保持不变。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。独立性。11外模式外模式（子模式）（子模式）模式模式（概念模式或逻辑模式）（概念模式或逻辑模式）内模式内模式（物理模式）（物理模式）12n 讨论：讨论：p某学校的数据库，某学校的数据库，包含学生、教师、包含学生、教师、课程和工资等数课程和工资等数据。有两个应用据。有两个应用程序：薪酬管理程序：薪酬管理和教务管理。根和

9、教务管理。根据右边的框图中，据右边的框图中，说说三层模式和说说三层模式和两层映射两层映射薪酬管理程序薪酬管理程序教务管理程序教务管理程序薪酬管理数据模式薪酬管理数据模式教务管理数据模式教务管理数据模式教师教师工资工资学生学生课程课程数据文件数据文件1数据文件数据文件2132.概念模型概念模型两个基本概念：实体和联系两个基本概念：实体和联系 E-R图图2.1 模型的分类模型的分类n 如何将现实世界中的具体事物转换成计算机能够处理的数如何将现实世界中的具体事物转换成计算机能够处理的数据对象？据对象？p要将现实世界转变为机器能够识别的形式，必须经过要将现实世界转变为机器能够识别的形式，必须经过两次抽

10、象。两次抽象。n 模模型的分类：型的分类：p概念模型概念模型p数据模型数据模型15概念模型的两个基本概念概念模型的两个基本概念n 概念模型的作用概念模型的作用是找出现实世界中的信息实体及是找出现实世界中的信息实体及实体间的联系，所以概念模型也称为实体实体间的联系，所以概念模型也称为实体-联系模联系模型型。n 两个概念两个概念实体：用户所关注的对象。实体：用户所关注的对象。联系：实体间的相互关联。联系：实体间的相互关联。16实体实体n 实体实体可以区分的客观对象可以区分的客观对象p 属性和值域属性和值域属性是实体所具有的特征，值域是属性的取值范围。属性是实体所具有的特征，值域是属性的取值范围。例

11、例：教师：教师实体具有性别和职称的属性；性别的取值范围是（男，女）。实体具有性别和职称的属性；性别的取值范围是（男，女）。p 实体型和实体值实体型和实体值实体型是实体的结构描述，表示为实体名和属性名的集合，实实体型是实体的结构描述，表示为实体名和属性名的集合，实体值是一组属性值的组合。体值是一组属性值的组合。例例：实体型：教师：实体型：教师(编号，姓名，编号，姓名，性别性别)，实体值：，实体值： (15021，“李木李木”，男，男)。p 实体集实体集同类实体的集合。同类实体的集合。例例：教师实体集、学生实体集。：教师实体集、学生实体集。p 键键/码码在一个实体集中用于区分不同实体的属性组合。在

12、一个实体集中用于区分不同实体的属性组合。例例：教师实体：教师实体的键是编号，学生实体的键是学号。的键是编号，学生实体的键是学号。17联系联系n 联系联系实体之间的对应关系。实体之间的对应关系。p联系包括联系包括联系名联系名和和联系类型联系类型p联系类型反映一个实体集中的一个实体可能与另一个联系类型反映一个实体集中的一个实体可能与另一个实体集中的多少个实体存在关联，可以归纳为三种类实体集中的多少个实体存在关联，可以归纳为三种类型：型：一对多联系一对多联系(1:n)，例：公司，例：公司- 就职就职- 职员职员 多对多联系多对多联系(m:n)，例：读者，例：读者- 借阅借阅- 图书图书 一对一联系一

13、对一联系(1:1)，例：厂长，例：厂长- 任职任职 -工厂工厂 p注意注意：两个方向结合才能判断一个联系的类型。：两个方向结合才能判断一个联系的类型。以公司和职员之间的联系为例，一间公司有多个职以公司和职员之间的联系为例，一间公司有多个职员，一个职员属于一间公司，这样才能得到员，一个职员属于一间公司，这样才能得到1：n。18举例：选课系统中的实体与联系举例：选课系统中的实体与联系 实体：实体：教师(工号，姓名)课程(课程编号，课程名)学生(学号，姓名) 联系：联系：教师讲授课程：m:n联系学生选修课程：m:n联系课堂练习：判断下列实体间的联系类型课堂练习：判断下列实体间的联系类型p班级与班长班

