02 建立数据模型

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现实世界的数据化过程

现实世界只有数据化后 才能由计算机系统来处理这些代表现实世界的数据

• 现实世界
  • 由实际事物组成 事物之间联系错综复杂
  • 事物和事物特性
• 信息世界
  • 概念模型描述
  • 现实世界在人脑中的反应
  • 事物和事物特性 ↔️ 实体和实体属性
• 数据世界
  • 数据模型描述
  • 信息世界数据化后的产物
  • 实体和实体属性 ↔️ 记录和数据项

概念模型

在进行数据库设计时 必须首先给出概念模型

基本概念

表示概念模型的最常用模型是 实体-联系模型 (Entity-Relationship Model) E-R

包含三个主要的元素类型 : 实体集 属性 联系

实体 Entity

实体是客观事物的反应

既可以是某种概念,也可以是实际存在的对象

实体必须可以相互区分

属性 Attribute

事物是有特性的

属性有 属性名 和 属性值之分

如 性别 是属性名 而男性是性别属性的一个属性值

域 Domain

任一实体在任一属性上的取值都是有限制的

一个属性的取值范围 就是这个属性的域

实体集 Entity Set

所有属性名完全相同的实体往往集合放在一起 称为实体集

同一个实体集中没有完全相同的实体

实体型 Entity Type

实体集的名称及其所有属性名的集合称为实体集

在不引起混淆的情况下 实体集往往简称为 实体

码 Key

在一个实体集中 根据一个或者几个属性的值 可唯一确定每一个实体

而又没有包含多余的属性 则称此属性或属性组为该实体集的码

有时也称 候选吗 Candidate Key 也称作 键

E-R 图的基本表示方式

实体-联系E-R 数据模型所采用的三个主要概念是: 实体集 联系集 属性

E-R 模型是一种静态信息模型 只能反映当前状态 不能反映实体的变化过程 用矩形框表示实体集

用椭圆表示属性

实体的码用下划线表示

实体集之间的联系集用菱形表示

用无向边与相关实体集连接

无向边上写上联系集的类型

联系

两个实体集之间的联系可归纳为以下三类

1. 一对一联系 1:1
2. 一对多联系 1:n 或者 n:1
3. 多对多联系 n:n

多元联系

可以表示两个以上实体集之间的联系 称为多元联系

一个多元联系 总是 可以用多个不同的二元联系来替代

大多数情况下 使用多元联系集比二元联系集更方便 原因：

• 多元联系集可以清晰地表示出几个实体集参与到一个联系集的情况 而转换为多个二元联系之后 难以体现这种参与性
• 对于为替代多元联系集而引进的实体集 有时不得不为其创建一个标志码 因为每个实体必须相互可以区分 二者也增加了设计的复杂度和存储空间的需求

联系的属性

联系也可以具有单独的属性

在有些时候 部分属性既不能作为各个实体集的部分

将属性附属给实体集之间的联系 会更加准确

自身联系

在一个联系中 一个实体集可以出现两次或者多次 扮演多个不同的角色 称为自身联系

弱 / 强 实体集

一个实体集的属性不足以形成码 这样的实体集就称为弱实体集 Weak Entity

与此相对的 有码的实体集 称为 强实体集 Strong Entity

弱实体集常常出现的以下两种情况中

• 由联系转换的来的联系实体集中
  • 这些实体集没有自己的码属性 他们的码是由他们所连接实体的码属性构成的
• 子类实体中

子类 和 Is-a 层次联系

实体集 A 属于另一 实体集 B A 中的实体都有特殊的属性需要描述

且这些特殊属性对 B 中其他的实体无意义

称 A 是 B 的子类

A B 之间存在一种层次联系 Is - a 属于

E - R 模型的设计方法

三条设计原则

• 相对原则

  • 建模过程实际上是一个对对象的抽象过程

    因此 不同人或者同一个人在不同情况下 抽象程度可能不同

• 一致原则

  • 同一对象在不同业务系统中的抽象结果要求保持一致

• 简单原则

  • 现实世界中 能作为属性对待的 尽量作为属性处理

    1. 属性不在具有需要描述的性质 即在含义上是不可分的数据项
    2. 属性不再能与其他实体集具有联系

数据模型

数据模型是数据库系统的核心和基础 任何 DBMS 都支持一种数据模型

任何一种数据模型都规定了一种数据结构 描述了系统的静态特性

最后 数据模型还必须提供定义完整性约束条件的手段 并在操作中自动检查之

关系模型

与层次模型和网状模型相比 关系模型概念简单 清晰 并且具有严格的数据基础

形成了关系数据理论 操作也直观 容易 因此易学易用

支持关系模型的 DMBS 称为关系型数据库管理系统 Relational Database Management System RDBMS

关系模型数据结构以及基本概念

主要术语

• 关系 Relation

  • 一个关系可用一个表来表示

• 属性 Attribute

  • 关系中的每一列即为一个属性 每个属性都有一个属性名 且不能重复

• 域 Domain

  • 一个属性的取值范围就是该属性的域

• 元组 Tuple

  • 关系中的一行数据总成为一个元组

• 分量 Component

  • 一个元组在一个属性上的值称为该元组在此属性上的分量

• 候选吗 Candidate Key

  • 一个关系中的某个属性或属性组的值能唯一标识关系中的各个元组 且又不含多余的属性 则称为一个候选码 有时候也称为 码

• 主码 Primary Key

  • 若一个关系中有多个候选码 则选取其中一个为主码

    每个关系有且仅有一个主码

• 主属性 Main Attribute

  • 包含在任何一个候选码中的属性称为主属性

• 外部码 Foreign Key

  • 若 A 是基本关系 R1 的属性(组) 但不是 R1 的码 且 A 与基本关系 R2 的码 K 相对应 则称 A 是 R1 的外部码

    R1 和 R2 不一定是不同的关系

关系模式

一个关系的关系名及其全部属性名的集合建成为该关系的关系模式

关系名(属性名 1 , 属性名 2 ,... , 属性名 n )

关系具有以下 6 个基本性质

• 关系中的每个分量都是不可分的基本数据项
• 属性列是同一个域
• 不同的列可以出自同一个域
• 列的次序可以相互交换
• 行的顺序也可以相互交换
• 一个关系中的任意两个元组不能相同

关系的完整性约束

1. 实体完整性

   若属性 A 是基本关系 R 的一个主属性 则任何元组在 A 上的分量都不能为空

2. 参照完整性

   参照完整性是对关系之间引用数据的一种限制

3. 用户定义的完整性

   例如数据的大小范围等用户自己定义的数据约束

E -R 模型向关系模型的转化

TBD

数据模型与数据库系统的发展

TBD