1.2數據模型（實現世界的數據化過程）

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一、兩類數據模型

模型：實現世界特徵的模擬和抽象。
數據模型（Data Model）：是現實世界數據特徵的抽象。（數據的表現形式）
數據模型的作用：提供給我們模型化數據和信息的工具。表示事物本身以及事物與事物之間的關係。（數據以什麼樣的形式存入數據庫）
數據模型應滿足三方面要求：
1. 能比較真實地模擬現實世界；
2. 容易爲人所理解；
3. 便於在計算機上實現。
數據模型地分類：根據模型應用地不同目的，可以將模型分爲兩類（兩個不同層次）。

1. 概念模型（信息模型）

·按照用戶地觀點對數據和信息建模；
·獨立於計算機系統；
·主要用於數據庫基本結構（框架）的設計，是數據庫設計人員進行數據庫設計的依據。

2.邏輯模型和物理模型（數據模型）

邏輯（結構）模型
- 按計算機系統的觀點對數據建模；
- 決定了DBMS的類型。
物理模型
- 對數據最低層的抽象；
- 描述數據在系統內部的表示方式和存取方法。
邏輯模型決定物理模型

二、概念模型

1.概念模型中的基本概念

實體（Entity）：客觀存在並可相互區別的事物。
屬性（Attribute）：實體所具備的某一特性稱爲屬性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。
域（Domain）：屬性的取值範圍稱爲該屬性的域。
實體集（Entity Set）：所用屬性名完全相同的實體的集合。
實體型（Entity Type）：實體集的名及所用屬性名的集合。
聯繫（Relationship）
（1）實體內部的聯繫：組成實體的各屬性之間的聯繫。
（2）實體之間的聯繫：不同實體集之間的聯繫。※
     ①一對一聯繫（1：1）
     ②一對多聯繫（1：n）
     ③多對多聯繫（m：n）

2.概念模型的表示方法

     P.P.S.Chen 1976
    實體—聯繫方法（Entity-Relationship Approach）E-R方法
    或稱爲實體-聯繫模型，簡稱爲E-R模型或E-R圖
    E-R圖它在描述客觀世界中實體、實體屬性及實體間的聯繫時採用不同的圖形記號：
實體型：用矩形表示，矩形中寫明實體名；
屬性：用橢圓表示，用無向邊鏈接實體；
聯繫：用菱形表示，用無向邊連接相應的實體，並在無向邊上標明聯繫的類型。

注意：

E-R圖可以表示兩個以上實體間的聯繫
某些聯繫也具有屬性；
一個實體內部的一部分成員可以和另一部分成員有聯繫（is part of），稱爲自迴路（自迴路不是實體）。

3.概念模型的設計

分析E-R圖的方法：找實體和聯繫
設計E-R圖的方法：自底向上設計

需求分析
（1）任務：收集數據庫所有用戶的信息內容和處理需求，加以規格化和分析。
需求分析是整個設計過程的基礎，是最困難、最費時的一步。
（2）成果：數據字典（DD）
（3）建立數據字典

（4）建立數據流圖
設計分E-R圖（某幾個實體之間的E-R圖）
由分E-R圖合併成總E-R圖

說明：ER圖的結果不一定唯一：

本身就有多種實現解決方案
因爲需求描述不夠精確，不同的理解方式會產生不同的正確結果。

三、數據模型

數據模型通常由數據結構、數據造作和完整性約束三部分組成

1.數據結構

是所研究的對象類型的集合

作用：

數據結構是對系統靜態特性的描述；
數據結構是刻畫模型性質最基本的描述（數據模型的核心）。通常按照數據結構的類型來命名數據模型。

2.數據操作

指對數據庫中各種對象的實例允許執行的操作的集合，包括操作及有關的操作規則。

數據庫的兩大類操作：
- 檢索
- 更新（包括插入、刪除和修改）
  數據操作是對系統動態特性的描述。

3.數據的完整性約束條件

是一組完整性規則的集合

完整性規則：是指數據模型中數據及其聯繫所具有的制約和依存規則，用以限定符合數據模型的數據庫狀態及狀態的變化，以保證數據的正確、有效、相容。
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四、最常用的數據模型

