第1章 數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)模型
1.1 信息、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理
1.1.1 信息與數(shù)據(jù)
信息是現(xiàn)實(shí)世界各種事物的特征、形態(tài)以及不同事物間的聯(lián)系等在人腦里的抽象反映。
數(shù)據(jù)是表達(dá)信息的載體。為了表達(dá)信息（抽象概念），必須使用某些符號，這些符號叫數(shù)據(jù)。廣義地講，數(shù)據(jù)是一切文字、符號、聲音、圖像等有意義元素的組合。
1.1.2 數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理是對數(shù)據(jù)的收集、記載、整理、組織、存儲、檢索、計算∕加工、維護(hù)、傳送等一系列活動的總和。
基本目的都是從已知數(shù)據(jù)出發(fā)，參照各種相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算∕加工，得到新的數(shù)據(jù)。新的精煉數(shù)據(jù)（表示新的信息）能夠反映事物的本質(zhì)和特征以及事物間的內(nèi)在聯(lián)系。這些有價值、有意義的數(shù)據(jù)成為人們決策的依據(jù)。
數(shù)據(jù)處理的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系錯綜復(fù)雜，但是計算相對比較簡單，較少涉及復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和計算方法。
數(shù)據(jù)處理過程中的主要矛盾是如何更好地組織管理數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)處理的主要問題：
數(shù)據(jù)管理問題。數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)處理過程中一個基本一個環(huán)節(jié)，是所有數(shù)據(jù)處理任務(wù)必需的共性發(fā)，具體是指如何在計算機(jī)內(nèi)把數(shù)據(jù)組織管理好。數(shù)據(jù)管理的優(yōu)劣，直接影響數(shù)據(jù)處理的效率。
數(shù)據(jù)處理方式問題。
集中處理方式：把要處理的數(shù)據(jù)作為一個完整的集合，所有的工作都由一臺計算機(jī)完成；
分散處理方式：把數(shù)據(jù)集合分成多個部分，分別由多個計算機(jī)處理完成，對數(shù)據(jù)的管理和操縱都分開并且相互產(chǎn)，彼此之間沒有數(shù)據(jù)通信聯(lián)系；
分布處理方式：把在多臺計算機(jī)上的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，數(shù)據(jù)在物理上分開存儲，但是在邏輯上是一個整體。
1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展
數(shù)據(jù)管理是指如何在計算機(jī)內(nèi)把數(shù)據(jù)管好，包括對數(shù)據(jù)的組織、編目、定位、存儲、檢索和維護(hù)等。
1.2.1 人工管理階段
主要特征：
數(shù)據(jù)不保存在計算機(jī)中
沒有專用的軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理
以應(yīng)用為中心，數(shù)據(jù)面向應(yīng)用
1.2.2 文件系統(tǒng)階段
文件系統(tǒng)：是用文件方式管理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，它把數(shù)據(jù)組織成文件，按名存取數(shù)據(jù)，既方便，又實(shí)用。文件系統(tǒng)既可順序訪問，也可隨機(jī)訪問。
數(shù)據(jù)項：是文件中最小的、不再細(xì)分的數(shù)據(jù)單位，描述事物的某個特征。
記錄：若干相關(guān)的數(shù)據(jù)項的集合，一個記錄可以表達(dá)一個具體的事物。
文件：若干記錄的集合，是操作系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的一個基本單位。
數(shù)據(jù)組織成文件形式存儲在磁盤上。
磁帶是順序存儲設(shè)備，存取數(shù)據(jù)時只能一個一個順序地存取。
磁盤既可以順序訪問，也可以隨機(jī)訪問。
特征：
數(shù)據(jù)可以長期存在在外存的磁盤上；
有專門的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)管理；
數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)：是指按某種觀點(diǎn)把關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)起來；
數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)：是指用體現(xiàn)數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的物理存儲形式把數(shù)據(jù)存儲到存儲設(shè)備上。
出現(xiàn)多種不同的文件組織
數(shù)據(jù)不再屬于某個特定的程序，在一定程度上可以共享
隨著數(shù)據(jù)管理規(guī)模的擴(kuò)大，顯露文件系統(tǒng)存在的缺陷：
仍以應(yīng)用為中心，數(shù)據(jù)面向應(yīng)用；
程序與文件任何一方發(fā)生變動都可能引起另一方做相應(yīng)的修改。
數(shù)據(jù)冗余；
數(shù)據(jù)冗余是指同一數(shù)據(jù)在多個不同的地方重復(fù)存儲。
數(shù)據(jù)不一致性。
數(shù)據(jù)不一致性：指同一數(shù)據(jù)在不同的存儲地點(diǎn)出現(xiàn)差異。
數(shù)據(jù)聯(lián)系弱。