14、级与班长(正正)p班级与班委班级与班委p班级与学生班级与学生p供应商和商品供应商和商品p商店和顾客商店和顾客p工厂和产品工厂和产品p出版社和作者出版社和作者p商品和超市商品和超市1:11:nm:nm:n1:1m:nm:nm:n20学生学生 学号学号选修选修E-R图图n E-R(Entity-Relationship )图用图用于描述于描述概念模型概念模型 实体实体用矩形框表示用矩形框表示 属性属性用椭圆形表示用椭圆形表示 联系联系用菱形框表示，联系要标用菱形框表示，联系要标明两端实体的多重性，即明两端实体的多重性，即1:n或或m:n或或1:1。21mn选选修修姓姓名名学学号号课程编课程编号号课

15、程课程名名修读学修读学期期学生学生课程课程例：选课例：选课E-R模型模型教师教师工工号号姓名姓名讲授讲授开课学开课学期期nm22n 讨论：设计讨论：设计E-R(Entity-Relationship )模型的可行方法模型的可行方法从业务描述中抽取出名词和动词，名词与实体对应，从业务描述中抽取出名词和动词，名词与实体对应，动词与联系对应。动词与联系对应。确定实体的属性要根据具体的应用需求。比如，在确定实体的属性要根据具体的应用需求。比如，在选课系统中，不需要教师的选课系统中，不需要教师的“入职时间入职时间”属性。而属性。而在财务管理系统中却需要这个属性。在财务管理系统中却需要这个属性。联系可以包

16、含属性，但不是必须的。联系可以包含属性，但不是必须的。E-R图中可以不绘制属性图中可以不绘制属性，在，在E-R图之外给出实体型。图之外给出实体型。这样可以精简这样可以精简E-R图规模。图规模。下次课介绍下次课介绍：逻辑模型之一：逻辑模型之一关系关系模型模型课堂小练课堂小练n 假定假定部门的数据库包括以下信息：部门的数据库包括以下信息：职工的信息：职工的信息：职工号、姓名、地址和所在部门。职工号、姓名、地址和所在部门。部门的信息：部门的信息：部门所有职工、部门名、经理和销售的产品。部门所有职工、部门名、经理和销售的产品。产品的信息：产品的信息：产品名、制造商、价格、型号及产品的内部编产品名、制造

17、商、价格、型号及产品的内部编号。号。制造商的信息：制造商的信息：制造商名称、地址、生产的产品名和价格。制造商名称、地址、生产的产品名和价格。试画出这个数据库的试画出这个数据库的E-R图。图。2324部门部门销售销售生产生产制造商制造商产品产品职工职工从属从属职工号职工号姓名姓名地址地址经理经理部门号部门号产品名产品名产品内部编号产品内部编号价格价格型号型号地址地址名称名称m1mnnmER图的设计图的设计实例实例 2实例实例:设有商店和顾客两个实体。设有商店和顾客两个实体。p“商店商店”有属性：有属性：商店编号、商店名、地址、电话商店编号、商店名、地址、电话p“顾客顾客”有属性：有属性：顾客编号

18、、姓名、地址、年龄、性顾客编号、姓名、地址、年龄、性别。别。 假设一个商店有多个顾客购物，一个顾客可以到多个商店假设一个商店有多个顾客购物，一个顾客可以到多个商店购物，顾客每一次去商店购物有一个消费金额和日期。购物，顾客每一次去商店购物有一个消费金额和日期。n 试画试画ER图，并注明属性和联系类型。图，并注明属性和联系类型。ER图的设计实例图的设计实例n建立步骤：建立步骤： 确定实体类型及属性。确定实体类型及属性。 本题已知有：商店、顾客。本题已知有：商店、顾客。商店商店编号商店名地址电话顾客顾客编号姓名地址年龄性别ER图的设计实例图的设计实例n建立步骤：建立步骤： 确定实体类型及属性。确定实

19、体类型及属性。 确定联系类型及属性。确定联系类型及属性。 “商店商店-顾客顾客”的联系是的联系是m:n 联系的属性有四项联系的属性有四项:顾客(编号)商店(编号)消费金额日期 联系的名称：购物联系的名称：购物商店顾客日期购物消费金额mnER图的设计实例图的设计实例n建立步骤：建立步骤： 确定实体类型及属性。确定实体类型及属性。 确定联系类型及属性。确定联系类型及属性。 把实体类型和联系类型组合成把实体类型和联系类型组合成ER图。图。ER图的设计实例图的设计实例 mn商店商店编号商店名地址电话日期购物消费金额顾客顾客编号姓名地址年龄性别“商店”与“顾客”的ER图303. 逻辑模型逻辑模型逻辑模型