數據模型根據採用的數據結構的類型，可劃分爲一下幾種類型：

1.層次模型——樹

數據結構：樹型

限制條件：
- 只有一個結點沒有雙親結點——根結點、
- 根以外的其他結點有且只有一個雙親結點

層次模型的數據操縱與完善性約束
層次模型的數據操縱主要有查詢、插入刪除和更新。進行插入、刪除、更新操作時要滿足層次模型的完整性約束條件。
層次模型的優缺點：
優點：
（1）其數據結構比較簡單清晰；
（2）查詢效率高；
（3）層次模型提供了良好的完整性支持。
缺點：
（1）現實世界中跟多聯繫時非層次性的，如結點之間具有多對多聯繫，不適合用層次模型表示；
（2）如果一個結點育有多個雙親結點等，用層次模型表示這類聯繫就根笨拙，只能通過引入冗餘數據（易產生不一致性）或創建非自然的數據結構（引入虛擬結點）來解決。
（3）查詢子女結點必須通過雙親結點；
（4）由於結構嚴密，層次命令趨於程序化。

2.網狀模型

典型代表：DBTG系統

網狀數據模型的數據結構
限制條件：
（1）允許一個以上的結點無雙親；
（2）一個結點可以有多餘一個的雙親。
網狀模型的數據操縱與完善性約束
網狀模型一般來說沒有層次模型那樣嚴格的完整性約束條件，但具體的網狀數據庫系統對數據操縱都加了一些限制，提供了一定的完整性約束。
網狀模型的優缺點：
優點：
（1）能夠更爲直接地描述現實世界，如一個結點可以有多個雙親，結點之間可以有多種聯繫。
（2）具有良好的性能，存取效率較高；
缺點：
（1）結構比較複雜，而且隨着應用環境地擴大，數據庫的結構就變得越來越複雜，不利於用戶的掌握；
（2）網狀模型的DDL、DML複雜，並且要嵌入某一種高級語言。用戶不容易掌握，不容易使用
（3）由於記錄之間的聯繫是通過存取路徑實現的，應用程序在訪問數據時必須算則適當的存取路徑，因此用戶必須瞭解系統結構的細節，加重了編寫應用程序的負擔。

3. 關係模型——二維表

關係數據庫系統採用關係模型作爲數據的組織方式由1970年IBM公司E.F.Codd首先提出。

關係數據模型的數據結構——二維表

相關概念：
- 關係（Relation）：二維表；
- 元組（Tuple）：表中的一行即爲一個元組（記錄）；
- 屬性（Attribute）：表中的一列即爲一個屬性（字段）；
- 屬性名：一個屬性的名字（字段名）；
- 域（Domain）：屬性的取值範圍；
- 分量：元組中的一個屬性值（關係的每一個分分量須是一個不可分割的數據項，既不能存在表表結構）（單元格）；
- 關係模式：對關係的描述，一般表示爲：關係名（屬性1，屬性2，…，屬性n）
- 碼（或關鍵字，簡稱鍵，Key）
  （1）鍵：在一個關係中，能唯一標識一元組的屬性集
  ①候選鍵：不含多餘屬性的鍵。
  ②主鍵：關係模式中正在使用的候選鍵。
  （2）外鍵：關係模式R中的某屬性集A（A不是R的主鍵）是另一關係模式S的主鍵，則A是R的外鍵。

關係模型的數據操縱與完善性約束
關係模型的數據操縱主要包括查詢、插入、刪除和更新數據。這些操作必須滿足關係的完整性約束條件。關係的完整性約束條件包括三大類：實體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性。
關係模型的優缺點：
優點：
（1）關係模型與格式化模型不同，它是建立在嚴格的數學概念的基礎上的。
（2）關係模型的概念單一。無論實體還是實體之間的聯繫都用關係來表示。對數據的檢索和更新結果也是關係（即表）。所以其數據結構簡單、清晰，用戶易懂易用。
（3）關係模型的存取路徑對用戶透明，從而具有更高的數據獨立性、更好的安全保密性，也簡化了程序元的工作和數據庫開發建立的工作。
缺點：由於存取路徑對用戶是隱蔽的，查詢效率往往不如格式化數據模型。爲了提高性能，數據庫管理系統必須對用戶的查詢請求進行優化，因此增加了開發數據庫管理系統的難度。