Sqlserver数据模型

第2章数据模型本章主要内容本章将着重介绍一下概念模型、层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等数据库系统的数据模型的基本概念和设计方法，为后面的数据库设计打下基础。（1）数据描述概念设计、逻辑设计和物理设计等各阶段中数据描述的术语，概念设计中实体间二元联系的描述（1:1，1:N，M:N）。（2）数据模型数据模型的定义，两类数据模型，逻辑模型的形式定义，ER模型，层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型的数据结构以及联系的实现方式。数据模型2.1数据模型概述2.2E－R数据模型2.3层次数据模型2.4网状数据模型2.5关系数据模型2.6面向对象数据模型本章小结2.1数据模型概述数据模型（DataModel）是对现实世界数据特征的抽象，是用来描述数据的一组概念和定义。现实世界中的客观对象抽象为概念模型；然后把概念模型转换为DBMS支持的数据模型。其转换过程如右图。数据模型的分类：概念数据模型（又称概念模型）逻辑数据模型（又称数据模型）现实世界概念数据模型：信息世界逻辑数据模型：DBMS支持的数据模型认识抽象转换2.1.1数据模型的基本组成数据模型是现实世界中的事物及其间联系的一种抽象表示，是一种形式化描述数据、数据间联系以及有关语义约束规则的方法。它通常由以下三个部分组成：（1）数据结构它是指对实体类型和实体间联系的表达实现。它是数据模型最基本的组织部分，规定了数据模型的静态特性。（2）数据操作是指对数据库进行的检索和更新两类操作。（3）数据的约束条件数据的约束条件是一组完整性规则的集合。它定义了给定数据模型中数据及其联系应具有的制约和依赖规则。2.1.2数据模型的发展20世纪60年代后期，在文件系统基础上发展起来的层次模型、网状模型和关系模型等传统数据模型；20世纪70年代后期产生的E－R数据模型；20世纪80年代以来又相继推出面向对象数据模型、基于逻辑的数据模型等新的模型。2.2E－R数据模型2.2.1基本概念2.2.2E－R图2.2.3扩充E－R数据模型2.2.1基本概念E－R数据模型（即Entity-Relationshipdatamodel,实体－联系数据模型）是P.Chen(PeterPin-ShanChen)于1976年提出的一种语义数据模型。E-R数据模型不同于传统数据模型，它不是面向实现，而是面向现实世界。1）实体（Entity）实体是客观存在的且可以区别的事物。2）联系（Relationship）实体与实体间的关系抽象为联系。（1）二元联系只有两个实体参与的联系称为二元联系。在二元联系中，E－R数据模型又把联系区分为一对一（1：1）、一对多（1：n）、和多对多（m：n）三种。一对一（1：1）联系若两个实体集中E1、E2中的每一个实体至多和另一个实体集中的一个实体有联系，则称E1和E2是一对一的联系，记为1：1。例如，学校实体集与校长实体集间的联系是一对一联系。一对多（1：n）联系设两个实体集E1、E2，若E1中每一个实体与E2中任意个实体（包括零个）相联系，而E2中每个实体至多和E1中一个实体有联系，则称E1和E2是一对多的联系，记为1：n。多对多（m：n）联系设两个实体集E1、E2，若E1中每一个实体都和另一个实体集中任意个实体（包括零个）有联系，则称E1和E2是多对多的联系，记为m：n。它们三者之间是包含关系。如右图所示。m：n1：n1：1二元联系数据联系的描述（1：1）联系实体集E1实体集E2座位E1乘客E2实体集E1实体集E2E1E2车间工人实体集E1实体集E2E1E2学生课程（1：n）联系（m：n）联系多元联系与自反联系（2）多元联系在E－R数据模型中，二元联系这种表示方法还可推广到多元联系，即参与联系的实体个数n≥3。例如，三元联系也可区分1:1:1、1:1:p、1:n:p、m:n:p等联系。