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1、數(shù)據(jù)庫(kù)管理 之二 常用的數(shù)據(jù)模型 常用的數(shù)據(jù)模型 在數(shù)據(jù)庫(kù)中用數(shù)據(jù)模型這個(gè)工具來(lái)抽象、 表示和處理現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息。 通俗地講數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實(shí)世界的模擬。 數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求 能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界 容易為人所理解 便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn) 一、層次數(shù)據(jù)模型 二、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型 三、關(guān)系數(shù)據(jù)模型 常用的數(shù)據(jù)模型 層次數(shù)據(jù)模型 非關(guān)系模型 種類 層次模型 （ Hierarchical Model） 網(wǎng)狀模型 (Network Model ) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：以 基本層次聯(lián)系 為基本單位 基本層次聯(lián)系：兩個(gè)記錄以及它們之間的一對(duì)多 （ 包括一對(duì)一 )的聯(lián)系 數(shù)據(jù)模型 (續(xù) ) 關(guān)系模型 (Rela
2、tional Model) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 表 面向?qū)ο竽Ｐ?(Object Oriented Model） 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 對(duì)象 一、層次模型 1. 層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2. 層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)操縱 3. 層次數(shù)據(jù)模型的完整性約束 4. 層次數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 5. 層次數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn) 6. 典型的層次數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 1. 層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 層次模型 滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為 層次模型 。 1. 有且只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒(méi)有雙親結(jié)點(diǎn) ， 這個(gè)結(jié) 點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn) 2. 根以外的其它結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn) 層次模型中的幾個(gè)術(shù)語(yǔ) 根結(jié)點(diǎn) ， 雙親結(jié)點(diǎn) ， 兄弟結(jié)點(diǎn) ， 葉結(jié)點(diǎn) 層次數(shù)據(jù)模型的
3、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 1 根結(jié)點(diǎn) 2 兄弟結(jié)點(diǎn) 3 葉結(jié)點(diǎn) 4 兄弟結(jié)點(diǎn) 5 葉結(jié)點(diǎn) 葉結(jié)點(diǎn) 層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 表示方法 實(shí)體型 ：用記錄類型描述 。 每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一 個(gè)記錄類型 。 屬性 ：用字段描述 。 每個(gè)記錄類型可包含若 干個(gè)字段 。 聯(lián)系 ：用結(jié)點(diǎn)之間的連線表示記錄 （ 類 ） 型 之間的一對(duì)多的聯(lián)系 。 層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 特點(diǎn) 結(jié)點(diǎn)的雙親是唯一的 只能直接處理一對(duì)多的實(shí)體聯(lián)系 每個(gè)記錄類型定義一個(gè)排序字段 ， 也稱為碼 字段 任何記錄值只有按其路徑查看時(shí) ， 才能顯出 它的全部意義 沒(méi)有一個(gè)子女記錄值能夠脫離雙親記錄值而 獨(dú)立存在 層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (
4、續(xù)） 多對(duì)多聯(lián)系在層次模型中的表示 用層次模型間接表示多對(duì)多聯(lián)系 表示方法 將多對(duì)多聯(lián)系分解成一對(duì)多聯(lián)系 分解方法 冗余結(jié)點(diǎn)法 虛擬結(jié)點(diǎn)法 2. 層次模型的數(shù)據(jù)操縱 查詢 插入 刪除 更新 3. 層次模型的完整性約束 無(wú)相應(yīng)的雙親結(jié)點(diǎn)值就不能插入子女結(jié) 點(diǎn)值 如果刪除雙親結(jié)點(diǎn)值，則相應(yīng)的子女結(jié) 點(diǎn)值也被同時(shí)刪除 更新操作時(shí)，應(yīng)更新所有相應(yīng)記錄，以 保證數(shù)據(jù)的一致性 4.層次數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 鄰接法 按照層次樹前序遍歷的順序把所有記錄值依次鄰接 存放，即通過(guò)物理空間的位置相鄰來(lái)實(shí)現(xiàn)層次順序。 鏈接法 用指引元來(lái)反映數(shù)據(jù)之間的層次聯(lián)系 子女兄弟鏈接法 P18 層次序列鏈接法 P18 D02 R0
5、1 E2101 E1709 E3501 R02 R03 E1101 E3102 S63871 S63874 S63876 5. 層次模型的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 層次數(shù)據(jù)模型簡(jiǎn)單 ， 對(duì)具有一對(duì)多的層次關(guān) 系的部門描述自然 、 直觀 ， 容易理解 性能優(yōu)于關(guān)系模型 ， 不低于網(wǎng)狀模型 層次數(shù)據(jù)模型提供了良好的完整性支持 層次模型的優(yōu)缺點(diǎn)（續(xù)） 缺點(diǎn) 多對(duì)多聯(lián)系表示不自然 對(duì)插入和刪除操作的限制多 查詢子女結(jié)點(diǎn)必須通過(guò)雙親結(jié)點(diǎn) 層次命令趨于程序化 6. 典型的層次數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) IMS數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 第一個(gè)大型商用 DBMS 1968年推出 IBM公司研制 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型 網(wǎng)狀模型 1. 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
