數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中用以提供信息表示和操作手段的形式構(gòu)架。數(shù)據(jù)模型包括數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)部分、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的操作部分和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的約束條件。本文主要講解這些數(shù)據(jù)模型基本概念。

數(shù)據(jù)模型基本概念之數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是目標類型的集合。目標類型是數(shù)據(jù)庫的組成成分，一般可分為兩類：數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)類型之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)類型如DBTG(數(shù)據(jù)庫任務組)網(wǎng)狀模型中的記錄型、數(shù)據(jù)項，關(guān)系模型中的關(guān)系、域等。聯(lián)系部分有DBTG網(wǎng)狀模型中的系型等。

數(shù)據(jù)操作部分是操作算符的集合，包括若干操作和推理規(guī)則，用以對目標類型的有效實例所組成的數(shù)據(jù)庫進行操作。數(shù)據(jù)約束條件是完整性規(guī)則的集合，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)，以及狀態(tài)的變化。約束條件可以按不同的原則劃分為數(shù)據(jù)值的約束和數(shù)據(jù)間聯(lián)系的約束；靜態(tài)約束和動態(tài)約束；實體約束和實體間的參照約束等。

數(shù)據(jù)模型基本概念之概念的發(fā)展

隨著數(shù)據(jù)庫學科的發(fā)展，數(shù)據(jù)模型的概念也逐漸深入和完善。早期，一般把數(shù)據(jù)模型僅理解為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其后，在一些數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，則把數(shù)據(jù)模型歸結(jié)為數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、物理配置、存取路徑和完整性約束條件等四個方面。

現(xiàn)代數(shù)據(jù)模型的概念，則認為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只是數(shù)據(jù)模型的組成成分之一。數(shù)據(jù)的物理配置和存取路徑是關(guān)于數(shù)據(jù)存儲的概念，不屬于數(shù)據(jù)模型的內(nèi)容。此外，數(shù)據(jù)模型不僅應該提供數(shù)據(jù)表示的手段，還應該提供數(shù)據(jù)操作的類型和方法，因為數(shù)據(jù)庫不是靜態(tài)的而是動態(tài)的。因此，數(shù)據(jù)模型還包括數(shù)據(jù)操作部分。

三種重要模型的數(shù)據(jù)模型

層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型是三種重要的數(shù)據(jù)模型。這三種模型是按其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而命名的。前兩種采用格式化的結(jié)構(gòu)。在這類結(jié)構(gòu)中實體用記錄型表示，而記錄型抽象為圖的頂點。記錄型之間的聯(lián)系抽象為頂點間的連接弧。整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與圖相對應。對應于樹形圖的數(shù)據(jù)模型為層次模型；對應于網(wǎng)狀圖的數(shù)據(jù)模型為網(wǎng)狀模型。關(guān)系模型為非格式化的結(jié)構(gòu)，用單一的二維表的結(jié)構(gòu)表示實體及實體之間的聯(lián)系。滿足一定條件的二維表，稱為一個關(guān)系（見關(guān)系數(shù)據(jù)庫）。

格式化模型可以描述復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用存取路徑實現(xiàn)數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。從60年代后期以來，在各種計算機系統(tǒng)上建立了許多層次模型和網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)成功地應用于數(shù)據(jù)處理。但這類系統(tǒng)具有以下缺點。

首先，使用了許多與數(shù)據(jù)操作任務無關(guān)的概念，如DBTG系統(tǒng)中的系，用戶必須按照存取路徑存取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

其次，不支持集合處理，即未提供一次處理多個記錄的功能。

第三，沒有充分認識端點用戶直接與數(shù)據(jù)庫對話的需求，缺乏為適應非預期查詢而增加系統(tǒng)設(shè)施的能力。這些缺點降低了程序和數(shù)據(jù)的獨立性，影響應用程序員的工作效率，限制端點用戶對數(shù)據(jù)庫的使用。

關(guān)系模型嚴格符合現(xiàn)代數(shù)據(jù)模型的定義。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單清晰。存取路徑完全向用戶隱蔽，使程序和數(shù)據(jù)具有高度的獨立性。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)語言非過程化程度較高，用戶性能好，具有集合處理能力，并有定義、操縱、控制一體化的優(yōu)點。關(guān)系模型中，結(jié)構(gòu)、操作和完整性規(guī)則三部分聯(lián)系緊密。關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為提高程序員的生產(chǎn)率，以及端點用戶直接使用數(shù)據(jù)庫提供了一個現(xiàn)實基礎(chǔ)。