20、的三个作用逻辑模型的三个作用三种逻辑模型三种逻辑模型31逻辑模型的作用逻辑模型的作用p概念模型只能反映实体概念模型只能反映实体-联系，还没有指出以什么样的联系，还没有指出以什么样的方式来方式来组织数据和操作数据组织数据和操作数据。完成这项任务的是逻辑。完成这项任务的是逻辑模型。模型。p逻辑模型要体现三个方面的特征逻辑模型要体现三个方面的特征1）数据结构数据结构，描述数据用什么样的结构组织起来，描述数据用什么样的结构组织起来2）数据操作数据操作，描述可以在数据上进行什么样的操作，描述可以在数据上进行什么样的操作3）数据约束条件数据约束条件，描述数据之间的约束规则，描述数据之间的约束规则p常见的逻

21、辑模型有：常见的逻辑模型有：层次数据模型、网状数据模型、层次数据模型、网状数据模型、关系数据模型。关系数据模型。32（1 1）层次型）层次型通过通过树树形结构表示实体及联系。如描述学校管理机构。每形结构表示实体及联系。如描述学校管理机构。每个个结点结点表示一个表示一个实体（型），实体（型），箭头表示实体（型）间的箭头表示实体（型）间的联系联系（由父到子）。（由父到子）。33(2)(2)网络型网络型通过通过网状结构网状结构表示实体及联系。表示实体及联系。“网网”中每个结点表示中每个结点表示一个实体一个实体( (型型) )，结点之间箭头表示实体，结点之间箭头表示实体( (型型) )间的联系。间的联

22、系。34层次与网络模型层次与网络模型优缺点优缺点: :优点优点: :能直观、形象地描述实体及其联系，能直观、形象地描述实体及其联系，易于被人们所理解和掌握易于被人们所理解和掌握 。缺点缺点: :数据结构较复杂，存储数据需要更多数据结构较复杂，存储数据需要更多的链接指针；在检索数据时，需要考虑数据的存的链接指针；在检索数据时，需要考虑数据的存储路径；在插入或删除数据时，涉及到调整链接储路径；在插入或删除数据时，涉及到调整链接指针。指针。35(3) 关系型关系型关系模型与关系模型与层次模型和网状模型层次模型和网状模型相比有着相比有着本质本质的的差别，它是用差别，它是用二维表格二维表格来表示实体及其

23、相互之间的联来表示实体及其相互之间的联系。系。 编号编号姓名姓名性别性别婚否婚否出生日期出生日期职称职称基本工基本工资资23101 张伶俐张伶俐女女已婚已婚09/24/56教授教授138023102 罗稼宛罗稼宛男男已婚已婚11/27/73讲师讲师56023103 黎达仁黎达仁男男未婚未婚12/23/81助教助教45023104 顾高粲顾高粲男男已婚已婚01/27/63副教授副教授97023105 黄丹秋黄丹秋女女未婚未婚07/15/79助教助教480教师关系表教师关系表一个关系就是没有重复行和重复列的二维表，二维表一个关系就是没有重复行和重复列的二维表，二维表的每一行在关系中称为元组，每一列

24、在关系中称为属性。的每一行在关系中称为元组，每一列在关系中称为属性。学生关系的每一行代表一个学生的记录，每一列代表学生学生关系的每一行代表一个学生的记录，每一列代表学生记录的一个字段。记录的一个字段。属性个数（属性个数（n n）称为关系的元。）称为关系的元。属性信息属性信息JSBHXMCSRQXB ZCZZFBGDHZZDHYDDH103601 李晓光李晓光 1960-5-113TRUETRUE 8922331 5166123 13019298657103621 李敏李敏1970-1-12 22TRUETRUE 8456721 5660304 13809228127106723 赵丹茹赵丹茹

