【正文】 第 2章 數(shù)據(jù)模型 本章學(xué)習(xí)要求： 1. 層次數(shù)據(jù)模型、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型 了解層次及網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的基本概念和結(jié)構(gòu)。 2. 關(guān)系數(shù)據(jù)模型 掌握關(guān)系數(shù)據(jù)模型的基本概念以及關(guān)系代數(shù)操作。 了解層次、網(wǎng)狀和關(guān)系模型之間的差別。 3. 對傳統(tǒng)模型的評價 了解傳統(tǒng)模型的不足之處。 4． ER數(shù)據(jù)模型 掌握 ER模型的概念和表示。 5. 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 了解面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的基本概念。 數(shù)據(jù)模型可分為兩類 : 1. 獨立于計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 ,它完全不涉及信息在計算機系統(tǒng)中的表示 ,只是用來描述某個特定組織所關(guān)心的信息結(jié)構(gòu) ,這類模型稱為 “ 概念數(shù)據(jù)模型 ” 。 概念模型用于建立信息世界的數(shù)據(jù)模型 ,強調(diào)其語義表達(dá)能力 ,概念應(yīng)該簡單 ,清晰 ,易于用戶理解 ,它是現(xiàn)實世界的第一層抽象 ,是用戶和數(shù)據(jù)庫人員之間進(jìn)行交流的工具。最著名的是 “ 實體聯(lián)系模型 ” 。 2. 直接面向數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型 ,它是現(xiàn)實世界的第二層抽象。這類模型涉及到計算機系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) ,又稱為 “ 基本數(shù)據(jù)模型 ”或 “ 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型 ” 。 例如 , 層次、網(wǎng)狀、關(guān)系、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 ” .這類模型有嚴(yán)格的形式化定義 ,以便在計算機系統(tǒng)中實現(xiàn)。 層次數(shù)據(jù)模型 用樹型（層次）結(jié)構(gòu)表示實體類型及實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為 層次數(shù)據(jù)模型 (hierarchical data model)。 ? 基本概念和結(jié)構(gòu) ? 記錄和字段 ? 雙親子女關(guān)系 ? 層次數(shù)據(jù)模式 ? 虛擬記錄 ? 層次數(shù)據(jù)的線性表示 ? 記錄和字段 記錄是用來描述某個事物或事物間關(guān)系的命名的數(shù)據(jù)單位，也是存儲的數(shù)據(jù)單位。一個記錄包含若干字段。 每個字段也是命名的，字段只能是簡單數(shù)據(jù)類型（整數(shù)、實數(shù)、字符串等）。 系 系名 系號 系主任名 地點 記錄的型 計算機系 9 李西遠(yuǎn) 科技館 記錄的一個實例 ? 雙親子女關(guān)系（ ParentChild Relationship，PCR） 反映兩個記錄型之間的一對多（ 1： N）關(guān)系 系 班 計算機系 901班 911班 921班 931班 1 N PCR型 PCR實例 ? 層次數(shù)據(jù)模式 層次數(shù)據(jù)模式由 PCR構(gòu)成 層次數(shù)據(jù)模式 系 班 學(xué)生 教研組 教師 計算機系 901班 911班 921班 931班 硬件教研組 軟件教研組 王一 張三 李四 趙立 錢英 孫玉 周新 吳堅 鄭山 洪流 陳芝 丁偉 … … … … … … 層次數(shù)據(jù)模式實例 在層次數(shù)據(jù)模式中，除根以外，所有的記錄型都應(yīng)該有唯一的雙親，但可以有多個子女，子女按從左到右的次序排序。 ? 虛擬記錄 非層次關(guān)系表示問題 ? （ 1） M： N 王一 張三 李四 人工智能 數(shù)據(jù)庫 學(xué)生： 課程： 不允許一個記錄有多個雙親，需要復(fù)制記錄，導(dǎo)致冗余。如下圖： 型 實例 學(xué)生 課程 王一 人工智能 張三 人工智能 數(shù)據(jù)庫 李四 人工智能 數(shù)據(jù)庫 ? （ 2）一個記錄是兩個以上 PCR的子女 學(xué)生 班 運動隊 只能表示成下圖，存在冗余。 