数据模型三要素

时间：2022-10-03 百科知识版权反馈

【摘要】：数据结构是计算机存储、组织数据的方式。数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素集合。不同的数据模型具有不同的数据结构形式。在信息世界中将抽象为学生和书籍两个实体集，两个实体集间的关系为 “借阅”。在Access2013中建立学生、书籍和借阅三个数据库表，先为学生和借阅两个表建立关系，再为书籍和借阅两个表建立关系。

1. 数据结构

数据结构是计算机存储、组织数据的方式。数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素集合。它指同一类数据元素中，各元素之间的相互关系。不同的数据模型具有不同的数据结构形式。例如关系模型，数据库中全部数据及其相互联系都被组织成关系即二维表格的形式，因此关系模型只有一种数据结构——关系。

2. 数据操作

数据模型提供一组完备的关系运算，支持对数据库的各种操作，可以用关系代数和关系演算两种方式来表示，它们是相互等价的，如用关系代数来表示关系的操作，有传统的关系运算：交、差、并和专门的关系运算：选择、投影、连接，即在关系数据库的基本操作中，从表中取出满足条件的元组的操作称为选择；把两个关系中相同属性值的元组连接在一起形成新的二维表的操作称为连接；从表中抽取某些属性的操作称为投影；数据更新包括插入、删除、修改。其中传统集合运算结果为：

（1）并：两个相同结构关系的并是由两个关系的元组组成的集合，并运算要求两个关系属性的性质必须一致且并运算的结果要消除重复的元组。

记为： R （元组）∪S（元组）

（2）差：指两个相同结构关系中的记录属于第一个关系而不属于第二个关系，或者属于第二个关系而不属于第一个关系。

只属于R而不属于S，记为： R－S

不属于R只属于S，记为： S－R

（3）交：两个相同结构关系中公共记录的集合。

记为： R （元组）∩S（元组）

例1：已知下列关系R、 S具有相同结构属性，并且相应的属性取值来自同一个域， R∪S、 R－S、 S－R、 R∩S运算结果如图2.8所示。

（4）选择、投影和连接。

例2：若存在学生和成绩两个表：

•从学生表中选出入学成绩大于500分的学生称为选择，如图2.9所示。

•从学生表中选出学号和姓名字段称为投影，如图2.10所示。

•将学生表和成绩表按照学号连接成一个表称为连接，如图2.11所示。

图2.8 R∪S、 R－S、 S－R、 R∩S运算结果

图2.9 选择关系模式

图2.10 投影关系模式

图2.11 连接关系模式

3. 完整性规则

数据完整性（Data Integrity）是指数据的精确性（Accuracy）和可靠性（Reliability）。它是防止数据库中存在不符合语义规定的数据和防止因错误信息的输入输出造成无效操作或错误信息的一种约束。数据完整性分为：实体完整性（Entity Integrity）、参照完整性（Referential Integrity）、用户自定义的完整性（User⁃defined Integrity）。其中：

（1）实体完整性：指表中行的完整性。要求表中的所有行都有唯一的标识符，称为主关键字。主关键字是否可以修改，或整个列是否可以被删除，取决于主关键字与其他表之间要求的完整性。

对于实体完整性，有如下规则：

①实体完整性规则针对基本关系。一个基本关系表通常对应一个实体集。例如，学生关系对应学生集合。

②现实世界中的实体是可以区分的，它们具有一种唯一性质的标识。例如，学生的学号、教师的职工号等。

（2）参照完整性：是指两个表的主关键字和外关键字的数据应一致，保证了表之间的数据的一致性，防止了数据丢失或无意义的数据在数据库中扩散。

（3）用户自定义的完整性：不同关系数据库系统根据其应用环境的不同，往往还需要一些特殊的约束条件。用户定义的完整性即是针对某个特定关系数据库的约束条件，它反映某一具体应用必须满足的语义要求。

4. 三个世界

计算机信息管理的对象是现实生活中的客观事物，但这些事物是无法直接送入计算机的，必须进一步整理和归类，进行信息的规范化，然后才能将规范信息数据化并送入计算机的数据库中保存起来。

这一过程经历了三个领域——现实世界、信息世界和数据世界。

（1）现实世界：存在于人脑之外的客观世界，包括事物及事物之间的联系。这种联系是客观存在的，是由事物本身的性质决定的。

（2）信息世界：也称概念世界，是现实世界在人们头脑中的反映，也是对客观事物及其联系的一种抽象描述。从现实世界到概念世界是通过概念模型来表达的。如对学生的描述可分为学号、姓名、班级、籍贯、性别等概念。

（3）数据世界：将信息世界中的实体进行数据化，事物及事物之间的联系用数据模型来描述，存入计算机系统的数据是将概念世界中的事物数据化的结果。