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  • 数据库系统(二)数据模型:层次网状关系模型
    2022-03-26 09:23:37

    1.常用的数据模型

    格式化模型:层次模型+网状模型

    关系模型(目前最常用)

    对象模型:面向数据对象+对象关系数据模型

    半结构化数据库(XML)、非机构化数据库模型、图模型....

    *格式化模型中数据结构的单位:基本层次联系

    2.层次模型

    它是用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系

    表示方法:实体型,属性,联系

    定义:满足以下条件的基本层次联系的集合 1.有且只有一个结点是没有双亲结点,这个结点称为根结点。2.根以外的其他结点有且只有一个双亲结点

    总结:结点的双亲是唯一! 只能处理1:N的关系! 树形!

    任何记录按路径查看,没有子女记录能脱离双亲而独立存在!

    数据操纵:查询,插入,删除,更新

    完整性约束:无父母则不允许插入子女;删父母则子女同时被删除;更新时需全部更新保证一致性

    优点缺点
    数据结构比较清晰多对多联系表示不自然
    查询效率高,性能优于关系,不低于网状插入、删除限制多,编写复杂
    提供良好的完整性支持查询子女结点必须通过双亲

    3.网状模型

    它是采用网状结构来表示实体及实体之间的联系,同样包含实体型、属性、联系。

    特点:1.允许多个结点无双亲(☆)

               2.一个结点可以有多个双亲(☆)

               3.两个结点之间多个联系

               4.每个联系都需命名,并指出相关的双亲及子女

    表示:网状模型间接表示N:N联系,可以将此分解为1:N联系

    数据操纵:1.导航式的查询,插入,删除,更新;

                       2.完整性约束条件不严格(允许插入尚未确定双亲结点值的子女;允许只删除双亲)

    具有一定的完整性约束:

                     1.具有支持码,唯一标识记录的数据项集合

                     2.一个联系中的双亲与子女1:N

                     3.可以定义双亲与子女的某些约束

    优点缺点
    更直观描述现实应用扩大后易浮渣
    具有良好性能,效率还行DDL\DML语句复杂,用户不易使用
    记录联系必须选择存储路径,加重开发人员操作

    4.关系模型(

    CODD 首次提出了数据库的关系模型,被授予图灵奖。

    用户观点下,关系模型中的数据逻辑结构是一张二维表,关系必须是规范化(不允许表中有表)

    概念:

    1.关系relation,一个关系就是一张表

    2.元组tuple,表的一行为一个元组

    3.属性attribute,表的一列为一个属性

    4.主码key,表中某些属性组,可以唯一确定一个元组

    5.域domain,一张具有相同数据类型的值的集合。例如性别的域是:男女

    存储路径对用户隐蔽,提高数据的独立性。

    完整性约束条件:实体完整性、参照完整性、用户定义的完整性

    优点缺点
    建立严格的数学概念

    概念单一

    实体和联系用关系表示

    对数据的查询结果也是关系

    为了提高性能,需要对查询进行优化,会增加开发数据库系统的难度

    存储路径是对用户透明

    数据独立性高,保密性好

    简化开发工作

    查询效率不如格式化模型高
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  • 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...
    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。
      在这里插入图片描述
      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:
        在这里插入图片描述
        在这里插入图片描述
        
        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。
    在这里插入图片描述
      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:  
    在这里插入图片描述

        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:

    在这里插入图片描述

        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
    在这里插入图片描述

        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



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  • 数据模型(Data Model)是数据特征的抽象,它从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件, ...常见的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型三种。 关系其实就是一个二维表的意思,行列对应,..

    数据模型(Data Model)是数据特征的抽象,它从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件,

    为数据库系统的信息表示与操作提供一个抽象的框架。

    数据模型所描述的内容有三部分,分别是数据结构、数据操作和数据约束 。

    数据模型是数据库设计中用来对现实世界进行抽象的工具,是数据库中用于提供信息表示和操作手段的形式构架。

    数据模型是数据库系统的核心和基础。

     

    其实就是一种E-R图的表现形式。

    常见的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型三种。

    关系其实就是一个二维表的意思,行列对应,类似于y和x的意思,关系类似于f(x)的函数关系的意思。

    层次模型和网状模型很好理解,看一下图就知道了。主要还是说说关系模型。

    层次模型:

    网状模型:

    现实世界中事物之间的联系更多的是非层次关系的,用层次模型表示这种关系很不直观,网状克服了这一弊病,可以清晰的表示这种非层次关系。

    关系模型的特点:

