试述数据模型的概念、数据模型的作用和数据模型的三个要素。

数据模型是数据库系统中用于提供信息表示和 *** 作手段的形式构架，是现实世界的模拟和抽象。

数据模型的作用是模拟现实世界，使人容易理解，便于在计算机上实现。

数据模型三要素：数据结构、数据 *** 作、数据的约束条件。

1数据结构是所研究的对象类型的集合。这些对象是数据库的组成成分，数据结构指对象和对象间联系的表达和实现，是对系统静态特征的描述。

2数据 *** 作是对数据库中对象的实例允许执行的 *** 作集合，主要指检索和更新两类 *** 作。数据模型必须定义这些 *** 作的确切含义、 *** 作符号、 *** 作规则以及实现 *** 作的语言，数据 *** 作是对系统动态特性的描述。

3数据完整性约束是一组完整性规则的集合，规定数据库状态及状态变化所应满足的条件，以保证数据的正确性、有效性和相容性。

4作用是空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供着基本方法。

数据模型三要素是数据结构、数据 *** 作、数据的约束条件。

故为C

1)数据结构：是所研究的对象类型的集合，是对系统静态特性的描述。

(2)数据 *** 作：对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的 *** 作的集合， *** 作及 *** 作规则。如 *** 作有检索、插入、删除、修改， *** 作规则有优先级别等。数据 *** 作对系统动态特性的描述

。

(3)数据的约束条件：是一组完整性规则的集合。也就是说，对于具体的应用娄必须遵循特定的语义约束条件，以保证数据的正确、有效和相容。例如，某单位人事乍中，要求在职的“男\"职工的年龄必须大于1

8岁小于6

O岁，工程师的基本工资不能101

5

0

0元，每个职工可担任一个工种，这些要求可以通过建立数据的约束条件来实现。

数据模型

数据（data）是描述事物的符号记录。模型（Model)是现实世界的抽象。数据模型（Data Model）是数据特征的抽象，是数据库管理的教学形式框架。

数据模型所描述的内容包括三个部分：数据结构、数据 *** 作、数据约束。

1）数据结构:数据模型中的数据结构主要描述数据的类型、内容、性质以及数据间的联系等。数据结构是数据模型的基础，数据 *** 作和约束都建立在数据结构上。不同的数据结构具有不同的 *** 作和约束。

2）数据 *** 作:数据模型中数据 *** 作主要描述在相应的数据结构上的 *** 作类型和 *** 作方式。

3）数据约束：数据模型中的数据约束主要描述数据结构内数据间的语法、词义联系、他们之间的制约和依存关系，以及数据动态变化的规则，以保证数据的正确、有效和相容。

数据模型按不同的应用层次分成三种类型：分别是概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型。

1、概念数据模型（Conceptual Data Model）：简称概念模型，是面向数据库用户的实现世界的模型，主要用来描述世界的概念化结构，它使数据库的设计人员在设计的初始阶段，摆脱计算机系统及DBMS的具体技术问题，集中精力分析数据以及数据之间的联系等，与具体的数据管理系统（Database Management System，简称DBMS）无关。概念数据模型必须换成逻辑数据模型，才能在DBMS中实现。

2、逻辑数据模型（Logical Data Model）:简称数据模型，这是用户从数据库所看到的模型，是具体的DBMS所支持的数据模型，如网状数据模型(Network Data Model)、层次数据模型(Hierarchical Data Model)等等。此模型既要面向用户，又要面向系统，主要用于数据库管理系统（DBMS）的实现。

3、物理数据模型（Physical Data Model）:简称物理模型，是面向计算机物理表示的模型，描述了数据在储存介质上的组织结构，它不但与具体的DBMS有关，而且还与 *** 作系统和硬件有关。每一种逻辑数据模型在实现时都有起对应的物理数据模型。DBMS为了保证其独立性与可移植性，大部分物理数据模型的实现工作又系统自动完成，而设计者只设计索引、聚集等特殊结构。

在概念数据模型中最常用的是E-R模型、扩充的E-R模型、面向对象模型及谓词模型。在逻辑数据类型中最常用的是层次模型、网状模型、关系模型。 三级模式结构：外模式、概念模式和内模式

