2.2 概念层数据模型

从图2-1可以看出，概念层数据模型实际上是现实世界到机器世界的一个中间层次。本节介绍概念层数据模型的基本概念及构建方法。

2.2.1 基本概念

概念层数据模型：抽象现实系统中有应用价值的元素及其关联关系，反映现实系统中有应用价值的信息结构，并且不依赖于数据的组织层数据模型。

概念层数据模型用于对信息世界进行建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是数据库设计人员进行数据库设计的工具，也是数据库设计人员和用户之间进行交流的工具，因此，该模型一方面应该具有较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识；另一方面它还应该简单、清晰且易于被用户理解。

概念层数据模型是面向用户、面向现实世界的数据模型，它与具体的DBMS无关。采用概念层数据模型，设计人员可以在设计的开始把主要精力放在了解现实世界上，而把涉及DBMS的一些技术性问题推迟到后面去考虑。

常用的概念层数据模型有实体-联系（Entity-Relationship，E-R）模型、语义对象模型。我们这里只介绍实体-联系模型。

2.2.2 实体-联系模型

由于直接将现实世界按具体数据模型进行组织，必须同时考虑很多因素，设计工作非常复杂，并且效果也不太理想，因此需要一种方法来对现实世界的信息结构进行描述。事实上这方面已经有了一些方法，我们要介绍的是P.P.S. Chen于1976年提出的实体-联系（Entity-Relationship）方法，即通常所说的E-R方法。这种方法由于简单、实用，因此得到了广泛的应用，也是目前描述信息结构最常用的方法。

E-R方法使用的工具称为E-R图，它所描述的现实世界的信息结构称为企业模式（Enterprise Schema），也把这种描述结果称为E-R模型。

实体-联系方法试图定义许多数据分类对象，然后数据库设计人员就可以将数据项归类到已知的类别中。第8章将介绍如何将E-R模型转换为组织层数据模型。

1.实体

实体是具有公共性质的并可相互区分的现实世界对象的集合。实体是具体的，例如：职工、学生、教师、课程都是实体。

在E-R图中用矩形框表示具体的实体，把实体名写在框内。如图2-2a中的“经理”和“部门”实体。

实体中的每个具体的记录值（一行数据），比如学生实体中的每个具体的学生，我们称之为实体的一个实例。

注意：

有些书也将实体称为实体集或实体类型，而将每行具体的记录称为实体。

2.属性

每个实体都具有一定的特征或性质，这样我们才能根据实体的特征来区分一个个实例。属性就是描述实体或者联系的性质或特征的数据项，属于一个实体的所有实例都具有相同的性质，在E-R模型中，这些性质或特征就是属性。

比如学生的学号、姓名、性别等都是学生实体具有的特征，这些特征就构成了学生实例的属性。实体所具有的属性的多少是由用户对信息的需求决定的。例如，假设用户还需要学生的民族信息，则可以在学生实例中加一个“民族”属性。

属性在E-R图中用圆角矩形表示，在矩形框内写上属性的名字，并用连线将属性框与它所描述的实体联系起来，如图2-2c所示。

3.联系

在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，这些联系在信息世界反映为实体内部的联系和实体之间的联系。实体内部的联系通常是指一个实体内部各属性之间的联系，实体之间的联系通常是指不同实体之间的联系。比如在职工实体中，假设有职工号、姓名、所在部门和部门经理号等属性，其中部门经理号描述的是管理这个职工的部门经理的职工号。一般来说，部门经理也属于单位的职工，因此，部门经理号和职工号通常采用的是一套编码方式，因此部门经理号与职工号之间有一种关联的关系，即部门经理号的取值在职工号取值范围内。这就是实体内部的联系。而学生和课程之间的关联关系是通过学生选课体现的，在学生选课中至少包含学生的学号以及学生所选的课程号，而且学生选课中的学号必须是学生实体中已经存在的学号，因为我们不允许为不存在的学生记录选课情况。同样，学生选课中的课程号也必须是课程实体中存在的课程号。这种关联到两个不同实体的联系就是实体之间的联系。通常情况下我们遇到的联系大多都是实体之间的联系。

联系是数据之间的关联集合，是客观存在的应用语义链。在E-R图中联系用菱形框表示，框内写上联系名，并用连线将联系框与它所关联的实体连接起来，比如图2-2c中的“选课”联系。联系也可以有自己的属性，比如图2-2c中“选课”联系有“成绩”属性。

两个实体之间的联系可以分为三类：

（1）一对一联系（1:1）

如果实体A中的每个实例在实体B中至多有一个（也可以没有）实例与之关联，反之亦然，则称实体A与实体B具有一对一联系，记作：1:1。

例如，部门和经理（假设一个部门只有一个经理，一个人只能担任一个部门的经理）、系和正系主任（假设一个系只有一个主任，一个人只能担任一个系的主任）都是一对一联系。

一对一联系的E-R图示例如图2-2a所示。两个实体之间实例的一对一对应关系如图2-3所示，注意这个图中“销售部”在“经理”实体中没有对应的实例，表明该部门还没有经理。

（2）一对多联系（1: n ）

如果实体A中的每个实例在实体B中有 n 个实例（ n ≥0）与之联系，而实体B中每个实例在实体A中最多只有一个实例与之联系，则称实体A与实体B是一对多联系，记作：1: n 。

例如，假设一个部门有若干职工，而一个职工只在一个部门工作，则部门和职工之间就是一对多联系。又比如，假设一个系有多名教师，而一个教师只在一个系工作，则系和教师之间也是一对多联系。一对多联系如图2-2b所示。两个实体之间实例的一对多对应关系如图2-4所示，注意这个图中的“人事部”在“职工”实体中没有对应的实例，表明该部门还没有职工，“职工”实体中的“李海”实例在“部门”实体中也没有对应的实例，表明该职工还没有被分配到具体部门。

（3）多对多联系（ m : n ）

如果对于实体A中的每个实例，实体B中有 n 个实例（ n ≥0）与之联系，而对实体B中的每个实例，在实体A中也有 m 个实例（ m ≥0）与之联系，则称实体A与实体B的联系是多对多的，记为 m : n 。

比如学生和课程，一个学生可以选多门课程，一门课程也可以被多个学生选，因此学生和课程之间是多对多的联系，如图2-2c所示。两个实体之间实例的多对多对应关系如图2-5所示。

实际上，一对一联系是一对多联系的特例，而一对多联系又是多对多联系的特例。实体之间联系的种类与语义直接相关。

例如，部门和经理。如果一个部门只有一个经理，一个人只担任一个部门的经理，则部门和经理之间是一对一联系；如果一个部门可以有多个经理，而一个人只担任一个部门的经理，则部门和经理之间就是一对多联系；如果一个部门可以有多个经理，而且一个人也可以担任多个部门的经理，则部门和经理之间就是多对多联系。

E-R图不仅能描述两个实体之间的联系，而且还能描述两个以上实体之间的联系。比如有顾客、商品、售货员三个实体，并且有语义：每个顾客可以从多个售货员那里购买商品，并且可以购买多种商品；每个售货员可以向多名顾客销售商品，并且可以销售多种商品；每种商品可以由多个售货员销售，并且可以销售给多名顾客。描述顾客、商品和售货员之间的关联关系的E-R图如图2-6所示，这里联系被命名为“销售”。

注意如果将顾客、商品和售货员之间的关联关系描述成如图2-7所示的形式，则其描述的是售货员、顾客和商品两两之间的联系，因此不符合语义上所要求的三者之间共同有联系的要求。