数据模型是什么

数据模型是数据特征的抽象。数据是描述事物的符号记录，模型是对现实世界的抽象。数据模型从抽象层面描述了系统的静态特征、动态行为和约束，为数据库系统的信息表示和操作提供了一个抽象框架。

数据模型是数据特征的抽象。数据是描述事物的符号记录，模型是对现实世界的抽象。数据模型从抽象层面描述了系统的静态特征、动态行为和约束，为数据库系统的信息表示和操作提供了一个抽象框架。数据模型描述了三个部分:数据结构、数据操作和数据约束。

组件和连接

数据模型描述的内容包括数据结构、数据操作和数据约束三个部分。

1)数据结构:主要描述数据的类型、内容、属性以及数据之间的关系，是目标类型的集合。目标类型是数据库的一个组成部分，一般可以分为两类:数据类型和数据类型之间的关系。数据类型，如DBTG(数据库任务组)网格模型中的记录类型和数据项，关系模型中的关系和域等。相关部分是DBTG网格模型中的谱系。数据结构是数据模型的基础，数据操作和约束基本上都是基于数据结构的。不同的数据结构有不同的操作和约束。

2)数据操作:数据模型中的数据操作主要描述在相应的数据结构上的操作类型和操作模式。它是操作运算符的集合，包括几个操作和推理规则，用于操作由目标类型的有效实例组成的数据库。

3)数据约束:数据模型中的数据约束主要描述数据结构中数据之间的语法、语义关系、约束和依赖关系，以及数据动态变化的规律，以保证数据的正确性、有效性和兼容性。它是完整性规则的集合，用来定义数据库符合数据模型的状态以及状态的变化。根据不同的原则，约束可以分为数据值约束和数据连接约束。静态约束和动态约束；实体约束和实体间的引用约束等。

发展

自数据库技术发展以来，主要有三种数据模型:层次数据模型、网格数据模型和关系数据模型。最早发展起来的层次模型，以树形结构为基本结构，以IMS模型为典型代表。因为大多数实际问题中数据之间的关系并不是简单的树形结构，分层的数据模型逐渐被淘汰。网格数据模型通过网格结构来表示数据之间的关系，这种模型发展较早，有一定的优势，但使用的仍然较多，典型的代表是DBTG模型。关系模型开发较晚。它是通过满足一定条件的二维表来表达实体集和数据之间关系的模型。它具有坚实的数学和理论基础，使用灵活方便，应用广泛，因此发展非常迅速。一些流行的数据库系统，如ORACLE、SYBASE、INVERSION、INFORMIX和DBASE ⅲ，被称为“流行数据库”，都是关系数据库。

自20世纪60年代末以来，许多具有分层模型和网格模型的数据库管理系统已经建立在各种计算机系统上。这些系统已成功应用于数据处理。然而，这种系统有以下缺点。首先，使用了许多与数据操作任务无关的概念，例如DBTG系统中的系统。用户必须根据访问路径访问数据库中的数据。其次，不支持集合处理，即不提供一次处理多条记录的功能。第三，我们不完全理解终端用户与数据库直接对话的需求，并且缺乏增加系统设施以适应意外查询的能力。这些缺点降低了程序和数据的独立性，影响了应用程序员的工作效率，限制了最终用户对数据库的使用。

关系模型严格符合现代数据模型的定义。数据结构简单明了。访问路径对用户完全隐藏，使得程序和数据高度独立。关系模型的数据语言具有高度的非程序化、良好的用户性能、集合处理能力以及定义、操作和控制一体化的优势。在关系模型中，结构、操作和完整性规则密切相关。关系数据库系统为提高程序员的生产率和最终用户对数据库的直接使用提供了现实的基础。

关系模型研究的主题之一是扩展关系模型和形式化数据模型。1981年，有人提出数据模型可以看作是一种抽象的编程语言。数据库是一个变量，数据库模式是变量的类型。数据库状态是特定类型的变量所取的值。数据定义语言给出了描述数据库变量的语法，数据操作语言是数据模型中操作类型的具体实现，数据库管理系统是某种数据定义语言和数据操作语言的具体实现。这样就可以利用编程语言的形式化概念和方法来研究数据模型。

