数据模型是数据库系统的核心和基础，了解数据模型的基本概念是学习数据库的基础。

一、什么是数据模型

数据模型是对现实世界数据特征的抽象，用来描述数据结构、数据关系、数据语义和数据约束。数据模型是对现实事务的抽象化和数字化。

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二、两类数据模型

数据模型可以被分为两大类，它们分属于不同的层次。第一类是概念模型，第二类是逻辑模型和物理模型。

1.概念模型

又称信息模型，是按用户观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计。

2.逻辑模型

是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于数据库管理系统的实现。

3.物理模型

是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法。

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三、概念模型

1.信息世界中的基本概念

• 实体：客观存在并可相互区别的事物

• 属性：实体所具有的某项特征

• 码 (key)：唯一标识实体的属性集

• 实体型：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体性

  学生(学号，姓名，性别，出生年月，所在院系，入学时间)

  这就是一个实体型

• 实体集：同一类型的实体的集合

  全体学生

• 联系：分为实体内部的联系和实体之间的联系

2.实体-联系表示方法

是概念模型的一种表示方法，又称为 E-R 方法，将在后续章节中详细讲解。

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四、数据模型的组成要素

数据模型是严格定义的一组概念的集合，精确描述了系统的静态特征、动态特征和完整性约束条件。数据模型通常由数据结构、数据操作和数据的完整性约束条件组成。

1.数据结构

数据结构描述数据库的组成对象以及对象之间的联系。是系统静态特性的描述。

2.数据操作

数据操作是指对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。是系统动态特性的描述。

3.完整性约束条件

是一组完整性规则，用于限定符合数据模型的数据库状态和状态的变化，保证数据的正确、有效和相容。

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五、常用的逻辑数据模型

• 层次模型
• 网状模型
• 关系模型
• 面向对象数据模型
• 对象关系数据模型
• 半结构化数据模型

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六、层次模型

1.数据结构

树状，有且只有一个结点没有父结点（此结点为根结点），其它结点都有且只有一个父结点。

2.数据操控和完整性约束

数据操控：

增、删、改、查

完整性约束：

与树类似，插入时，需要插入到树中，而不能孤立；删除时，若删除父节点，则对应子节点也会同时删除。

3.优缺点

优点：

• 数据结构比较简单清晰
• 查询效率高
• 提供了很好的完整度支持

缺点：

• 可能不适用于现实中的非树状关系

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七、网状模型

1.数据结构

网状，允许结点没有父节点，允许结点拥有多个父节点。

2.数据操控和完整性约束

数据操控：

增、删、改、查

完整性约束：

网状模型一般没有层次模型那样严格的完整性约束条件，但具体的网状数据库系统对数据操控都加了一些限制，提供了一些完整性约束。

3.优缺点

优点：

• 能够更为直接地描述现实世界
• 具有良好的性能，存取效率高

缺点：

• 结构比较复杂

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八、关系模型

1.数据结构

(1) 关系模型中的一些术语

• 关系：一个关系对应通常说的一张表

• 元组：表中的一行

• 属性：表中的一列

• 码：表中的某一个属性组，它可以唯一确定一个元组（区分每一行）

• 域：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，一般表示为关系名(属性1, 属性2,···, 属性n)

  例如：学生(学号, 姓名, 年龄, 性别)

(2) 规范化

关系模型要求关系必须是规范化的，关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项。

2.数据操控和完整性约束

数据操控：

增、删、改、查

完整性约束：

实体完整性、参照完整性、用户定义的完整性

3.优缺点

优点：

• 建立在严格的数学概念的基础上
• 将所有事物都用关系表示，数据结构简单、清晰、用户易懂易用

缺点：

• 由于存取路径对用户隐蔽，查询效率往往更低。

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参考

• 数据库系统概论