6、 2. 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)操縱 3. 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整性約束 4. 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 5. 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn) 6. 典型的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 1.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀模型 滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為 網(wǎng)狀模型 。 1. 允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無(wú)雙親； 2. 一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親 。 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 表示方法 （ 與層次數(shù)據(jù)模型相同 ） 實(shí)體型 ：用記錄類型描述 。 每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一 個(gè)記錄類型 。 屬性 ：用字段描述 。 每個(gè)記錄類型可包含若 干個(gè)字段 。 聯(lián)系 ：用結(jié)點(diǎn)之間的連線表示記錄 （ 類 ） 型 之間的一對(duì)多的父子聯(lián)系 。 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的
7、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 特點(diǎn) 只能直接處理一對(duì)多的實(shí)體聯(lián)系 每個(gè)記錄類型定義一個(gè)排序字段 ， 也稱為碼 字段 任何記錄值只有按其路徑查看時(shí) ， 才能顯出 它的全部意義 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 網(wǎng)狀模型與層次模型的區(qū)別 網(wǎng)狀模型允許多個(gè)結(jié)點(diǎn)沒(méi)有雙親結(jié)點(diǎn) 網(wǎng)狀模型允許結(jié)點(diǎn)有多個(gè)雙親結(jié)點(diǎn) 網(wǎng)狀模型允許兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間有多種聯(lián)系（復(fù) 合聯(lián)系） 網(wǎng)狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實(shí)世界 層次模型實(shí)際上是網(wǎng)狀模型的一個(gè)特例 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 1 2 R3 L1 L2 R1 R2 L3 L1 L2 R3 L4 R4 R5 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 1 L1 L2 R2 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (
8、續(xù)） 學(xué)生宿舍 學(xué)生 教研室 系 教師 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 父親 人 獨(dú)生子女 樹 種 植 砍伐 養(yǎng) 育 贍 養(yǎng) 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 父 親 關(guān) 系 男人 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 多對(duì)多聯(lián)系在網(wǎng)狀模型中的表示 用網(wǎng)狀模型間接表示多對(duì)多聯(lián)系 表示方法 將多對(duì)多聯(lián)系 直接 分解成一對(duì)多聯(lián)系 2. 網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操縱 查詢 插入 刪除 更新 3. 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整性約束 完整性約束條件不嚴(yán)格 允許插入尚未確定雙親結(jié)點(diǎn)值的子女結(jié)點(diǎn)值 允許只刪除雙親結(jié)點(diǎn)值 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整性約束 (續(xù) ) 具體的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（如 DBTG）對(duì)數(shù) 據(jù)操縱加了一些限制，提供了一定的完整
9、 性約束。 碼 屬籍類別 加入類別 (自動(dòng)的，手工的 ) 移出類別 (固定的，必須的，隨意的 ) 4.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 關(guān)鍵 實(shí)現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系 常用方法 單向鏈接 雙向鏈接 環(huán)狀鏈接 向首鏈接 例： P29 5.網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界 ， 如一個(gè)結(jié)點(diǎn) 可以有多個(gè)雙親 具有良好的性能 ， 存取效率較高 網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點(diǎn)（續(xù)） 缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 ， 而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)大 ， 數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)就變得越來(lái)越復(fù)雜 ， 不利于最 終用戶掌握 DDL、 DML語(yǔ)言復(fù)雜 ， 用戶不容易使用 6. 典型的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) DBTG系統(tǒng)，亦稱 CODASYL系統(tǒng) 由 DBTG提出
10、的一個(gè)系統(tǒng)方案 奠定了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念 、 方法和技術(shù) 70年代推出 實(shí)際系統(tǒng) Cullinet Software Inc.公司的 IDMS Univac公司的 DMS1100 Honeywell公司的 IDS/2 HP公司的 IMAGE 1.2.3 數(shù)據(jù)模型 一、層次數(shù)據(jù)模型 二、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型 三、關(guān)系數(shù)據(jù)模型 關(guān)系數(shù)據(jù)模型 關(guān)系模型 1. 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2. 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的操縱 3. 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的完整性約束 4. 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 5. 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn) 6. 典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 關(guān)系模型 最重要的一種數(shù)據(jù)模型 。 也是目前主要 采用的數(shù)據(jù)模型 1970年由美國(guó)