因?yàn)槲募c文件相互獨(dú)立，文件間缺乏聯(lián)系，所以文件系統(tǒng)不能反映現(xiàn)實(shí)世界事物間的聯(lián)系。
1.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段
特征：
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化——用數(shù)據(jù)模型表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)模型：不僅描述數(shù)據(jù)本身，還描述數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。
數(shù)據(jù)共享
不同用戶所使用的數(shù)據(jù)可以重疊，同一數(shù)據(jù)可供多個用戶使用，這就是共享。
減少數(shù)據(jù)冗余
有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性
數(shù)據(jù)庫技術(shù)期望的目標(biāo)就是數(shù)據(jù)獨(dú)立性，即數(shù)據(jù)與程序無關(guān)。
數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)
用戶的邏輯結(jié)構(gòu)
整體邏輯結(jié)構(gòu)
物理結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)獨(dú)立性
邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性
物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性
為用戶提供方便的用戶接口
對數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一管理
1.2.4 四個重要的術(shù)語
數(shù)據(jù)庫（Database，DB）：DB是實(shí)行統(tǒng)一管理的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database Management System，DBMS）：DBMS是數(shù)據(jù)管理的核心軟件。
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database System，DBS）：DBS是指實(shí)現(xiàn)有組織、動態(tài)地存儲大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，方便多用戶訪問的計算機(jī)軟件、硬件、數(shù)據(jù)資源和數(shù)據(jù)庫管理員（Database Administrator，DBA）組成的計算機(jī)系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)庫技術(shù)：是一門研究數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、存儲、管理的軟件學(xué)科。
預(yù)備知識：離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、軟件工程
是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科
1.3 數(shù)據(jù)模型
數(shù)據(jù)模型是對客觀事物及其聯(lián)系的數(shù)據(jù)描述。
數(shù)據(jù)模型不停要表示存儲了哪些數(shù)據(jù)
還要用某種結(jié)構(gòu)表示各種不同數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系
常用的數(shù)據(jù)模型
概念數(shù)據(jù)模型（1.3.2）
結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型（1.3.3）
1.3.1 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述
對數(shù)據(jù)的描述
數(shù)據(jù)描述：現(xiàn)實(shí)世界→信息世界→機(jī)器世界
現(xiàn)實(shí)世界：數(shù)據(jù)的源頭
信息世界：現(xiàn)實(shí)世界的事物在人腦中的抽象反映
型是概念的內(nèi)涵，值是概念的實(shí)例。
實(shí)體（entity）：客觀存在的可以相互區(qū)別的事物
屬性（attribute）：實(shí)體所具有的特征
實(shí)體集（entity set）：具有相同性質(zhì)的同類實(shí)體的集合
實(shí)體標(biāo)識符（identifier）：能夠唯一標(biāo)識每個實(shí)體的屬性或?qū)傩约?
機(jī)器世界：信息在機(jī)器世界中以數(shù)據(jù)形式存儲，因此又稱為數(shù)據(jù)世界
數(shù)據(jù)項（field）：對應(yīng)實(shí)體屬性的數(shù)據(jù)單位，描述事物的某個特性
記錄（record）：若干相關(guān)數(shù)據(jù)項的有序集合，描述實(shí)體
文件（file）：若干記錄的集合，描述實(shí)體集
關(guān)鍵字（key）：能夠唯一地標(biāo)識文件中每個記錄的數(shù)據(jù)項或數(shù)據(jù)項組合，又叫關(guān)鍵碼，簡稱鍵，與實(shí)體標(biāo)識符對應(yīng)
物理數(shù)據(jù)是實(shí)際存放在存儲設(shè)備上的數(shù)據(jù)。
邏輯數(shù)據(jù)是程序員或用戶用以操作的數(shù)據(jù)形式，是按某種邏輯觀點(diǎn)看待數(shù)據(jù)的視圖。
對數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述
實(shí)體的聯(lián)系
實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系，反映在數(shù)據(jù)上是一個記錄內(nèi)各數(shù)據(jù)項間的聯(lián)系