（3）自反联系表示同一个实体集两部分实体之间的联系，是一种特殊的二元联系。这两部分实体之间的联系也可以区分为1：1、1：n和m：n三种。例如，在“人”这个实体集中存在夫妻之间的1：1联系;教师实体集中为了描述领导与被领导关系，可用1：n联系描述;在课程实体集中存在一门课程与另外一门或几门课程之间的预选课联系。3）属性实体或联系所具有的特征称为属性。实体是由特征来表征和区分的，通常一个实体可以由多个属性来描述。例如，学生具有姓名、学号等属性。一个实体可以有若干个属性，但在数据库设计中通常只选择部分数据管理需要的属性。属性往往是不可再细分的原子属性，如姓名、性别等。属性有型和值的区别。例如，学生实体中的学号、姓名等属性名是属性型，而“021231142”、“李定”等具体数据称为属性值。每个属性值都有一定的变化范围，通常称属性取值的变化范围为属性值的域。例如，性别属性域是{男、女}，年龄属性域是1~200。能唯一标识实体集中某一实体的属性或属性组称为实体集的标识关键字或称关键字。2.2.2E－R图E－R图是E－R数据模型的图形表示法，是一种直观表示现实世界的有力工具，目前E-R图已用于数据库的概念设计。1）E－R图的表示方法实体集名联系属性上述提到的几种联系的E－R简图如下：系部聘任教师1n教师教学学生mn教师领导1n课程预选mn校长负责学校11二元联系E－R简图人夫妻11自反联系E－R简图2）E－R图的构成规则（1）画出实体集及它们之间的联系如果实体集A中实体之间有联系A－A,则实体间联系如下图：AA-A11AA-A1nAA-Amn如果实体集A和实体集B之间有联系A－B,则实体间联系如下图：AA-BB11AA-BB1nAA-BBmn如果三个上实体集A、B、C之间有联系A-B-C，则实体间联系如下图：AA-B-CC11B1AA-B-CC1pB1AA-B-CCnpB1AA-B-CCnpBm（2）画出实体集及联系的属性用无向边把属性框连向与其相关的实体集或联系。例如学校和教师实体集间存在聘任联系，联系有“聘任日期”属性，则一个描述学校和教师实体集及其联系的E－R图如下图所示。学校聘任学校代码学校名称地址聘任日期教师教师代码教师姓名性别职称1n2.2.3扩充E－R数据模型1）依赖联系和弱实体集在现实世界中，某些实体集间还存在一种特殊的联系――依赖联系。例如，在人事管理数据库中存放的职工实体集及其家庭成员实体集，前者以后者的存在为前提，家庭成员实体集依赖于职工实体集。这种依赖另一个实体集的存在而存在的实体集称为弱实体集，它们与其他实体集间的联系称为依赖联系，如右图所示。职工成员家庭情况1n2）子类和超类为了进一步描述一个实体集中某些实体的不同特征，从该实体集中取出一部分实体构成一个（或多个）新的实体集，称这个新实体集是原实体集的子类，而原实体集是新实体集的超类。例如，一个系部的职工实体集，为区分他们不同的工作特点，可分为教师、教辅人员及管理人员三个子类实体集。其EER数据模型实例如下图所示。职工职工代码职工姓名性别教师学校团体行政级别年龄教辅人员管理人员3）聚集在EER数据模型中，将联系视为参与联系的实体集组合而成新实体集，其属性为参与联系的实体的属性和联系的属性的并。这种新实体集称为聚集。这样联系也能以聚集的形式参与联系。下图是应用聚集的例子。科研项目单位编码教师代码系名教师合同号聘任日期姓名系部聘任承担聚集4）范畴在描述现实世界时，有时要用到不同类型的实体组成的实体集，引入了范畴这一抽象概念。设E1、E2、…En是n个不同类型的实体集，则范畴T可定义为：其中：E1、E2、…En称为T的超实体集。例如，“银行账户”这个实体集的成员可能是单位，也可能是个人。n21EEET单位名姓名法人代表个人身份证号单位∪地点地址ψ银行账号开户账户mn几个E－R事例部门E－R医院病房管理E－R图1学生选课的局部E-R图图2教师任课的局部E-R图系系教师属于讲授1mnm图3合并的全局E-R图系学生课程开课选修拥有1mmn1m2.3层次数据模型2.3.1基本概念和结构2.3.2数据操作2.3.3数据约束2.3.4层次数据模型的优缺点2.3.1基本概念和结构层次模型是按照层次结构的形式组织数据库数据的数据模型，即用树型结构表示实体集与实体集之间的联系。