数据模型中层次模型、网状模型、关系模型,它们各自的特点

1、层次模型

满足以下二个条件的基本层次联系的集合：（1）有且只有一个结点没有双亲结点（这个结点叫根结点）；（2）除根结点外的其他结点有且只有一个双亲结点层次模型与网状模型类似,分别用记录和链接来表示数据和数据间的联系与网状模型不同的是：层次模型中的记录只能组织成树的集合而不能是任意图的集合层次模型可以看成是网状模型的特例,它们都是格式化模型它们从体系结构、数据库语言到数据存储管理均有共同的特征在层次模型中,记录的组织不再是一张杂乱无章的图,而是一棵"倒长"的树2、网状模型

满足以下二个条件的基本层次联系的集合：（1）允许一个以上的结点没有双亲结点；（2）一个结点可以有多个双亲结点网状模型中的数据用记录（与Pascal语言中的记录含义相同）的集合来表示,数据间的联系用链接（可看作指针）来表示数据库中的记录可被组织成任意图的集合3、关系模型

关系模型用表的集合来表示数据和数据间的联系每个表有多个列,每列有唯一的列名在关系模型中,无论是从客观事物中抽象出的实体,还是实体之间的联系,都用单一的结构类型——关系来表示在对关系进行各种处理之后,得到的还是关系——一张新的二维表

1、层次模型特点

（1）有且只有一个结点没有双亲结点（这个结点叫根结点）；

（2）除根结点外的其他结点有且只有一个双亲结点

优点：

1）层次模型的数据结构比较简单清晰；

2）层次数据库的查询效率高；

3）层次数据库模型提供了良好的完整性支持。

缺点：

1）现实世界中很多联系是非层次性的，如结点之间具有多对多联系。

2）一个结点具有多个双亲等，层次模型表示这联系的方法很笨拙，对插入和删除 *** 作的限制比较多。

3）查询子女结点必须通过双亲结点。

4)由于结构严密，层次命令趋于程序化

2、网状模型特点

（1）允许一个以上的结点没有双亲结点；

（2）一个结点可以有多个双亲结点

优点：

(1)

能够更为直接地描述现实世界。如一个结点可以有多个双亲，结点之间可以有多种联系。

(2)

具有良好的性能，存取效率较高。

缺点：

（1）结构负责，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握。

(2)

其数据定义语言(DDL)、数据 *** 作语言(DML)复杂，用户不容易使用。

层次模型是指用树行结构表示实体及其之间的联系，树中每一个节点代表一个记录类型，树状结构表示实体型之间的联系。用树形结构表示实体之间联系的模型叫层次模型。层次模型是最早用于商品数据库管理系统的数据模型。层次型数据库管理系统是紧随网状数据库模型而出现的。现实世界中很多事物是按层次组织起来的。层次数据模型的提出，首先是为了模拟这种按层次组织起来的事物。层次数据库也是按记录来存取数据的。层次数据模型中最基本的数据关系是基本层次关系，它代表两个记录型之间一对多的关系，也叫做双亲子女关系（PCR）。数据库中有且仅有一个记录型无双亲，称为根节点。其他记录型有且仅有一个双亲。在层次模型中从一个节点到其双亲的映射是惟一的，所以对每一个记录型（除根节点外）只需要指出它的双亲，就可以表示出层次模型的整体结构。层次模型是树状的。 最著名最典型的层次数据库系统是于1969由IBM公司的IMS（Information Management System），这是IBM公司研制的最早的大型数据库系统程序产品。从60年代末产生起，如今已经发展到IMSV6，提供群集、N路数据共享、消息队列共享等先进特性的支持。

1．层次模型

层次模型是数据库系统中最早使用的模型，它的数据结构类似一颗倒置的树，每个节点表示一个记录类型，记录之间的联系是一对多的联系，基本特征是：

一定有一个，并且只有一个位于树根的节点，称为根节点；

一个节点下面可以没有节点，即向下没有分支，那么该节点称为叶节点；

一个节点可以有一个或多个节点，前者称为父节点，后者称为子节点；

同一父节点的子节点称为兄弟节点。

除根节点外，其他任何节点有且只有一个父节点；

图117是一个层次模型的例子。

层次模型中，每个记录类型可以包含多个字段，不同记录类型之间、同一记录类型的不同字段之间不能同名。如果要存取某一类型的记录，就要从根节点开始，按照树的层次逐层向下查找，查找路径就是存取路径。如图118所示。

