数据的四种常用的数据模型以及三实体之间的联系
 
三个世界
现实世界
信息世界
两个实体型间的联系
  
数据模型
层次模型
网状模型
关系模型
面相对象的模型
 

 
三个世界
 
现实世界
 
现实世界，客观存在的世界。
 
信息世界
 
概念：信息世界是现实在人们头脑中的反映，经过人脑的分析、归纳和抽象，形成信息，人们把这些信息进行记录、整理、归类和格式化后，就构成了信息世界。
实体：客观存在并且可以互相区别的“食物”称为实体。实体可以是具体的人、事和物，如：一个学生、一本书、一辆汽车、一种物资，也可以是抽象的事件，一堂课、一次比赛。
属性：实体所具有的某一特性称为属性，例如：学生的属性有姓名、年龄、学号之类的
实体型：具有相同属性的实体必然具有共同的特征。所以用实体名及其属性集合来描述同类对象，如学生（姓名、学号、年龄…）
实体集：同型实体的集合称为实体集。如所有学生和所有课程
码：能唯一标识一个实体属性或属性集称为实体的码，比如学号不会重复，就可以成为候选码
域：属性的取值范围该属性的域，比如学号成11位
联系：单个实体型内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系
 
两个实体型间的联系
 
一对一联系（1：1）：
 实体集A中的一个实体至多和实体集B中一个实体相对应，反之，实体集B中的一个实体至多和实体集A中一个实体相对应，则称实体集A与实体集B位一对一联系，记作1：1例如班级与班长
 -一对多联系（1：n）
 实体集A中的一个实体至多和实体集B中多个实体相联系，反之实体集B中的一个实体至多和实体集A中一个实体相联系，记作1：n
多对多联系（m：n）
 实体集A中的一个实体至多和实体集B中n个实体相对应，反之实体集B中的一个实体至多和实体集A中m个实体相联系记作m：n
 一对一是一对多联系的特例，而一对多联系有事多对多联系的特例
 这个关系还涉及概念模型的E-R表示方法
 
数据模型
 
数据模型是数据库的框架，该框架描述了数据及其联系的组织方式、表达方式和存储路径，它是数据库系统的核心和基础。
 数据模型是一种模型，用来描述数据、组织数据对数据进行操作。
 常用数据模型有三种层次模型、网状模型、关系模型
 
层次模型
 
层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型
 
1.层次模型的数据结构
 层次模型用树形数据结构来表示实体间的联系，例如：家族关系、行政机构。
 每个结点表示一个记录型，每个记录型可包含若干个字段，记录型描述的是实体，字段描述实体的属性，各个记录型及其字段都必须命名。结点带箭头的连线表示记录间的联系。
 层次模型有如下几个特点：
 （1）每颗层次模型构成的有向树示意图，仅有一个结点没有双亲，该结点就是根结点。
 （2）根结点以外的其他结点有且仅有一个双亲结点
 （3）父子结点之间的联系是一对多（1：n）的联系。父结点中的一个记录值可能对应n个子结点，而子结点中的一个记录值只能对应父结点中的一个记录值。==因此，任何一个给定的记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义。
2.层次模型的数据操纵与数据完整性的约束
 层次模型的数据操纵主要是查询、插入、删除和修改，进行插入、删除和修改操作时要满足层次模型的完整性约束条件：
 （1）进行插入操作时，如果没有相应的双亲结点值就不能能插入子女结点值。
 （2）进行删除操作时，如果删除双亲结点，则子女的值也会被一同删除
 （3）修改操作时，应修改所有相应的记录，以保证数据的一致性
3.层次模型的优缺点
 层次模型的主要优点如下
 （1）层次模型结构比较简单，层次分明，以便在计算机内实现
 （2）结点间联系简单，从根结点到树中任一结点均存在一条唯一的层次路径，当要存取某个结点的记录值时，沿着这条路径很快就能找到该记录值，因此，以该种模型建立的数据库系统查询效率很高
 （3）提供了良好的数据完整性支持
 层次模型的缺点如下：
 （1）不能直接表示两个以上的实体型间的复杂联系呵实体间多对多联系，只能通过引入冗余数据或创建虚拟结点的方法来解决，易产生不一致性。
 （2）对数据的插入和删除的操作
 （3）查询子女结点必须通过双亲结点
 