其中用结点表示实体集，结点之间联系的基本方式是1:n。1）记录和字段记录是用来描述某个事物或事物间关系的命名的数据单位，也是存储的数据单位。它包含若干字段。每个字段也是命名的，字段只能是简单的数据类型，例如整数、实数、字符串等。计算机系9李远科技大楼系系名系号系主任名地点图(a)记录的型图(b)记录的一个实例例如：图(a)是一个名为系的记录。图(b)是其一个实例。2）双亲子女关系（简称PCR）这是层次数据模型中最基本的数据关系。它代表了两个记录型之间一对多关系（1:n）。例如，一个系有多个班，就构成了如图(a)所示的双亲子女关系（即PCR型），在“1”方的记录型称为双亲记录，在“n”方的记录型称为子女记录。图(b)是其一个实例。计算机系计科0201班计科0202班计教0201班系班1n（a)PCR型(b)一个PCR实例3）层次数据模式利用PCR可以构成层次数据模式。右图是一个层次数据模式的例子。下图是层次数据模式的一个实例。系班教研室学生教师计算机系计科0201班计科0202班张三李四…王五李定…计教0201班赵山周英…硬件教研室孙立钱敏…软件教研室胡恒丁伟…层次数据模式是一棵树，其数据结构特点为：在每棵树仅有根结点无双亲。除根结点外的任何结点有且有一个双亲结点，但可以有任意个子女结点。树中无子女的结点称为叶结点。4）层次序列和层次路径（1）层次序列由于存储器是线性的，层次数据模型采用树的先序遍历的次序（即从上向下、自左到右）作为存储次序。这样所生成的序列称为层次序列。上例中的层次数据模式的实例的层次序列如下图所示。计算机系计科0201班张三…李四计科0202班王五…计教0201班…周英硬件教研室孙立…钱敏软件教研室胡恒…丁伟（2）层次路径层次路径是用来指明从层次数据模式的根结点到目标结点的一条查询路径，通常用从根结点到目标结点路径上每个记录值的排序关键字表示。计算机系计科0201班计科0202班张三李四…王五李定…计教0201班赵山周英…硬件教研室孙立钱敏…软件教研室胡恒丁伟…2.3.2数据操作1）数据查询在层次数据模型中，若要查找一个记录，须从根结点开始，按给定条件沿一个层次路径查找所需要的记录。下面介绍3个查询操作命令。（1）GU（GetUnique）格式：GU＜查询条件＞该命令执行的结果是查找出满足条件的第一个条件。例如，GU系（系名＝’计算机系’）,班（班名＝’计科0202’），学生；（2）GNP（GetNextwithinParent）在当前记录的双亲下，按层次序列查找下一个满足条件的记录。例如，查找计科0202班所有学生的记录的查询操作命令如下：GU系（系名＝’计算机系’）,班（班名＝’计科0202’）,学生；/*找到记录王五*/WhilenotfaildoGNP学生;/*找到当前记录王五的双亲计科0202班的所有学生记录*/计算机系计科0201班计科0202班张三李四…王五李定…计教0201班赵山周英…硬件教研室孙立钱敏…软件教研室胡恒丁伟…（3）GN（GetNext）从当前记录位置开始，按照层次序列，不受同一双亲的限制，查找当前记录的下一个满足条件的记录。可以看出，GNP和GN命令通常跟在GU命令后面使用，先由GU命令定位到层次模型中的某个记录，再用GNP和GN命令查询所需记录。例如，查找计科0202班和计教0201班的所有学生记录的查询操作命令如下：GU系（系名＝’计算机系’）,班（班名＝’计科0202’），学生；WhilenotfaildoGNP学生；/*找到计科0202班的所有学生记录*/GN学生；/*找到计教0201班的第一个学生记录，即学生赵山*/WhilenotfaildoGNP学生；/*找到计教0201班的所有学生记录*/计算机系计科0201班计科0202班张三李四…王五李定…计教0201班赵山周英