學(xué)生 班 學(xué)生 運動隊 ? （ 3）多元關(guān)系 供應(yīng)商 零件 工程項目 供應(yīng)關(guān)系 可以用 PCR表示為： 供應(yīng)商 零件 工程項目 零件 供應(yīng)商 工程項目 供應(yīng)商 工程項目 零件 … 注意：書上圖 212不能表示三元關(guān)系，因為供應(yīng)關(guān)系與供應(yīng)商，供應(yīng)關(guān)系與工程項目這兩個 PCR的一個雙親實例，其子女集合是并關(guān)系，而不是迪卡爾積關(guān)系。 供應(yīng)商 零件 工程項目 供應(yīng)關(guān)系 ? 主要問題：數(shù)據(jù)冗余，為避免這一情況，只存一份記錄，其它引用該記錄的地方用指針代替 ——這種用指針代替的記錄稱為 虛擬記錄 。 ? 用下標(biāo) v表示，指針用虛線箭頭表示。 （學(xué)生） v 課程 學(xué)生 （課程） v 學(xué)生 （學(xué)生） v 班 運動隊 ? 層次數(shù)據(jù)的線性表示 由于存儲器是線性的，層次數(shù)據(jù)必須變換成線性形式才能存儲，層次數(shù)據(jù)模式的實例對應(yīng)一棵層次樹（或森林），對層次樹（或森林）按先序遍歷生成的序列稱為層次序列（ hierarchical sequence），規(guī)定以此作為存儲次序。 計 算 機 系 901 班 王 一 … 張 三 911 班 … 931 班 … 吳 堅 硬 件 教 研 組 鄭 山 … 洪 流 軟 件 教 研 組 … 丁 偉 ? 層次數(shù)據(jù)模型的約束 （ 1）除了根記錄外，任何其它記錄不能離開其雙親記錄而孤立存在； （ 2）任何記錄，不管虛實，只允許有一個雙親記錄（保證層次數(shù)據(jù)模式及其實例是樹形）； （ 3）虛擬記錄的指針必須指向一個實際存在的記錄，有虛擬記錄指向的記錄不得刪除； （ 4）虛擬記錄不得為根記錄。 特點 : 層次結(jié)構(gòu)是樹結(jié)構(gòu)，樹的結(jié)點是記錄類型，非根結(jié)點有且只有一個父結(jié)點。上一層記錄類型和下一層記錄類型是 1:N聯(lián)系 。 (因此不能表示 M:N） 層次模型的優(yōu)點： 記錄之間的聯(lián)系通過指針來實現(xiàn)，查詢效率較高（針對層次結(jié)構(gòu)）。 層次模型的缺點： 只能表示 1： N聯(lián)系，雖然可以采用虛擬記錄 描述非層次數(shù)據(jù)關(guān)系，但較復(fù)雜，用戶不易掌握， 并且非層次結(jié)構(gòu)的查詢效率比較低； 由于層次順序的嚴(yán)格和復(fù)雜，引起數(shù)據(jù)的查詢 和更新很復(fù)雜，因此應(yīng)用程序的編寫也比較復(fù)雜； 模式描述語言較復(fù)雜，數(shù)據(jù)獨立性差。 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型 用有向圖（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）表示實體及實體之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型（ work data model）。 有向圖中的結(jié)點是記錄類型， 箭頭表示從箭尾的記錄類型到箭頭的記錄類型 間聯(lián)系。 ? 基本概念和結(jié)構(gòu) ? 記錄和數(shù)據(jù)項 數(shù)據(jù)項相當(dāng)于字段，記錄是數(shù)據(jù)項的有序結(jié)合。 ? 系 系表示兩個記錄型間的 1:N關(guān)系；對應(yīng) “ 1”的為首記錄，對應(yīng) “ N”的為屬記錄。系是命名的，有型值之分，例如：圖 217就是系的型和值。 班級 學(xué)生 一班 王一 李紅 丁杰 型 值 圖 217 班級 —學(xué)生系 具有多種類型屬記錄的系稱為 “ 多屬系 ” （ multimember set） 多屬系 系值： 3個成員的并，而非 “ X” 賬戶 存款帳 提款帳 轉(zhuǎn)賬 網(wǎng)狀模型的特點： ? 與層次模型不同，網(wǎng)狀模型中，一個記錄型可以成為多個首記錄型的屬記錄 ——突破層次的限制； ? 一個記錄型不能既作為一個系的首記錄又作為同一個系的屬記錄。 EMP 領(lǐng)導(dǎo) ——引入聯(lián)系記錄 EMP LINK 1:1 1:N 1:1表示一人擔(dān)任一個領(lǐng)導(dǎo)崗位，系值見下一頁圖。 E4 L1 S1 E7 L2 S1 E9 L3 S1 E3 E5 E1 E6 S2 …… S2 S2 ?一個記錄值不能出現(xiàn)在同一系型的多個系值中，否則不是 1:N關(guān)系 例如，學(xué)生 (S)和課程 (C)關(guān)系 S1 C1 C2 C3 C4 S1 C5 C6 解決 M:N問題的方法 ——聯(lián)系記錄 S LINK 1 C SL M 1 CL N 型 S1 L1 SL L2 L3 L4 L5 L6 L7 S2 SL C1 C2 C3 C4 C5 C6 CL CL CL CL CL CL 值 LINK表示多元關(guān)系 零件 LINK 1 工程項目 M 1 N 供應(yīng)商 1 P ? 無首系，首記錄可以看成 “ 系統(tǒng) ” ，例如一個單位的所有部門組成一個無首系。 ? 無首系只有一個實例，也稱單值系。 ? 系的實現(xiàn)方法 O S1 S2 S3