數(shù)據(jù)模型(數(shù)據(jù)庫)

時間：2022-11-20 12:30:01 | 來源：信息時代

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    數(shù)據(jù)模型 : 對現(xiàn)實世界的一種抽象,用以描述數(shù)據(jù)操縱和語義結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ),它決定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫語言,以及數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)方法。
自20世紀60年代數(shù)據(jù)庫誕生起即出現(xiàn)了數(shù)據(jù)模型,最早的是層次模型,而概念層的抽象模型則是E-R模型。20世紀70年代所出現(xiàn)的關(guān)系模型成為數(shù)據(jù)模型研究的主流,此后為適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域而出現(xiàn)各種數(shù)據(jù)模型,如面向?qū)ο竽Ｐ汀⒄Z義模型、函數(shù)模型、謂詞模型及NF2模型等。數(shù)據(jù)模型研究已成為數(shù)據(jù)庫學(xué)科的基礎(chǔ)與核心。
數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、定義在結(jié)構(gòu)上的操縱以及數(shù)據(jù)間的約束,它從抽象層次上描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征與動態(tài)行為,為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)表示和操縱提供框架。其主要內(nèi)容為:
(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):以一種統(tǒng)一的方式描述基本數(shù)據(jù)項的類型與性質(zhì),數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)。它表示數(shù)據(jù)模型的靜態(tài)特性。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ),數(shù)據(jù)操縱及數(shù)據(jù)約束都建立在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之上,不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有不同的操縱與約束。因此,數(shù)據(jù)模型一般均依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同而進行分類。
(2)數(shù)據(jù)操縱:主要描述在模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的操作,如查詢操作,增、刪、改操作以及其他的個性化操作。數(shù)據(jù)操縱表示數(shù)據(jù)模型的動態(tài)行為。
(3)數(shù)據(jù)約束:描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部數(shù)據(jù)間的語法和語義關(guān)聯(lián),包括相互制約與依存關(guān)系以及數(shù)據(jù)動態(tài)變化規(guī)則,以保證數(shù)據(jù)的正確性、有效性與相容性。數(shù)據(jù)約束包括數(shù)據(jù)完整性約束、數(shù)據(jù)安全性以及并發(fā)控制等約束。數(shù)據(jù)約束既刻畫了數(shù)據(jù)靜態(tài)特征,也表示了數(shù)據(jù)動態(tài)行為規(guī)則。
根據(jù)抽象的層面不同,數(shù)據(jù)模型可分為: 概念層模型、邏輯層模型和物理層模型。
概念層模型簡稱為概念模型(concept model)。它是以客觀世界需求對信息世界的建模,是現(xiàn)實世界到信息世界的語義抽象。它表示簡單,易于理解且具有較強的語義表達能力,它應(yīng)該獨立于具體的邏輯模型并易于向數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持的邏輯數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。實體聯(lián)系模型(entity-relationship model)簡稱E-R模型,是最常用的概念模型。在E-R模型基礎(chǔ)上增加概括、聚集等語義描述,形成擴充的實體聯(lián)系模型。它們可以看作是基于客觀對象的模型。此外還有面向?qū)ο竽Ｐ?、謂詞模型等。
邏輯層模型簡稱為邏輯模型(logical model),用來描述數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)。邏輯模型是從數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的角度對數(shù)據(jù)建模,獨立于具體的系統(tǒng)物理平臺,但它依賴于具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件。作為面向數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的模型,邏輯模型主要描述數(shù)據(jù)的邏輯存儲形式、數(shù)據(jù)操縱和約束等。傳統(tǒng)的邏輯模型是基于記錄的模型,它們是層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。層次模型中數(shù)據(jù)用記錄的集合表示,數(shù)據(jù)間的聯(lián)系用鏈接表示,其記錄被組織成樹型結(jié)構(gòu)。由于現(xiàn)實世界中許多實體之間的聯(lián)系是一種層次結(jié)構(gòu),用層次模型反映這種一對多的關(guān)系非常自然。網(wǎng)狀模型與層次模型類似,分別用記錄和鏈接表示數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)間的聯(lián)系,不同的是,其記錄被組織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。對于實體之間多對多的聯(lián)系,網(wǎng)狀模型描述這種關(guān)系比層次模型更方便。關(guān)系模型用二維表存儲數(shù)據(jù),通過記錄的值建立起表間的聯(lián)系。關(guān)系模型有很好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),它用關(guān)系代數(shù)、關(guān)系演算等語言描述數(shù)據(jù)操作,用數(shù)據(jù)間依賴關(guān)系描述數(shù)據(jù)間的完整性約束,根據(jù)關(guān)系模式中數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的復(fù)雜程度定義關(guān)系模式的規(guī)范級別。區(qū)別于傳統(tǒng)的基于記錄的邏輯模型,面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是基于面向?qū)ο蟾拍钤谶壿媽用嫔蠈?shù)據(jù)建模,它將客觀世界的實體抽象為對象,通過對對象、對象標識、類、繼承性等概念的刻畫,以支持面向?qū)ο蟾拍詈蜋C制,此外還有將關(guān)系模型與面向?qū)ο竽Ｐ拖嘟Y(jié)合所組成的對象關(guān)系模型等。
物理層模型簡稱為物理模型(physical model),描述邏輯模型的物理實現(xiàn),是數(shù)據(jù)庫最底層的抽象,它確定數(shù)據(jù)的物理存儲結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存取路徑以及調(diào)整、優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的性能。物理模型的設(shè)計目標是提高數(shù)據(jù)庫性能和有效利用存儲空間。
三個層次的數(shù)據(jù)模型間相互獨立而又存在著關(guān)聯(lián),特別是概念模型與邏輯模型之間更有必然聯(lián)系,如E-R模型一般與關(guān)系模型關(guān)聯(lián),擴充E-R模型與對象關(guān)系模型關(guān)聯(lián),而面向?qū)ο竽Ｐ偷母拍钅Ｐ团c邏輯模型則基本一致?；诓煌臄?shù)據(jù)模型可以構(gòu)建不同的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求,它包括通用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(如層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)等),以及特定的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(如演繹數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、知識庫系統(tǒng)、時態(tài)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等)。