實(shí)體與實(shí)體間的聯(lián)系，反映在數(shù)據(jù)上是記錄與記錄間的聯(lián)系
兩個不同實(shí)體集的實(shí)體間的聯(lián)系
一對一聯(lián)系
如果實(shí)體集E1中的每個實(shí)體至多和實(shí)體集E2中的一個實(shí)體有聯(lián)系；反之，實(shí)體集E2中的每個實(shí)體至多和實(shí)體集E1中的一個實(shí)體有聯(lián)系，則稱E1和E2的聯(lián)系是一對一聯(lián)系
一對多聯(lián)系
如果實(shí)體集E1中的每個實(shí)體和實(shí)體集E2中的任意個（包括零個）實(shí)體有聯(lián)系；反之，實(shí)體集E2中的每個實(shí)體至多和實(shí)體集E1中的一個實(shí)體有聯(lián)系，則稱E1和E2的聯(lián)系是一對多聯(lián)系
多對多聯(lián)系
如果實(shí)體集E1中的每個實(shí)體和實(shí)體集E2中的任意個（包括零個）實(shí)體有聯(lián)系；反之，實(shí)體集E2中的每個實(shí)體和實(shí)體集E1中的任意個（包括零個）實(shí)體有聯(lián)系，則稱E1和E2的聯(lián)系是多對多聯(lián)系
注意：
實(shí)體間的聯(lián)系反映了實(shí)體間的語義關(guān)系
聯(lián)系本身也是實(shí)體，也可以命名，也可以有屬性。
1.3.2 實(shí)體聯(lián)系模型
信息模型是脫離計算機(jī)系統(tǒng)的模型。用來描述信息的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)語義表達(dá)功能。比較著名的是實(shí)體聯(lián)系模型（Entity Relationship Model），簡稱ER模型。
ER圖的四個基本成分
矩形框——表示實(shí)體型
菱形框——表示聯(lián)系型
橢圓形框——表示實(shí)體型或聯(lián)系型的屬性
直線——用來連接上述三種圖框
聯(lián)系的分類
兩個不同實(shí)體型之間的聯(lián)系
兩個不同實(shí)體型之間的多種聯(lián)系
多個不同實(shí)體型之間的聯(lián)系
多個不同實(shí)體型之間的多元聯(lián)系
同一實(shí)體型內(nèi)各實(shí)體間的聯(lián)系
1.3.3 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型
結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型是能夠在計算機(jī)中真正實(shí)現(xiàn)的模型，有著嚴(yán)格的形式化定義。
結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的組成
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——解決數(shù)據(jù)與聯(lián)系如何表達(dá)和實(shí)現(xiàn)
數(shù)據(jù)操作——實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫有檢索和更新操作
數(shù)據(jù)完整性約束——給出數(shù)據(jù)及聯(lián)系應(yīng)具有的制約和依賴規(guī)則，保證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的正確性。
結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的分類
層次模型
層次模型是用樹結(jié)構(gòu)表示記錄型及記錄型間的聯(lián)系
層次模型中，不管記錄型還是記錄值，其組織形式都是一棵樹，都是一對多聯(lián)系的。
特點(diǎn)
聯(lián)系通過指針實(shí)現(xiàn)
檢索效率較高
查找記錄時要指定存取路徑
網(wǎng)狀模型
網(wǎng)狀模型用有向圖結(jié)構(gòu)表示記錄型及記錄型間的聯(lián)系。
網(wǎng)狀模型的組織形式是結(jié)點(diǎn)的連通圖。在圖中可以有一個以上的結(jié)點(diǎn)無父結(jié)點(diǎn)，每個結(jié)點(diǎn)也可以有多于一個的父結(jié)點(diǎn)。
特點(diǎn)
聯(lián)系通過指針實(shí)現(xiàn)
檢索效率較高
程序編寫復(fù)雜
關(guān)系模型
關(guān)系模型是由若干張二維表組成的集合。
關(guān)系模式相當(dāng)于一張二維表的框架，在這個框架下填入數(shù)據(jù)，稱為關(guān)系模式的一個實(shí)例，也叫關(guān)系。
關(guān)系模型是數(shù)學(xué)化的模型，對關(guān)系的任何操作都可以通過二維表的方式去理解。
面向?qū)ο竽Ｐ?/h6> 對象（Object）是封裝了狀態(tài)（數(shù)據(jù)）和行為（函數(shù)、程序）的實(shí)體
對象的狀態(tài)是對該對象屬性值的集合。
對象的行為是在對象狀態(tài)上操作的方法集。
類（Class）是屬性集和方法集相同的所有對象的集合
類的繼承使得數(shù)據(jù)和程序的可以重用。
多態(tài)性
多態(tài)性使每個類可以具有獨(dú)特的行為。
在面向?qū)ο竽Ｐ椭?，所有的類?gòu)成一個有根有向無環(huán)圖，稱為類層次。
小結(jié)
基本概念：信息、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)管理技術(shù)的三個階段
數(shù)據(jù)的三種聯(lián)系方式
數(shù)據(jù)描述的兩種模型
信息模型
結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)完整性約束
關(guān)系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型
備注：
《數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用（第2版）》的豆瓣鏈接https://book.douban.com/subject/2995584/