数据库系统——数据模型基本概念详解_数据库概念模型

1.2 数据模型

数据模型是对现实世界数据特征的抽象。

通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。

数据模型应满足三方面要求：

• 能比较真实地模拟现实世界；
• 容易为人所理解；
• 便于在计算机上实现；

数据模型是数据库系统的核心和基础。

一、两类数据模型

数据模型分为两类（两个不同的层次）

• 概念模型，也称信息模型
  它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。
• 逻辑模型和物理模型
  逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对象数据模型、对象关系模型、半结构化数据模型等。

按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。

• 物理模型是对数据最底层的抽象
  描述数据在系统内（磁盘上）的表示方式和存取方式。

二、概念模型

1、信息世界中的基本概念

实体-联系方法

三、数据模型的组成要素

• 数据模型是严格定义的一组概念的集合
• 精确地描述了系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件

数据模型由三部分组成

• 1、数据结构—描述系统的静态特性
• 2、数据操作—描述熟悉同的动态特性
• 3、完整性约束

1、数据结构

2、数据操作

3、数据的完整性约束条件

四、常用的数据类型

五、层次模型

层次模型是用树结构来表示各类实体以及实体之间的联系

表示方法：

• 实体型：
  用记录描述，每个结点表示一个记录类型（实体）
• 属性：
  用字段描述，每个记录类型可以包含若干个字段
• 联系：
  用结点之间的连线表示记录类型（实体）之间的一对多的父子联系

层次模型的定义

满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型

• 1、有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点
• 2、根以外的其他结点有且只有一个双亲结点

1、层次模型的数据结构

2、层次模型的数据操纵与完整性约束

层次模型的数据操纵

• 查询
• 插入
• 删除
• 更新

层次模型的完整性约束条件

• 无相应的双亲结点就不能插入子女结点值
• 如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除
• 更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性

3、层次模型的优缺点

优点：

• 层次模型的数据结构比较简单清晰
• 查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型
• 层次模型数据结构提供了良好的完整性支持

缺点：

• 结点之间的多对多联系表示不自然
• 对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较复杂
• 查询子女结点必须通过双亲结点
• 层次数据库的命令（语言）趋于程序化

六、网状模型

网状数据库系统采用网状结构来表示各类实体以及实体间的联系

表示方法（与层次数据模型相同）

• 实体型：
  用记录描述，每个结点表示一个记录类型（实体）
• 属性：
  用字段描述，每个记录类型可以包含若干个字段
• 联系：
  用结点之间的连线表示记录类型（实体）之间的一对多的父子联系

网状模型的定义

满足下面两个条件的基本层次联系的集合

• 1、允许一个以上的结点无双亲
• 2、一个结点可以有多于一个的双亲

1、网状模型的数据结构

2、网状模型的数据操纵与完整性约束

• 导航式的查询语言和增删改操作语言
• 完整性约束条件不严格
• 允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值
• 允许只删除双亲结点值

3、网状模型的优缺点

优点

• 能够更为直接地描述现实世界，如一个节点可以有多个双亲；
• 具有良好的性能，存取效率较高

缺点

• 结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利用最终用户掌握
• DDL，DML语言复杂，用户不容易使用；
• 记录之间联系是通过存取路径实现的，应用程序必须选择存取路径，加重了程序员的负担。

七、关系模型

• 关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式
• 1970年美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd首次提出了数据库系统的关系模型
• 数据库厂商推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型

1、关系模型的数据结构

2、关系模型的操纵与完整性约束

3、关系模型的优缺点

优点：

• 建立在严格的数学概念的基础上
• 概念单一
• 实体和各类联系都用关系来表示
• 对数据的检索结果也是关系
• 关系模型的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
• 简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作

缺点：

• 存取路径必须对用户透明，查询效率往往不如格式化数据模型
• 为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，增加了开发数据库管理系统的难度。