第二章 数据模型
数据模型
静态特征：数据的类型、结构、联系、约束
动态特征：数据的操作、状态变化
2.1层次数据模型（hierarchy）
2.1.1概念
用于描述按照层次关系组织起来的事务
记录和字段
记录：描述事务或事务间关系的命名的数据单位，也是存储的数据单位
字段：记录的构成部分（简单数据类型）
型与实例
双亲子女关系（PCR）
层次数据模型的基本关系，表示两个记录型间的1：N关系
双亲记录、子女记录
型与实例
层次数据模式
由双亲子女关系构成（树型）
除根以外，双亲唯一
虚拟记录
非层次关系的存在：
一个记录型是两个以上PCR的子女
多对多关系
多元关系
虚拟记录：用指针代替的记录
用虚拟记录表示非层次关系
层次数据的存储
存储器：线性
树的先序遍历
引起的问题：
2.1.2约束
任何记录（包括虚拟记录）有且只有一个双亲记录，根除外（增加、删除结点）
虚拟记录必须指向一个实际记录
虚拟记录不能成为根记录
2.1.3操作
GU (Get Unique)
GNP (Get Next Within parent)
GN (Get Next)
2.1.4层次数据模型评价
非层次数据的处理
数据独立性
2.2网状数据模型
2.2.1概念
记录和数据项
记录：数据存储单位，包含数据项
数据项：与层次模型不同，简单多值项（向量）复合多值项（重复组）
系（set）
两个记录型之间的1:N联系（首记录，属记录，多属系）
允许一个首记录型有多个属记录型
允许一个属记录型有多个首记录型
Link记录
特殊的系：无首系
系的实现
双向链表＋首记录指针
网状模型评价
2.3关系数据模型
2.3.1概念
关系模型（1970年,Codd）
例：（关系模式，关系，元组，属性，属性值，键）
属性和域
关系模型中所有域都是原子属性
null的含义
关系、关系模式、元组
符号描述：R，r，D，A，t
关系的限制：1)属性不可重复；2)元组不可重复；3)元组间无序；4)属性间无序；5)每一属性不可再分
键
超键（Super Key）
候选键（Candidate Key）
主键（Primary Key）
外键（Foreign Key）
存储
索引/散列/堆文件
关系模型评价
数据结构
数据独立性
数学理论基础
2.3.2完整性规则
语义对于数据的限制
域完整性约束
实体完整性约束
引用（参照）完整性约束
用户定义完整性约束
2.3.3关系数据操纵语言
DML：查询、更新
关系DML：关系代数、关系演算（元组，域）
2.3.4关系代数
选择（σ）
σF(R) ≡ {t | t∈R ∧ F(t) = true}
例
投影（π）
例
集合操作
并
R∪S ≡ {t | t∈R∨t∈S}
例
差
R－S ≡ {t | t∈R∨t／∈S}
交：R∩S≡R－(R－S) ≡ S－(S－R)
例
笛卡儿积
R×S ≡ {t | t＝( t(r) t(s) ) ∧ t(r)∈R ∧ t(s)∈S}
最小完备集{σ，π，∪，－，×}
连接
θ连接
F连接
自然连接
外连接
半连接
例
除
例
外并
关系代数查询举例……
2.3.5关系演算
元组关系演算
表示：{t | P(t)} t：元组变量，P(t)：表达式
原子表达式：① R(t)；② t[i]θt[j]；③ t[i]θC或者Cθt[i]
表达式递归定义：…
元组关系演算与关系代数的等价表示
存在的安全问题：不产生无限关系的表达式称为安全表达式
元组关系演算查询举例……
域关系演算
表示：{<x1, x2,……, xn> | P(x1, x2……xn, xn+1,……xn+m)} xn：域变量
原子表达式：① R(x1, x2,……, xk)；② xθy；③ xθC或者Cθx
E－R数据模型
2.4.1概念
实体(Entity)
属性(attribute)
属性的取值范围：值集（Value Set）
实体键，实体主键
简单属性（单域）／组合属性（多域）；单值／多值
数学表示：
A：E→ρ(V1)×ρ(V2)……×ρ(Vn)
特例：简单属性 A：E→ρ(V)
联系(Relationship)
实体与实体间的关系
二元联系：1:1，1:N，M:N
三元联系：M:N:P，1:1:1，1:N:P，1:1:P
参与度（min，max）
参与约束，基数比约束
弱实体
2.4.2E－R图
例
2.4.3扩充的E－R模型
特殊化和普遍化
F={Si | Si∈E,I=1,2,3…} F特殊化，E超实体集，Si子实体集
全特殊化，部分特殊化；不相交特殊化，重叠特殊化
P39图
聚集
P39图
范畴
P40图