网状模型
 
1.现实世界种事务之间的联系更多是非层次关系，用层次模型表示这种关系很不直观，网状模型克服了这一个弊病：
 在层次模型中，只能有一个根结点，并且根结点以外的其他结点只能有一个双亲结点，允许多个结点没有双亲结点，允许结点可以有多个双亲结点。因此网状模型是采用有向图结构表示记录型与记录型之间联系的数据模型，它可以更直接地描述现实世界，层次模型实际上是网状模型地一个特例
2.网状模型有如下特点：
 （1）有一个以上地结点没有双亲结点
 （2）允许结点有多个双亲结点
 （3）允许两个结点之间有多种联系（复合联系）
 -3. 网络模型的数据操纵与数据完整性的约束：
 网状模型地数据操纵主要包括查询、插入、删除和修改数据。进行插入、删除、修改操纵时要满足网状模型地完整性约束条件
 （1）插入数据时，允许插入尚未确定双亲结点值得子女结点值。
 （2）删除数据时，允许只删除双亲结点值
 （3）修改数据时，可直接表示非树形结构，而无需像层次模型那样增加冗余结点
网状模型得优缺点
 网状模型的优点主要有两点：
 （1）能更为直接地描述客观世界，可表示实体间地多种复杂联系
 （2）具有良好地性能和存储效率
 网状模型地缺点主要有以下几点：
 （1）数据结构复杂，随着应用环境地扩大，数据库地结构越来越复杂，不便于终端用户掌握
 （2）其数据定义语言（DLL）和数据操纵语言（DML）语言及其复杂，不易于用户掌握
 （3）由于记录间地联系本质上是通过存储路径实现的，应用程序在访问数据库时要指定存取路径，即用户需要了解系统结构地细节，加重了编写应用程序地负担
 
关系模型
 
1.关系模型地数据结构是一张规范化地二维表，它由表名、表头和表体三部分构成。表名即二维表地名称，表头决定二维表的结构，每个二维表又可称为关系。
 这种模型就是现在我们使用的SQL基本表
2.有以下几个概念需要知道：
 （1）关系：与关系实例，一个关系实例对应由行和列组成的一张二维表，关系相当于实例，例如学生表，就是一个关系
 （2）元组：元组是二维表格中的一列，给学生表中一个学生记录即为一个元组
 （3）属性：二维表格中的一列，给每一个属性起一个名称即属性名，如学生表中有几个属性：如学号、姓名、性别之类的
 （4）域：属性的取值范围，如年龄的域是（15到24），性别的域是（男、女）
 （5）分量：每一个元组对应的列的属性值，即元组中的一个属性值
 （6）候选键：如果一个属性或若干属性的组合中不包含多余的属性，能够唯一标识一个关系的元组，则称该属性或属性的组合为候选键。一个关系可有多个候选键。如学生表中学号就可以标识一个学生
 （7）主键：当一个关系中有多个候选键时，可以从中选择一个作为主键。一个关系只能有一个主键
 （8）主属性和非主属性：包含在任意一个候选键中的属性称为主属性，不包含在任意一个
 （9）关系模式。关系模式是对关系的描述一般表示为：关系名（属性1、属性2…，属性n），关系模式时关系模式的“型”，是关系的框架结构。如学生关系的关系模式可以表示为：学生（学号、姓名、性别、年龄、系别）
 在关系模式中，实体是用关系来表示的，如
 学生（学号、姓名、性别、年龄、系别）
 选课（课程号，课程名，学分）
 （10）关系实例。关系实例是关系模式的“值”，是关系的数据，相当于二维表中的数据
3.关系模式的优缺点
 关系模式的优点有以下三点：
 （1）关系模式与非关系模式不同，它有严格的数学理论根据
 （2）数据结构简单、清晰、用户易懂、易用，不仅用关系描述实体，而且用关系描述实体间的联系
 （3）关系的模型的存储路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性
 关系模式的缺点
 缺点是查询效率不如非关系模型。
 
面相对象的模型
 
类似于JAVA中的面向对象，分为对象、类，有继承
 面向对象模型能完整地描述现实世界地数据结构，具有丰富地表达能力，但模型相对比较复杂、涉及的知识比较多，因此，面向数据库尚未达到关系数据库地普及程度。

