數據庫2——概念

這一篇用來做課程前期數據庫概念的記錄，不會有sql語句。

數據模型

數據模型是現實世界數據特徵的抽象，是現實世界的模擬。

分類

數據模型分爲兩類：

• 概念模型：按用戶觀點來對數據和信息建模，用於數據庫設計，也稱爲信息模型。
• 邏輯模型和物理模型：
• • 邏輯模型：按計算機系統的觀點對數據建模，用於DBMS實現
• • 物理模型：是對數據最底層的抽象，描述數據在系統內部的表示方式和存儲方法，在磁盤或磁帶上的存儲方式和存取方法

概念模型

用途：

• 概念模型用於信息世界的建模
• 是現實世界到機器世界的一箇中間層次
• 是數據庫設計的有力工具
• 數據庫設計人員和用戶支架內進行交流的語言。

該圖是用於表示概念模型的E-R圖，其中方框代表模型的實體，橢圓代表實體的屬性，菱形代表實體間的聯繫。

實體

客觀存在並可相互區別的事物，可以是具體的人、事、物，也可以是抽象的概念或聯繫。

屬性

實體所具有的的某一特性稱爲屬性。實體有若干個屬性值來刻畫（實體不能只有一個屬性）。

碼（key）

能唯一標識實體的最小屬性租稱爲碼，又叫做關鍵字、鍵。
關鍵字可以包含一個屬性，也可同時包含多可屬性——實體需要多個屬性才能唯一標識。
實體可以有一個碼，也可同時有多個嗎——最小的屬性組不止一種。

實體型

用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體，稱爲實體型。

在通常情況下，實體型也稱爲實體，他們倆區別不大

實體集

同型實體的集合

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看到這如果不能分清實體、實體型、實體集可以這樣想：一個班級裏有小明、小紅、小剛三明學生，小明是一個實體，小明和他的一堆屬性（姓名，學號等）是一個實體型，小明、小紅、小剛加起來是一個實體集。

不看也行：
我們之所以說實體和實體型區別不大，是因爲“小明是一個實體”其實是“這名學生是一個實體”，“小明”是這名學生的一個屬性，在excel表格中這名學生是其中一行，這一行又包含着這名學生的屬性信息，所以這一行也是實體集，即：在excel表格（數據庫表）中，一行是一個實體/實體型，整個表是實體集。
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聯繫

事物內部的聯繫：實體內部的聯繫。
事物之間的聯繫：實體之間的聯繫，實體集之間的聯繫。

聯繫可以看做一個實體

實體之間的聯繫：

• 一對一聯繫（1：1）：
  身份證：一個人只有一張，每一張只能一個人用。
  

• 一對多聯繫（1：n）：
  手機號：一個人可以有多個，一個手機號只能一個人用，可以沒有手機號，可以手機號沒人用。
  

• 多對多聯繫（m：n）：
  共享單車：愛咋用咋用，可以不用，可以沒人騎。
  

實體集之間的聯繫：

實體集的一對一聯繫沒有意義：因爲三個實體型以上的1:1聯繫，可以看成兩個實體型的1：1聯繫鏈，根據兩個實體型1：1聯繫的特點，三個以上的實體型可以看成一個實體型。

• 一對多聯繫：
  在一組實體集中，只要有一組實體集滿足以下條件：其他實體集每一個實體，最多和這個實體集中的一個實體相聯繫，就稱爲一對多。
  各班級學生名單+優秀學生名單

• 多對多關係：
  某個實體型與其他實體型有m:n的聯繫。
  供貨商–項目–零件

實體內部的聯繫：

• 一對多聯繫：
  某一學生是全班學生的班長，
  一個學生只有一個班長。

• 一對一聯繫：
  一個學生只有一個同桌，
  一個學生只能是另外一個學生的同桌。

• 多對多聯繫：
  同班同學中，
  一個學生有許多同鄉，
  一個學生可以是其他許多學生的同桌。

邏輯模型（數據模型）

邏輯模型（數據模型）描述系統的靜態特性、動態特性和完整性約束條件。

邏輯模型的三要素：

• 數據結構
• 數據操作
• 數據的約束條件（完整性約束）

數據結構

描述數據庫的組成對象（數據類型，內容，性質），以及對象之間的聯繫。

數據結構是對系統靜態特性的描述

數據操作

數據操作是指對數據庫中的各種對象（型）的實例（值）允許執行的操作的集合，包括操作以及有關的操作規則

數據操作的類型：

• 檢索
• 更新（包括插入、刪除、修改）

數據操作是對系統動態特性的描述

數據的約束條件

是一組完整性規則的集合。

完整性規則：

• 是給定的數據模型中數據及其聯繫所具有的制約和依存規則
• 是以限定符合數據模型的數據庫狀態以及狀態的變化
• 以保證數據的正確、有效、相容

最常用的數據模型

• 非關係模型
• • 層次模型：用樹狀結構來表示各類實體以及實體之間的聯繫。
• • 網狀模型
• 關係模型
• 面向對象模型
• 對象關係模型

層次模型的優點：

• 層次模型的數據結構比較簡單清晰
• 查詢效率高，性能優於關係模型，不低於網狀模型
• 層次數據模型提供了良好的完整性支持

層次模型的缺點：

• 多對多聯繫表示不自然
• 對插入和刪除操作限制多，應用程序的編寫比較複雜
• 查詢子女節點必須通過雙親結點
• 由於結構嚴密，層次命令趨於程序化

網狀模型的優點：

• 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
• 具有良好的性能，存取效率高

網狀模型的缺點：

• 結構比較複雜，而且隨着應用環境的擴大，數據庫的結構就變得越來越複雜，不利於最終用戶掌握。
• DDL、DML語言複雜，用戶不容易使用
• 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選擇合適的存取路徑，因此用戶必須瞭解系統結構的細節，加重了編寫程序的負擔。

關係模型 （重要）

關係模型是目前最重要的一種數據模型。
關係模型是建立在嚴格的數學概念的基礎上的。
在用戶角度，關係模型中的數據邏輯結構是一張二維表，由行和列組成。

術語

• 關係：一張二維表，由行和列組成。->表/實體集
• 元祖：表中的一行即爲一個元祖。->記錄/實體
• 屬性：表中的一列即爲一個屬性。->字段/屬性
• 主碼：表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組。
• 域：屬性的取值範圍。
• 分量：元組中的一個屬性值。
• 關係模式：對關係的描述，->表結構/實體型
  一般表示爲：關係名/表名（屬性集） 或 關係名/表名（屬性1，……，屬性n）

注意：

操縱和完整性約束條件

操縱： 查詢、插入、刪除、修改。

關係模型操作的特點：

• 數據操縱都是集合操作
• 操作對象和操作結果都是關係
• 關係模型的語言：高度的非過程化

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
• 用戶定義完整性

存儲結構

關係模型的存儲單元是表，表以文件形式存儲

優缺點

優點：

• 建立在嚴格的數學概念的基礎上；
• 關係模型的概念單一（關係，即表）；數據結構簡單、清晰，用戶易懂易用；
• 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，簡化了開發工作。

缺點：

• 由於存取路徑對用戶透明，查詢效率往往不如非關係模型；
• 因此，爲了提高性能，必須對用戶的查詢請求進行優化，增加了DBMS開發難度。