数据库(笔记)——三个世界与数据模型

现实世界

现实世界也就是客观存在的世界，这一概念在数据库中指的是对某一事物的描述，描述其各方面特征以及是否与其他事物存在联系

信息世界

信息世界是对客观事物的抽象描述，是对现实世界经过分析、归纳和抽象得到的信息，这样的信息具有一定的格式。

信息世界中存在以下概念：

• 实体：指现实世界中一个客观存在的事物
• 属性：实体的某一特征
  • 属性型：指属性名
  • 属性值：某一属性名的一个具体值
• 实体集：同一类型实体的集合，比如所有学生是一个实体集
• 实体型：实体名 + 所有属性名，如学生(姓名，学号，年龄，性别，··)
• 码：能为一标识一个实体的属性或属性集称为实体的码
• 域：属性的取值范围，比如性别这一属性的域就是{男，女}
• 联系：单个实体型内部的属性存在着联系，不同实体型之间也存在着联系

对于两个实体型之间的联系有如下三种类型

• 一对一：A实体集中的每一个实体最多对应B实体集中的一个实体
• 一对多：A实体集中的每一个实体可以对应B实体集中的多个实体
• 多对多：A实体集对实体集B一对多，同时实体集B对实体集A也是一对多的关系

两个实体型之间的联系是实体与实体的对应关系，而单个实体型内部联系通常是属性与属性的关系
一对一中，强调最多是因为，一对一关系中，不是所有A实体集中的实体在B中都有一个与它对应
另外，多于多个实体型之间的联系，其说到底也是由多个两个实体型之间的联系组合形成的

计算机世界

计算机世界是对信息世界的再一次抽象，将其信息化，使得信息能够存储在计算机中，有如下点：

• 字段：就是属性名，有型和值
• 记录：字段的有序集合，有型和值
• 文件：同类记录的集合，也就是一个实体集
• 关键字：能够唯一标识每个记录的字段或字段集
  

从数据模型角度看三个世界

概念模型：也叫信息模型，对现实世界的一级抽象的结果
数据模型：也叫逻辑模型是对数据及其联系的描述，包括了组织方式、表达方式和存储路径，它是对现实世界的两级抽象的结果

数据模型的一般组成要素

• 数据结构：包括了数据的类型、内容、性质以及数据之间的联系
  • 有层次结构、网状结构、关系结构
• 数据操作：对数据的增、删、改、查、排序等
• 数据的完整性约束：对数据的约束，比如规定值域，规定对数据的操作

数据模型的常用类型

• 层次模型
  单个树形结构，只有一个根节点
  

层次结构的数据操纵与数据完整性约束

• 插入时（操纵），没有双亲的不能插入子女结点值（约束）（下同）
• 删除时，如果删除双亲结点，对应子女也很会被删除
• 修改时，应该修改对应的记录来保证数据的一致性（也就是会有修改双亲的可能）

优点：简单、分明、查询效率高、提供良好数据完整性支持
缺点：不能表示多对多联系，插入和删除限制多、查询子女必须通过双亲结点

• 网状模型
  采用有向图结构来表示，也是离散中图论常见的形式，没有根节点
  

与层次模型的区别
网状可以没有双亲、可有多个双亲、两个节点多种联系
层次是网状的特例
网状结构的数据操纵与数据完整性约束

• 插入数据时，允许插入尚未确定双亲的结点
• 删除数据时，允许只删除双清
• 修改数据时，只需更新指定记录

优点：可实现多种复杂联系、具有良好性能和存储效率
缺点：数据结构复杂、数据定义、数据操纵语言复杂、用户需要了解系统结构细节

• 关系模型
  通过二维表的形式来存储数据，通过关系来表示数据结构
  (这里的关系抽象来说就是1:1、1:n、m:n)
  

分量：每一行对应的属性值
关键字：可唯一标识一元组的属性或属性集（如某个学生的学号）
关系模式：对关系的描述，如：学生（学号，姓名，性别，年龄，专业，班级）
关系实列：也就是关系模式的某一个“值”
关系模型的数据操纵与完整性约束

• 操作对象和操作结构都是关系，（集合为操作对象）
• 用户不需要知道数据存储路径，只需要指出做什么就行
• 能进行记录集合的操作

优点：有严格的数学理论依据、用关系描述实体间联系、更高的数据独立和保密性
缺点：查询效率不如非关系模型

• 面向对象模型
  

对象：现实世界实体的模型化
对象标识：独立于对象和存储位置，是一种逻辑标识符，通常由系统产生
对象内部相同和标识符相同才认为两个对象相同
对象中包含一组属性和方法（函数）
类：具有同样属性和方法集的对象构成

• 类的属性可以说数据类型，也可以由类
• 类的表示具有层次性和继承性

优点：能完整描述现实世界的数据结构、具有丰富的表达能力
缺点：模型相对复杂、涉及知识比较多

E-R图

E-R图中，由三部分组成：实体、属性、关系

三种对应关系的表示
实例

总结

三个世界中，现实世界于信息世界都是于计算机无关的，只有经过两级抽象后得到的数据模型才能够被计算及使用和存储
对于信息世界的描述，即概念模型是通过E-R图来描述的
在关系模型中，二维表是存储数据的一个方式，他们之间的联系是通过认为规定的“关系”来确定的