 数据库的类型是根据数据模型来划分的，而任何一个DBMS也是根据数据模型有针对性地设计出来的，这就意味着必须把数据库组织成符合DBMS规定的数据模型。目前成熟地应用在数据库系统中的数据模型有：层次模型、网状模型和关系模型。它们之间的根本区别在于数据之间联系的表示方式不同(即记录型之间的联系方式不同)。层次模型以“树结构”表示数据之间的联系。网状模型是以“图结构”来表示数据之间的联系。关系模型是用“二维表”(或称为关系)来表示数据之间的联系的。
 
 
 
  　　1．层次模型(Hierchical)
 
 
 　　层次模型是数据库系统最早使用的一种模型，它的数据结构是一棵“有向树”。根结点在最上端，层次最高，子结点在下，逐层排列。层次模型的特征是：
 
有且仅有一个结点没有父结点，它就是根结点；
 
其他结点有且仅有一个父结点。图所示为一个系教务管理层次数据模型，图(a)所示的是实体之间的联系，图(b)所示的是实体型之间的联系。
 
 　　
 
 　　最有影响的层次模型的DBS是20世纪60年代末，IBM公司推出的IMS层次模型数据库系统。
 
 
 
  　　2．网状模型(Network)
 
 
 　　网状模型以网状结构表示实体与实体之间的联系。网中的每一个结点代表一个记录类型，联系用链接指针来实现。网状模型可以表示多个从属关系的联系，也可以表示数据间的交叉关系，即数据间的横向关系与纵向关系，它是层次模型的扩展。网状模型可以方便地表示各种类型的联系，但结构复杂，实现的算法难以规范化。其特征是：
 
允许结点有多于一个父结点；
 
可以有一个以上的结点没有父结点。
 
 　　下图所示为一个系教务管理网状数据模型。
 
 　　
 
 
 
  　　3．关系模型(Relation)
 
 
 　　关系模型以二维表结构来表示实体与实体之间的联系，它是以关系数学理论为基础的。关系模型的数据结构是一个“二维表框架”组成的集合。每个二维表又可称为关系。在关系模型中，操作的对象和结果都是二维表。关系模型是目前最流行的数据库模型。支持关系模型的数据库管理系统称为关系数据库管理系统，Access就是一种关系数据库管理系统。图所示为一个简单的关系模型，其中图(a)所示为关系模式，图(b)所示为这两个关系模型的关系，关系名称分别为教师关系和课程关系，每个关系均含3个元组，其主码均为“教师编号”。
 
 　　
 
描述的一致性，不仅用关系描述实体本身，而且也用关系描述实体之间的联系；
 
可直接表示多对多的联系；
 
关系必须是规范化的关系，即每个属性是不可分的数据项，不许表中有表；
 
关系模型是建立在数学概念基础上的，有较强的理论依据。
 
 　　在关系模型中基本数据结构就是二维表，不用像层次或网状那样的链接指针。记录之间的联系是通过不同关系中同名属性来体现的。例如，要查找“刘晋”老师所上的课程，可以先在教师关系中根据姓名找到教师编号“1984030”，然后在课程关系中找到“1984030”任课教师编号对应的课程名即可。通过上述查询过程，同名属性教师编号起到了连接两个关系的纽带作用。由此可见，关系模型中的各个关系模式不应当是孤立的，也不是随意拼凑的一堆二维表，它必须满足相应的要求。
 
 　　关系是一个二维表，即元组的集合。关系框架是一个关系的属性名表。形式化表示为：
 
 　　
 
 　　其中，R为关系名，Ai(i=1，2，…，n)为关系的属性名。
 
 　　关系之间通过公共属性实现联系。例如，图所示为两个关系，通过“教师编号”公共属性实现两个关系之间的联系。
 
 　　关系数据库是指对应于一个关系模型的所有关系的集合。例如，在一个教务管理关系数据库中，包含教师关系、课程关系、学生关系、任课关系、成绩关系等。

层次模型
 
层次模型是数据库系统最早使用的一种模型，它的数据结构是一棵“有向树”。根结点在最上端，层次最高，子结点在下，逐层排列。层次模型的特征是：
 
  
有且只有一个根结点
其他结点有且仅有一个父结点
网状模型
 
网状模型以网状结构表示实体与实体之间的联系。网中的每一个结点代表一个记录类型，联系用链接指针来实现。网状模型可以表示多个从属关系的联系，也可以表示数据间的交叉关系，即数据间的横向关系与纵向关系，它是层次模型的扩展。网状模型可以方便地表示各种类型的联系，但结构复杂，实现的算法难以规范化。其特征是：
 