一、概念模式（Schema）

定义：也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。

理解：

① 一个数据库只有一个概念模式；

② 是数据库数据在逻辑级上的视图；

③ 数据库模式以某一种数据模型为基础；

④ 定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构（如数据记录由哪些数据项构成，数据项的名字、类型、取值范围等），而且要定义与数据有关的安全性、完整性要求，定义这些数据之间的联系。

二、外模式（External Schema）

定义：也称子模式（Subschema）或用户模式，是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。

理解：

① 一个数据库可以有多个外模式；

② 外模式就是用户视图；

③ 外模式是保证数据安全性的一个有力措施。

三、内模式（Internal Schema）

定义：也称存储模式（Storage Schema），它是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式（例如，记录的存储方式是顺序存储、按照B树结构存储还是按hash方法存储；索引按照什么方式组织；数据是否压缩存储，是否加密；数据的存储记录结构有何规定）。

理解：

① 一个数据库只有一个内模式；

② 一个表可能由多个文件组成，如：数据文件、索引文件。

它是数据库管理系统(DBMS)对数据库中数据进行有效组织和管理的方法

其目的有：

① 为了减少数据冗余，实现数据共享；

② 为了提高存取效率，改善性能。

一 数据模型的分类：

最常用的数据模型是概念数据模型和结构数据模型。

1概念数据模型：面向用户的，按照用户的观点进行建模。

2结构数据模型：面向计算机系统的，用于DBMS的实现。

二E-R图：

1E-R实体联系图是直观表示概念模型的工具，其中包含了实体、联系、属性三个成分，联系的方 法为一对一（1:1）、一对多（1:N）、多对多（M:N）三种方式。

2E-R模型图，既表示实体，也表示实体之间的联系，是现实世界的抽象，与计算机系统没有关系， 是可以被用户理解的数据描述方式。

三层次模型：

1层次模型采取树形结构表示数据与数据之间的关系。

2层次模型不能直接表示多对多的联系。

四网状模型：

1用网络结构表示数据与数据之间的联系的模型。

2网状模型子节点和父节点联系不唯一，需要为联系命名。

五关系模型：

1关系模型是目前最常见的数据模型之一，主要采用表格结构表达实体集以及实体之间的联                系。

2关系是一张表，关系数据模型由若干个表组成。

数据（data）是描述事物的符号记录。模型（Model)是现实世界的抽象。数据模型（Data

Model）是数据特征的抽象，是数据库管理的教学形式框架。数据库系统中用以提供信息表示和 *** 作手段的形式构架。数据模型包括数据库数据的结构部分、数据库数据的 *** 作部分和数据库数据的约束条件

1、首先理解关系模型的基本概念和相关术语的含义，在此仅列举此题需要的一些名词：

（1）关系(Relation)：一个关系对应着一个二维表，二维表就是关系名。

（2）元组(Tuple)：在二维表中的一行，称为一个元组。

（3）属性(Attribute)：在二维表中的列，称为属性。列的值称为属性值；

（4）（值）域(Domain)：属性值的取值范围为值域。

（5）关系模式：在二维表中的行定义，即对关系的描述称为关系模式。一般表示为（属性1，属性2，,属性n），如老师的关系模型可以表示为教师（教师号，姓名，性别，年龄，职称，所在系）。

2、对关系模型进行任意行位置和列位置交换 *** 作，不会产生新的关系表，但会改变数据的显示效果，也就是通常我们所说的查询。以MSSQL为例：

改变列位置顺序，用到SELECT关键字，如下图（改变教师号和姓名显示顺序）

列显示顺序

改变行位置顺序，用到ORDER BY（排序）关键字，如下图（按照教师号倒序显示）

行显示顺序

当然，改变行列显示顺序还有很多其他办法，但都不会产生新的关系表，因此会生成0个关系表。

关系实际上就是关系模式在某一时刻的状态或内容。

也就是说，关系模式是型，关系是它的值，关系模式是静态的、稳定的，而关系是动态的、随时间不断变化的，因为关系 *** 作在不断地更新着数据库中的数据，但在实际当中，常常把关系模式和关系统称为关系。

模型是数据库中稳定用得最多的数据形式，模式是常用的数据形式，模型少，模式多。

联系：模型、模式都是对具体值数量关系的抽象分析和理论概括。

区别：模式、模型是数据链表和函数，具体值是数值。

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