關(guān)系模型研究的一個課題，是擴展關(guān)系模型和把數(shù)據(jù)模型形式化(就是把它更一般化？）。1981年提出可把數(shù)據(jù)模型看成是抽象的程序設(shè)計語言。數(shù)據(jù)庫是變量，數(shù)據(jù)庫模式是變量的類型。數(shù)據(jù)庫狀態(tài)是某類變量所取的值。數(shù)據(jù)定義語言給出說明數(shù)據(jù)庫變量的語法，數(shù)據(jù)操縱語言是數(shù)據(jù)模型中操作類型的具體實現(xiàn)，而數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是某個數(shù)據(jù)定義語言和數(shù)據(jù)操縱語言的具體實現(xiàn)。這樣，就可以用程序設(shè)計語言的形式概念和方法來研究數(shù)據(jù)模型。

模型是對現(xiàn)實世界的抽象。

在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中，表示實體類型及實體類型間聯(lián)系的模型稱為“數(shù)據(jù)模型”。 

數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫管理的教學形式框架(我理解為對業(yè)已形成實際技術(shù)的日益復雜的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)構(gòu)造技術(shù)進行概念化），是用來描述一組數(shù)據(jù)的概念和定義，包括三個方面：
1、概念數(shù)據(jù)模型（Conceptual Data Model）：這是面向數(shù)據(jù)庫用戶的實現(xiàn)世界的數(shù)據(jù)模型，主要用來描述世界的概念化結(jié)構(gòu)，它使數(shù)據(jù)庫的設(shè)計人員在設(shè)計的初始階段，擺脫計算機系統(tǒng)及DBMS的具體技術(shù)問題，集中精力分析數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系等，與具體的DBMS無關(guān)。概念數(shù)據(jù)模型必須換成邏輯數(shù)據(jù)模型，才能在DBMS中實現(xiàn)。
2、邏輯數(shù)據(jù)模型（Logixal Data Model）:這是用戶從數(shù)據(jù)庫所看到的數(shù)據(jù)模型，是具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，如網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型、層次數(shù)據(jù)模型等等。此模型既要面向擁護，又要面向系統(tǒng)。
3、物理數(shù)據(jù)模型（Physical Data Model）:這是描述數(shù)據(jù)在儲存介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型，它不但與具體的DBMS有關(guān)，而且還與操作系統(tǒng)和硬件有關(guān)。每一種邏輯數(shù)據(jù)模型在實現(xiàn)時都有起對應的物理數(shù)據(jù)模型。DBMS為了保證其獨立性與可移植性，大部分物理數(shù)據(jù)模型的實現(xiàn)工作又系統(tǒng)自動完成，而設(shè)計者只設(shè)計索引、聚集等特殊結(jié)構(gòu)。
數(shù)據(jù)模型的三要素：
一般而言，數(shù)據(jù)模型是嚴格定義的一組概念的集合，這些概念精確地描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、動態(tài)特征（數(shù)據(jù)操作）和完整性約束條件，這就是數(shù)據(jù)模型的三要素。
1。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合。這些對象是數(shù)據(jù)庫的組成成分，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指對象和對象間聯(lián)系的表達和實現(xiàn)，是對系統(tǒng)靜態(tài)特征的描述，包括兩個方面：
（1）數(shù)據(jù)本身：類型、內(nèi)容、性質(zhì)。例如關(guān)系模型中的域、屬性、關(guān)系等。
（2）數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系：數(shù)據(jù)之間是如何相互關(guān)聯(lián)的，例如關(guān)系模型中的主碼、外碼聯(lián)系等。
2 。數(shù)據(jù)操作
對數(shù)據(jù)庫中對象的實例允許執(zhí)行的操作集合，主要指檢索和更新（插入、刪除、修改）兩類操作。數(shù)據(jù)模型必須定義這些操作的確切含義、操作符號、操作規(guī)則（如優(yōu)先級）以及實現(xiàn)操作的語言。數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述。
3 。數(shù)據(jù)完整性約束
數(shù)據(jù)完整性約束是一組完整性規(guī)則的集合，規(guī)定數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及狀態(tài)變化所應滿足的條件，以保證數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。 

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