数据模型概述

模型，特别是具体模型，人们并不陌生。一张地图、航模、一组建筑设计沙盘。。。都是具体模型。一眼望去，就会使人联想到真实生活中的实物。模型是对现实世界中某个对象的模拟和抽象。例如，航模飞机就是对生活中飞机的一种模拟和抽象。也就是说，它可以模拟飞机起飞、飞行和降落，他抽象了飞机的基本特征——机头、机身、机翼、机尾。

数据模型也是一种模型，他是对现实世界数据特征的抽象，也就是说数据模型是用来描述数据、组织数据和对数据进行操作的。

由于计算机不能直接处理现实中的具体事物，所以人们必须事先把具体事物转换成计算机能够处理的数据。也就是数字化，把现实中具体的人、物、活动、概念用数据模型这个工具来抽象、表示和处理。通俗地讲，数据模型就是现实世界的模拟。

现有的数据库系统均是基于某种数据模型的。数据模型是数据库系统的核心和基础。因此，了解数据模型的基本概念是学习数据库的基础。

数据模型应该满足三方面要求：一是能较好的模拟现实世界；二是容易为人所理解；三是便于在计算机实现。一种数据模型要很好地全面地满足这三方面要求在目前尚且很困难。因此，在数据库系统中针对不同的使用对象和应用目的，采用不同的数据模型。如同在建筑设计和施工的不同阶段需要不同的图纸一样，在开发实施数据库应用系统中也需要使用不同的数据模型：概念模型、逻辑模型和物理模型。

根据模型应用的不同目的，可以将这些模型划分为两类，它们分别属于两个不同的层次。第一类是概念模型，第二类是逻辑模型和物理模型。

概念模型（Conceptual Model），也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计。

逻辑模型主要包括层次模型（Hierarchical Model）、网状模型（Network Model）、关系模型（Relational Model）、面向对象模型（Object Oriented Model）和对象关系模型（Object Relational Model）等。它是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于DBMS的实现。

物理模型是对数据最底层的抽象，他描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，是面向计算机系统的。物理模型的具体实现是DBMS的任务，数据库设计人员要了解和选择物理模型，一般用户则不必考虑物理级的细节。

各种机器上实现的DBMS软件都是基于某种数据模型或者说是支持某种数据模型的。为了把现实中的具体事物抽象、组织为某一DBMS支持的数据模型，人们常常首先将现实世界抽象为信息世界，然后将信息世界转换为机器世界。也就是说，首先把现实世界中的客观对象抽象为某一种信息结构，这种信息结构并不依赖与具体的计算机系统，不是某一个DBMS支持的数据模型，而是概念级模型；然后把这一概念级模型转换为计算机某一DBMS支持的数据模型（逻辑模型）。从逻辑模型到物理模型的转换一般是由DBMS完成的。

一般地讲，数据模型是严格定义的一组概念集合。这些概念精确地描述了系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。因此数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束条件三部分组成。

一、数据结构

数据结构描述数据库组成对象以及对象之间的联系。也就是说，数据结构描述的内容有两类：

一类是与对象的类型、内容、性质有关，例如网状模型中的数据项、记录，关系模型中的域、属性、关系等。

一类是与数据之间的联系有关的对象，例如网状模型中的系型。

数据结构是刻画一个数据模型性质最重要的方面。因此在数据库系统中，人们通常按照其数据结构的类型来命名数据模型。例如层次模型、网状模型和关系结构的数据模型分别命名为层次模型、网状模型和关系模型。

总而言之，数据结构是所描述的对象类型的集合，是对系统静态特征的描述。

二、数据操作

数据操作是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许进行的操作集合，包括操作及有关的操作规则。数据库主要有查询和更新（包括插入、删除、修改）两大类操作。数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规则（例如优先级）以及实现操作的语言。这是对系统动态特征的描述。

三、数据的完整性约束条件

数据的完整性约束条件是一组完整性规则。完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。数据模型应该反映和规定本数据模型必须遵守的，基本的，通用的完整性约束条件。

概念模型

概念模型实际上是现实世界到机器世界的一个中间层次，用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是数据库设计人员进行数据库设计的有力工具，也是数据库设计人员和用户之间进行交流的语言。因此概念模型一方面应该具有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，另一方面还应简单、清晰易于用户理解。下面介绍一些信息世界的基本概念。

1、实体（Entity）

客观存在并可相互区别的事物称为实体。实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联系，例如，一个职工、学生、部门的一次订货等都是实体。

2、属性（Attribute）

实体所具有的某一特性称为属性。例如学生可以由若干个属性来刻画。例如，学生实体可以由学号、姓名、出生年月等组成。这些属性组合起来表征了一个学生。

3、码（Key）

唯一标识实体的属性集称为码。例如学生的学号。

4、域（Domain）

域是一组具有相同数据类型的值得集合。属性的取值范围来自某个域。例如：学号的域为8位整数，性别的域为（男，女）。

5、实体型（Entity Type）

具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。例如：学生（身高、体重、年龄、成绩）就是一个实体型。

6、实体集（Entity Set）

同一类型实体的集合称为实体集。例如：全体学生就是一个实体集。

7、联系（Relationship）

在现实世界中，事物的内部以及事物之间是具有联系的，这些联系在信息世界反映为实体（型）内部的联系和实体（型）之间的联系。实体内部的联系通常是组成实体的各属性之间的联系；实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。