25、1945-12-3 25FALSEFALSE8499213 13019876502105721 张大伟张大伟 1957-3-11 14TRUETRUE 8426115 8499212 13902125631值的集合值的集合9 9元关系元关系(3) 关系型关系型4.数据库新技术n 分布式数据库分布式数据库 分布式数据库系统是地理上分布在计算机网络的不分布式数据库系统是地理上分布在计算机网络的不同结点，逻辑上属于同一系统的数据库系统。同结点，逻辑上属于同一系统的数据库系统。分布式数据库的主要特点是：分布式数据库的主要特点是： p数据是分布的数据是分布的p数据是逻辑相关的数据是逻辑相关的p结点的自治

26、性结点的自治性图图1-8 一个分布式数据库应用系统实例一个分布式数据库应用系统实例全国票务中心全国票务中心4.数据库新技术n 多媒体数据库多媒体数据库 能存储和管理多种媒体的数据库称为多媒体数据库。能存储和管理多种媒体的数据库称为多媒体数据库。多媒体数据库对数据库管理系统的功能要求：多媒体数据库对数据库管理系统的功能要求：p要求数据库管理系统能方便地描述和处理具有内部层要求数据库管理系统能方便地描述和处理具有内部层次结构的数据。次结构的数据。 p要求数据库管理系统提供由用户定义的新的数据类型要求数据库管理系统提供由用户定义的新的数据类型和相应操作的功能。和相应操作的功能。p要求数据库管理系统能

27、够提供更灵活的定义和修改模要求数据库管理系统能够提供更灵活的定义和修改模式的能力。式的能力。p要求数据库管理系统提供对多媒体信息管理中特殊的要求数据库管理系统提供对多媒体信息管理中特殊的事务管理与版本控制能力。事务管理与版本控制能力。 4.数据库新技术n 工程数据库工程数据库 所谓工程数据库是指所谓工程数据库是指在工程设计中，主在工程设计中，主要是要是CAD/CAM中中所用到的数据库。所用到的数据库。由于在工程中的环由于在工程中的环境和要求不同，工境和要求不同，工程数据库与传统的程数据库与传统的信息管理中用到的信息管理中用到的数据库有着很大的数据库有着很大的区别。区别。 应用程序应用程序方法库

28、方法库图形系统图形系统DBMS数据库数据库图图1-9 工程数据库的应用环境工程数据库的应用环境4.数据库新技术n 面向对象数据库面向对象数据库 面向对象数据库系统面向对象数据库系统(Object-Oriented Database System，OODBS)是将面向对象的模型、方法和是将面向对象的模型、方法和机制，与先进的数据库技术有机地结合而形成的机制，与先进的数据库技术有机地结合而形成的新型数据库系统。新型数据库系统。它从关系模型中脱离出来，强调在数据库框架中发它从关系模型中脱离出来，强调在数据库框架中发展类型、数据抽象、继承和持久性。展类型、数据抽象、继承和持久性。 4.数据库新技术n

29、数据仓库技术数据仓库技术 数据仓库、数据仓库、OLAP和数据挖掘是作为三种独立的信和数据挖掘是作为三种独立的信息处理技术出现的。数据仓库用于数据的存储和息处理技术出现的。数据仓库用于数据的存储和组织，组织，OLAP集中于数据的分析，数据挖掘则致集中于数据的分析，数据挖掘则致力于知识的自动发现。它们都可以分别应用到信力于知识的自动发现。它们都可以分别应用到信息系统的设计和实现中，以提高相应部分的处理息系统的设计和实现中，以提高相应部分的处理能力。能力。 43小结小结1. 数据库系统的三级模式：外模式、模式、内模式。数据库系统的三级模式：外模式、模式、内模式。2. 数据库系统的两级映射，外模式数据库系统的两级映射，外模式/模式映射，用于实现模式映射，用于实现数据的逻辑独立性；模式数据的逻辑独立性；模式/内模式映射，用于实现数据内模式映射，用于实现数据的物理独立性。的物理独立性。3. 概念模型中的两个概念：实体、联系概念模型中的两个概念：实体、联系.4. 联系有联系有1:1,1:N, M:N三种三种.5. E-R模型是模型是一种概念模型一种概念模型表示方法表示方法.6. 概念模型与概念模型与计算机无关计算机无关，同样的概念模型可以转换为同样的概念模型可以转换为不同的逻辑模型。不同的逻辑模型。7. 层次，网状，关系层次，网状，关系-三种逻辑模型三种逻辑模型。