  
允许结点有多于一个父结点；
可以有一个以上的结点没有父结点。
关系模型
 
关系模型以二维表结构来表示实体与实体之间的联系，它是以关系数学理论为基础的。关系模型的数据结构是一个“二维表框架”组成的集合。每个二维表又可称为关系。在关系模型中，操作的对象和结果都是二维表。关系模型是目前最流行的数据库模型。支持关系模型的数据库管理系统称为关系数据库管理系统，Access就是一种关系数据库管理系统。
 
  
描述的一致性，不仅用关系描述实体本身，而且也用关系描述实体之间的联系；
可直接表示多对多的联系；
关系必须是规范化的关系，即每个属性是不可分的数据项，不许表中有表；
关系模型是建立在数学概念基础上的，有较强的理论依据。

层次数据模型
 
    定义：层次数据模型是用树状<层次>结构来组织数据的数据模型。
 
    满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型
     1. 有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点
     2. 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点
 
其实层次数据模型就是的图形表示就是一个倒立生长的树，由基本数据结构中的树（或者二叉树）的定义可知，每棵树都有且仅有一个根节点，其余的节点都是非根节点。每个节点表示一个记录类型对应与实体的概念，记录类型的各个字段对应实体的各个属性。各个记录类型及其字段都必须记录。
 　　
 　　层次模型的特点：
     结点的双亲是唯一的
     只能直接处理一对多的实体联系
     每个记录类型可以定义一个排序字段，也称为码字段
     任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义
     没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在
 　　实例：
 　　　　
 　　　　
 　　　　
     层次模型的完整性约束条件
     无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值
     如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除
     更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性
 
    优点
     层次模型的数据结构比较简单清晰
     查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型
     层次数据模型提供了良好的完整性支持
     缺点
     结点之间的多对多联系表示不自然
     对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较复杂
     查询子女结点必须通过双亲结点
     层次命令趋于程序化
 
层次数据库系统的典型代表是IBM公司的IMS（Information Management System）数据库管理系统
 

 
网状数据模型
 
    定义：用有向图表示实体和实体之间的联系的数据结构模型称为网状数据模型。
     满足下面两个条件的基本层次联系的集合称为网状数据模型：
     1. 允许一个以上的结点无双亲；
     2. 一个结点可以有多于一个的双亲。
 
 　　其实，网状数据模型可以看做是放松层次数据模型的约束性的一种扩展。网状数据模型中所有的节点允许脱离父节点而存在，也就是说说在整个模型中允许存在两个或多个没有根节点的节点，同时也允许一个节点存在一个或者多个的父节点，成为一种网状的有向图。因此节点之间的对应关系不再是1:n，而是一种m:n的关系，从而克服了层次状数据模型的缺点。
 　　特征：
 　　　　 1. 可以存在两个或者多个节点没有父节点；
 　　　　 2. 允许单个节点存在多于一个父节点；
 　　网状数据模型中的，每个节点表示一个实体，节点之间的有向线段表示实体之间的联系。网状数据模型中需要为每个联系指定对应的名称。
 　　实例：　　
 
 
    优点：
     网状数据模型可以很方便的表示现实世界中的很多复杂的关系；
     修改网状数据模型时，没有层次状数据模型的那么多的严格限制，可以删除一个节点的父节点而依旧保留该节点；也允许插入一个没有任何父节点的节点，这样的插入在层次状数据模型中是不被允许的，除非是首先插入的是根节点；
     实体之间的关系在底层中可以借由指针指针实现，因此在这种数据库中的执行操作的效率较高；
 