随着数据库科学的发展，数据模型的概念逐渐深化和完善。在早期，数据模型通常只被理解为数据结构。后来，在一些数据库系统中，数据模型被分为四个方面:逻辑结构、物理配置、访问路径和完整性约束。现代数据模型的概念认为数据结构只是数据模型的一个组成部分。数据的物理配置和访问路径是数据存储的概念，不属于数据模型的内容。另外，数据模型不仅要提供数据表示的手段，还要提供数据操作的类型和方法，因为数据库不是静态的，而是动态的。因此，数据模型还包括数据操作部分。

层次类型

数据模型根据应用层次的不同分为三种:概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型。

概念模型

概念数据模型是一种面向用户和客观世界的模型，主要用于描述世界的概念结构。它是数据库设计的初始阶段，在这个阶段，数据库设计人员摆脱了计算机系统和DBMS的具体技术问题，专注于分析数据和数据之间的关系等。，与具体的数据管理系统(简称DBMS)无关。概念数据模型在DBMS中实现之前，必须用逻辑数据模型代替。

概念模型是用来对信息世界建模的。一方面要有很强的语义表达能力，能够方便直接的表达应用中的各种语义知识；另一方面，它应该简单明了，让用户容易理解。

最常用的概念数据模型有E-R模型、扩展E-R模型、面向对象模型和谓词模型。E-R模式比较出名。

重要模型

数据开发过程中有三种基本的数据模型，即层次模型、网格模型和关系模型。这三个模型是根据它们的数据结构命名的。前两个是格式化结构。在这种结构中，实体用记录类型表示，记录类型抽象为图的顶点。记录之间的连接被抽象为顶点之间的连接弧。整个数据结构对应于图形。层次模型的基本结构是树形结构。网格模型的基本结构是没有任何限制的无向图。关系模型是一种无格式的结构，它使用单个二维表的结构来表示实体之间的关系。其中应用最广泛的是关系模型，逻辑数据类型中最常用的是层次模型、网格模型和关系模型。

层次模型

它将数据组织成一对多的关系结构，层次结构使用关键字访问每一层的每一部分。优点是访问方便，速度快；结构清晰易懂；数据修改和数据库扩展容易实现；检索关键属性非常方便。缺点是结构不灵活，缺乏灵活性。同一属性的数据要多次存储，数据冗余大(如公共边)；不适用于拓扑之间的数据组织空。

网络模型

它使用连接指令或指针来确定数据之间的显式连接关系，这是一种多对多类型的数据组织。优点是可以清晰方便地表达数据之间的复杂关系。并且数据冗余小。缺点在于网格结构复杂，增加了用户查询和定位的难度；需要存储数据之间连接的指针，增加了数据量；数据修改不方便(指针必须修改)。

关系模型

它以记录组或数据表的形式组织数据，以便利用各种地理实体和属性之间的关系进行存储和转换。建立空数据与属性数据的关系是一种非常有效的数据组织方式。优点是结构特别灵活，概念单一，满足所有布尔逻辑运算和数学运算规则形成的查询要求；能够搜索、组合和比较不同类型的数据；添加和删除数据非常方便；它具有更高的数据独立性和更好的安全性。缺点是数据库大的时候，要花时间才能找到符合特定关系的数据；空之间的关系无法满足。

(1)关系的数据结构:关系模型用二维表格表示。二维表由表框架和表元组组成。表框架由几个命名的表属性组成。每个属性都有一个称为值域的值域。二维表中的每一行数据都被称为元组。

(2)关系操作:关系模型的数据操作是基于关系的，一般包括数据查询(基本单位是元组组件)、数据删除(基本单位是元组)、数据插入(基本单位是元组)和数据修改(基本单位是元组组件)四个操作。

(3)关系中的数据约束:关系模型中提供了实体完整性约束、参照完整性约束和用户完整性约束。