11、 IBM公司 San Jose研究室的 研究員 E.F.Codd提出 本課程的重點(diǎn) 1.關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 關(guān)系模型的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 關(guān)系模型的基本概念 實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系的表示方法 關(guān)系必須是規(guī)范化的 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù) ) 關(guān)系模型的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 在用戶觀點(diǎn)下 ， 關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu) 是一張二維表 ， 它由行和列組成 。 學(xué)生登記表 學(xué) 號(hào) 姓 名 年 令 性 別 系 名 年 級(jí) 95004 王小明 19 女 社會(huì)學(xué) 95 95006 黃大鵬 20 男 商品學(xué) 95 95008 張文斌 18 女 法律學(xué) 95 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 關(guān)系模型的基本概念 關(guān)系 （
12、Relation） ： 一個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)通常說(shuō)的一張表 。 元組 （ Tuple） 表中的一行即為一個(gè)元組 。 屬性 （ Attribute） 表中的一列即為一個(gè)屬性 ， 給每一個(gè)屬性起一個(gè) 名稱即屬性名 。 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 關(guān)系模型的基本概念 （ 續(xù) ） 主碼 （ Key） 表中的某個(gè)屬性組 ， 它可以唯一確定一個(gè)元組 。 域 （ Domain） 屬性的取值范圍 。 分量 元組中的一個(gè)屬性值 。 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 關(guān)系模型的基本概念 （ 續(xù) ） 關(guān)系模式 對(duì)關(guān)系的描述 表示方法 關(guān)系名 （ 屬性 1， 屬性 2， ， 屬性 n） 例如： 學(xué)生 （ 學(xué)號(hào) ， 姓名 ，
13、 年齡 ， 性別 ， 系 ， 年級(jí) ） 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系的表示方法 實(shí)體型 ：直接用關(guān)系（表）表示。 屬性 ：用屬性名表示。 一對(duì)一聯(lián)系 ：隱含在實(shí)體對(duì)應(yīng)的關(guān)系中。 一對(duì)多聯(lián)系 ：隱含在實(shí)體對(duì)應(yīng)的關(guān)系中。 多對(duì)多聯(lián)系 ：直接用關(guān)系表示。 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 例 1 學(xué)生 、 系 、 系與學(xué)生之間的一對(duì)多聯(lián)系： 學(xué)生 （ 學(xué)號(hào) ， 姓名 ， 年齡 ， 性別 ， 系號(hào) ， 年級(jí) ） 系 (系號(hào) ， 系名 ， 辦公地點(diǎn) ) 例 2 系 、 系主任 、 系與系主任間的一對(duì)一聯(lián)系 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 例 3 學(xué)生 、 課程 、 學(xué)生與課程之間的多
14、對(duì)多聯(lián)系： 學(xué)生 （ 學(xué)號(hào) ， 姓名 ， 年齡 ， 性別 ， 系號(hào) ， 年 級(jí) ） 課程 （ 課程號(hào) ， 課程名 ， 學(xué)分 ） 選修 （ 學(xué)號(hào) ， 課程號(hào) ， 成績(jī) ） 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (續(xù)） 關(guān)系必須是規(guī)范化的 ， 即必須滿足一定 的規(guī)范條件 最基本的規(guī)范條件：關(guān)系的每一個(gè)分量必須 是一個(gè)不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng) 。 工 資 扣 除職 工 號(hào) 姓 名 職 稱 基 本 工 齡 職 務(wù) 房 租 水 電 實(shí) 發(fā) 86051 陳 平 講 師 105 9 5 15 6 12 115 5 工 資 扣 除職 工 號(hào) 姓 名 職 稱 基 本 工 齡 職 務(wù) 房 租 水 電 實(shí) 發(fā) 86051 陳 平 講 師
15、105 9 5 15 6 12 115 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱 查詢 、 插入 、 刪除 、 更新 數(shù)據(jù)操作是集合操作 ， 操作對(duì)象和操作 結(jié)果都是關(guān)系 ， 即若干元組的集合 存取路徑對(duì)用戶隱蔽 ， 用戶只要指出 “ 干什么 ” ， 不必詳細(xì)說(shuō)明 “ 怎么干 ” 3.關(guān)系模型的完整性約束 實(shí)體完整性 參照完整性 用戶定義的完整性 4.關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 表以文件形式存儲(chǔ) 有的 DBMS一個(gè)表對(duì)應(yīng)一個(gè)操作系統(tǒng)文 件 ， 有的 DBMS自己設(shè)計(jì)文件結(jié)構(gòu) 5.關(guān)系模型的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 建
16、立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上 概念單一 。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 清晰 ， 用戶易懂 易用 實(shí)體和各類聯(lián)系都用關(guān)系來(lái)表示 。 對(duì)數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)系 。 關(guān)系模型的存取路徑對(duì)用戶透明 具有更高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性 ， 更好的安全保密性 簡(jiǎn)化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)建立的工作 關(guān)系模型的優(yōu)缺點(diǎn)（續(xù)） 缺點(diǎn) 存取路徑對(duì)用戶透明導(dǎo)致查詢效率往往不如 非關(guān)系數(shù)據(jù)模型 為提高性能 ， 必須對(duì)用戶的查詢請(qǐng)求進(jìn)行優(yōu)化 增加了開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的難度 6. 典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) ORACLE SYBASE DB/2 SQL Server INFORMIX COBASE PBASE EasyBase KingBase 小金靈 DM/4 OpenBase
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