【BUAA-数据管理技术】2-数据模型-概念模型

本文内容系2024年北航软件学院数据管理技术课程课堂笔记，内容大部分取自课程PPT，少量来源于互联网，若有侵权请联系删除。文章内容如有错漏，敬请批评指正！

第二章 数据模型

02 - 数据模型-概念模型

2.1 什么是数据模型

• 模型：是对现实世界的抽象，常用于帮助人们提取问题本质，从而更容易找到解决办法
• 数据模型：是现实世界数据特征的抽象，是用来描述数据的一组概念和定义。数据在计算机中的组织结构，和施加在这个结构上的处理方法，即是数据模型
• 不同的数据模型代表了不同的观察世界的角度，代表了不同的抽象方法

1. 概念数据模型

   • 是独立于计算机系统的数据模型，不涉及信息在计算机中的表示，只用来描述某个特定组织所关心的信息结构，是对现实世界的第一层抽象。
   • 按用户的观点对数据建模，强调其语义表达能力，是用户和数据库设计人员之间进行交流的语言和工具。

2. 逻辑数据模型

   • 直接面向数据库的逻辑结构，是对现实世界的第二层抽象。它直接与DBMS有关，有严格的形式化定义、DB语言，以便在计算机系统中实现。

   • 有层次模型、网状模型、关系模型等。

     逻辑数据模型是区分不同类型数据库的依据，并在很大程度上决定了数据库的性能和应用范围。

     就是通常所说的数据模型

3. 物理数据模型

   • 反映了数据在存储介质上的组成结构，并描述了访问机制、如何表达记录结构、记录顺序和访问路径等信息。

2.2 概念模型

基本要求：较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识；简单、清晰、易于用户理解。

2.2.1 ER数据模型

• 两种常用抽象手段：
  1. 分类（Classification）：司机，学生，赛事……
     • 定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型
     • 在特定的上下文里，这些对象具有某些共同的特性和行为
  2. 聚集（Aggregation）：学生的学号、姓名、专业……
     • 定义某一类型的组成成分
     • 根据上下文管理需求，给出指定类型的特征集合

ER模型的观点：世界是由一组称作实体的基本对象和这些对象之间的联系构成的

• 三个基本元素：

  1. 实体(Entity)：客观存在并可以相互区分的客观事物或抽象事件

     实体集：同型实体的集合（e.g. 课程={语文, 数学, 英语}）。经常把实体集简称为实体

  2. 属性(Attribute)：实体所具有的某一特性，一个实体由若干属性刻画。

     属性类型不同的实体属于不同的实体集，属性类型相同的实体属于同一实体集！
     例如，员工和顾客都只有ID属性时，才同属人员实体！！！

     • 域（Domain）：属性的取值范围。
     • 属性的类型：单值属性、多值属性（例如某人电话号）；简单属性、复合属性
     • 键（key）：实体集中能唯一标识实体的属性或属性组。两个以上属性组成的键称为复合键(compound key)。实体集中的每一个实体，在键属性上的取值各不相同

  3. 联系(Relation)：由一系列的实体间对应关系所组成

     • 联系的键是复合键，由来自于各相关实体集的键属性组成
     • 也可以用属性来刻画联系的特性

• ER图（ER diagram）：

  • 实体：矩形框
  • 实体的属性：椭圆框，连线到响应实体
  • 实体之间的联系：菱形框，连到有关的实体

• 联系的元（degree）：参与联系的实体的个数

• 联系的基数比约束(Mapping Cardinality Constraints)：表示一个实体可以通过联系关联到的另一个实体集中实体的数量。画ER图时要表明

  • 一对一联系（1:1）：班级与班长，观众与座位
  • 一对多联系（1:n）：班级与学生，公司与职员。表示可以为：1的那一方用箭头，n的一方没有箭头
  • 多对多联系（m:n）：教师与学生，工厂与产品

• 一元联系：sometimes，二元联系关联的两个实体集实际上属于同一个实体集的两个副本，可将其合并。在一元联系中，需要用角色来区分同一实体集的不同副本。

• 多元联系：⭐️⭐️⭐️牢记三元联系转换为二元联系的方法！（把关系作为一个实体）

• 约束（Constraints）：是一种对数据库的断言（assertion），数据库应保证该断言成立：丰富了数据的语义，保证数据的有效性和完整性，实现更高效的存储和数据查询（后续详述）
• 键约束（Key Constraints）：可以容易地引用实体
  • **超键（super key）**是实体集中的一个或一组属性，用它们可以唯一的确定每一个实体
  • 候选键（candidate key）是某个超键的==若存在多个候选键，则可以任选一个作为该实体集的主键（primary key）

2.2.2 ER模型建模

建模准则：

1. 忠实于用户需求

2. KISS准则（keep it simple and stupid）

3. 设计上避免冗余

   • 冗余：用两个以上不同的实例描述同一件事情

   • 冗余会导致空间浪费，更会带来数据不一致

   my understanding：一个实体不能是另外一个实体的属性，一件事尽可能少画框

4. 能抽象为属性的，就不要抽象为实体

   只有在符合下面两个情况之一的时候才需要把事物抽象为实体：

   1. 事物有至少一个非键属性（不属于键的属性）:
      学生（姓名） VS 书（书名，页数，出版年代）
   2. 事物处于“一对多”或“多对多”联系中“多”那一端

   不符合以上情况的事物，都可以抽象为属性。

   • 反过来，应该是实体的，也不要强行拆解为属性

2.2.3 ER模型小结

• 客观性：ER模型是在客观事物或系统的基础上形成的，在某种程度上反映了客观现实，反映了用户的需求。
• 主观性：ER模型又不等同于客观事物的本身，它往往反映事物的某一方面，至于选取哪个方面或哪些属性、如何表达，则决定于观察者本身的目的与状态。
• 设计过程：
  1. 先设计实体类型（找出逻辑独立的事物，即管理对象）；
  2. 再设计联系类型（确定实体之间相互影响的关系）；
  3. 最后为实体和联系确定属性。
• ER模型应该充分反映用户需求，要得到用户的认可才能确定下来。

last tip: ER图可以没有联系，不要想复杂！

作业题：

1、现开发一套销售管理系统，需保存交易记录信息，包括销售人员身份证号、顾客身份证号、售卖货品名称、数量、单价。请绘制数据库建模的 ER 图。

• 这道题看似的实体顾客、销售员、货品（虽然它有很多属性），实际上都是交易记录的属性而已

2、现开发一套销售管理系统，需保存进销存信息，包括： 1). 货品清单，包括货品编号、货品名称、单价、库存数量； 2). 交易记录，包括销售人员身份证号、顾客身份证号、售卖货品编号。请绘制数据库建模的 ER 图。

• 这道题销售员和顾客都只有ID这一属性，不用抽象出实体，二者共同作为交易方的属性，和货物产生“交易记录”这一联系

3、注意顾客和销售员这两个实体集同属人员实体集，可以合并成一元联系