层次模型结构简单，容易实现，对于某些特定的应用系统效率很高，但如果需要动态访问数据（如增加或修改记录类型）时，效率并不高。另外，对于一些非层次性结构（如多对多联系），层次模型表达起来比较繁琐和不直观。

2．网状模型

网状模型可以看作是层次模型的一种扩展。它采用网状结构表示实体及其之间的联系。网状结构的每一个节点代表一个记录类型，记录类型可包含若干字段，联系用链接指针表示，去掉了层次模型的限制。网状模型的特征是：

1 允许一个以上的节点没有父节点；

2 一个节点可以有多于一个的父节点；

例如，图119（a）和图119（b）都是网状模型的例子。图119（a）中节点3有两个父节点，即节点1和节点2；图119（b）中节点4有三个父节点，即节点1，节点2和节点3。

由于网状模型比较复杂，一般实际的网状数据库管理系统对网状都有一些具体的限制。在使用网状数据库时有时候需要一些转换。例如，如图1110所示。

网状模型与层次模型相比，提供了更大的灵活性，能更直接地描述现实世界，性能和效率也比较好。网状模型的缺点是结构复杂，用户不易掌握，记录类型联系变动后涉及链接指针的调整，扩充和维护都比较复杂。

3．关系模型

关系模型是目前应用最多、也最为重要的一种数据模型。关系模型建立在严格的数学概念基础上，采用二维表格结构来表示实体和实体之间的联系。二维表由行和列组成。下面以教师信息表和课程表为例，说明关系模型中的一些常用术语：

表111 教师信息表（表名为：tea_info）

TNO(教师编号)

NAME(姓名)

GENDER(性别)

TITLE(职称)

DEPT(系别)

805

李奇

女

讲师

基础部

856

薛智永

男

教授

信息学院

表112 课程表（表名为：cur_info）

CNO(课程编号)

DESCP(课程名称)

PERIOD(学时)

TNO(主讲老师编号)

005067

微机基础

40

805

005132

数据结构

64

856

1 关系（或表）：一个关系就是一个表，如上面的教师信息表和课程表。

2 元组：表中的一行为一个元组（不包括表头）。

3 属性：表中的一列为一个属性。

4 主码（或关键字）：可以唯一确定一个元组和其他元组不同的属性组。

5 域：属性的取值范围。

6 分量：元组中的一个属性值。

7 关系模式：对关系的描述，一般表示为：关系名（属性1，属性2， ，属性n）。

关系模型中没有层次模型中的链接指针，记录之间的联系是通过不同关系中的同名属性来实现的。 关系模型的基本特征是：

1 建立在关系数据理论之上，有可靠的数据基础；

2 可以描述一对一，一对多和多对多的联系。

3 表示的一致性。实体本身和实体间联系都使用关系描述。

4 关系的每个分量的不可分性，也就是不允许表中表。

关系模型概念清晰，结构简单，实体、实体联系和查询结果都采用关系表示，用户比较容易理解。另外，关系模型的存取路径对用户是透明的，程序员不用关心具体的存取过程，减轻了程序员的工作负担，具有较好的数据独立性和安全保密性。

关系模型也有一些缺点，在某些实际应用中，关系模型的查询效率有时不如层次和网状模型。为了提高查询的效率，有时需要对查询进行一些特别的优化

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。 概念模型（Conceptual Data Model），是面向数据库用户的现实世界的模型，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。

概念模型用于信息世界的建模，一方面应该具有较强的语义表达能力，能够方便直接表达应用中的各种语义知识，另一方面它还应该简单、清晰、易于用户理解。

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。 物理模型（Physical Data Model），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其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由系统自动完成，而设计者只设计索引、聚集等特殊结构。

三种主要的数据模型是层次模型网状模型和关系模型

层次模型数据用记录的集合表示，记录组织成树型结构，网状模型数据用记录的集合表示，记录组织成有向图结构，关系模型是用二维表格结构表示实体型以及实体间联系的数据模型，它是目前广泛应用的一种数据结构。

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