    (1)数据结构单一。关系模型中,不管是实体还是实体之间的联系,都用关系来表示,而关系都对应一张二维数据表,数据结构简单、清晰。
    (2)关系规范化,并建立在严格的理论基础上.构成关系的基本规范要求关系中每个属性不可再分割,同时关系建立在具有坚实的理论基础的严格数学概念基础上。

    (3)概念简单,操作方便。关系模型最大的优点就是简单,用户容易理解和掌握,一个关系就是一张二维表格,用户只需用简单的查询语言就能对数据库进行操作。

    https://zhidao.baidu.com/question/1927530017544265747.html

     

    我们已经知道,关系数据库是建立在关系模型上的。

    而关系模型本质上就是若干个存储数据的二维表,可以把它们看作很多Excel表。

    https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1177760294764384/1218728991649984

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  • 数据库领域中主要的逻辑数据模型有:层次模型、网状模型、关系模型、面向对象数据模型等,我们重点讲解了**层次模型、网状模型、关系模型**。 1.1 层次模型 层次数据库系统的典型代表是IBM公司的Information ...
       数据库领域中主要的逻辑数据模型有:层次模型、网状模型、关系模型、面向对象数据模型等,我们重点讲解了**层次模型、网状模型、关系模型**。
    

    1.1 层次模型
    层次数据库系统的典型代表是IBM公司的Information Management System数据库管理系统。层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体之间的联系。
    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,这个结点称为根节点;2.根以外的其它结点有且仅有一个双亲结点。
    在层次模型中,每个结点表示一个记录,记录类型之间的联系用结点之间的连线(有向边)表示,这种联系是父子之间的一对多的联系。
    在这里插入图片描述
    1.1.1 层次模型中的数据操纵和完整性约束条件
    数据操纵:查询、插入、删除、更新
    完整性约束条件:
    1.无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值,即上图中根节点R1没有双亲结点,则在其下不能插入子女结点;
    2.如果删除双亲结点值,则相应的子女结点值也被同时删除,即在上图中删除R2就同时删掉了R4和R5;
    3.更新操作时,应更新所相应记录,以保持数据的一致性,例如:在以下两个关系中:课程(课程号,课程名,平均成绩),成绩(学号,课程号,成绩),要修改课程关系中的平均成绩,也需要修改成绩关系中的成绩。
    层次模型的一个基本特点是,任何一个给定的记录值只能按其层次路径查看,没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而单独存在。
    1.2 网状模型
    网状数据库系统采用网状模型作为数据的组织方式。典型的代表是DBTG系统。
    在数据库中,把满足以下两个条件的基本层次联系集合称为网状模型:
    1.允许一个以上的结点无双亲;2.一个结点可以有多余一个的双亲
    在这里插入图片描述

    在网状模型中,多对多联系的表示方法:将多对多联系直接分解成一对多联系,如:在上图中,R1的关系可拆分为R1–R4,R1–R3。
    1.2.1 数据操纵与完整性约束条件
    网状数据库系统对数据操纵加了一些限制,提供了一定的完整性约束:
    唯一标识记录的数据项的集合
    一个联系中支持双亲记录与子女记录之间的一对多联系
    支持双亲记录和子女记录之间某些约束性条件

    1.3 关系模型
    关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式,1970年美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd首次提出了数据库系统的关系模型。
    在用户观点下,关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表,它由行和列组成。
    在这里插入图片描述
    1.3.1 关系模型的数据结构
    关系(Relation):一个关系对应通常所说的一张表。
    元组(Tuple):表中的一行即为一个元组。
    属性(Attrubute):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。
    码(Key):表中的某个属性组,它可以唯一确定一个元组。
    域(Domain):属性的取值范围。
    分量:元组中的一个属性值。
    关系模式:对关系的描述,如:学生(学号,姓名,年龄,性别,系,年级)
    关系最基本的规范条件: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
    3.3.2关系术语与一般表格的术语对比
    在这里插入图片描述
    1.3.3 数据操纵和完整性约束条件
    数据操作是集合操作操作对象和操作结果都是关系,即若干元组的集合。同样也可进行查询、插入、删除、更新操作。
    关系的完整性约束条件:实体完整性、参照完整性、用户定义的完整性
    1.3.4 关系模型与非关系模型的比较
    在这里插入图片描述
    1.4 层次模型、网状模型和关系模型的优缺点
    在这里插入图片描述

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