    缺点：
      网状数据模型的结构复杂，使用不易，随着应用环境的扩大，数据结构越来越复杂，数据的插入、删除牵动的相关数据太多，不利于数据库的维护和重建。
      网状数据模型数据之间的彼此关联比较大，该模型其实一种导航式的数据模型结构，不仅要说明要对数据做些什么，还说明操作的记录的路径；
     DDL、DML语言复杂，用户不容易使用
     记录之间联系是通过存取路径实现的，用户必须了解系统结构的细节
 
    网状模型与层次模型的区别
     网状模型允许多个结点没有双亲结点
     网状模型允许结点有多个双亲结点
     网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）
     网状模型可以更直接地描述现实世界
     层次模型实际上是网状模型的一个特例
 
典型代表是DBTG系统，亦称CODASYL系统，是20世纪70年代由DBTG提出的一个系统方案。实际系统：Cullinet Software公司的 IDMS、Univac公司的 DMS1100、Honeywell公司的IDS/2、HP公司的IMAGE。
 

 
三、关系型数据模型
 　　关系型数据模型对应的数据库自然就是关系型数据库了，这是目前应用最多的数据库。
 　　定义：使用表格表示实体和实体之间关系的数据模型称之为关系数据模型。
 　　关系型数据库是目前最流行的数据库，同时也是被普遍使用的数据库，如MySQL就是一种流行的数据库。支持关系数据模型的数据库管理系统称为关系型数据库管理系统。
 　　特征：
 　　　　 1. 关系数据模型中，无论是是实体、还是实体之间的联系都是被映射成统一的关系—一张二维表，在关系模型中，操作的对象和结果都是一张二维表，它由行和列组成；
 　　　　 2. 关系型数据库可用于表示实体之间的多对多的关系，只是此时要借助第三个关系—表，来实现多对多的关系；
 　　　　 3. 关系必须是规范化的关系，即每个属性是不可分割的实体，不允许表中表的存在；
 　　实例：
 
 
    优点：
      结构简单，关系数据模型是一些表格的框架，实体的属性是表格中列的条目，实体之间的关系也是通过表格的公共属性表示，结构简单明了；
     关系数据模型中的存取路径对用户而言是完全隐蔽的，是程序和数据具有高度的独立性，其数据语言的非过程化程度较高；
     操作方便，在关系数据模型中操作的基本对象是集合而不是某一个元祖；
      有坚实的数学理论做基础，包括逻辑计算、数学计算等；
 
    缺点：
     查询效率低，关系数据模型提供了较高的数据独立性和非过程化的查询功能（查询的时候只需指明数据存在的表和需要的数据所在的列，不用指明具体的查找路径），因此加大了系统的负担；
     由于查询效率较低，因此需要数据库管理系统对查询进行优化，加大了DBMS的负担；
 
    相关概念：
     关系（Relation）：一个关系对应通常说的一张表
     元组（Tuple）：表中的一行即为一个元组
     属性（Attribute）：表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名
     主码（Key）：也称码键。表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组
     域（Domain）：是一组具有相同数据类型的值的集合。属性的取值范围来自某个域。
     分量：元组中的一个属性值。
     关系模式：对关系的描述，关系名（属性1，属性2，…，属性n），如：学生（学号，姓名，年龄，性别，系名，年级）
 
    关系必须是规范化的，满足一定的规范条件
     最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项, 不允许表中还有表
 
    术语对比
 
 
    关系的完整性约束条件
     实体完整性
     实体完整性是指实体的主属性不能取空值。实体完整性规则规定实体的所有主属性都不能为空。实体完整性针对基本关系而言的，一个基本关系对应着现实世界中的一个主题，例如上例中的学生表对应着学生这个实体。现实世界中的实体是可以区分的，他们具有某种唯一性标志，这种标志在关系模型中称之为主码，主码的属性也就是主属性不能为空。
     参照完整性
     在关系数据库中主要是值得外键参照的完整性。若A关系中的某个或者某些属性参照B或其他几个关系中的属性，那么在关系A中该属性要么为空，要么必须出现B或者其他的关系的对应属性中。
     用户定义的完整性
     用户定义完整性是针对某一个具体关系的约束条件。它反映的某一个具体应用所对应的数据必须满足一定的约束条件。例如，某些属性必须取唯一值，某些值的范围为0-100等。
 
计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型