深入了解数据库组织模型，全面把握数据存储方式 (数据库的组织模型包括)

随着数字化时代的到来，数据的规模和种类呈爆炸式增长。在这些数据背后，数据库扮演着至关重要的角色。数据库是数据的存储管理中心，可以方便地存储、组织和管理数据。从存储方式、组织模型到数据管理系统都是数据库的核心环节，本文将深入探讨数据库组织模型与数据存储方式。

一、组织模型

组织模型是数据库的核心，定义了数据如何被存储、管理、访问和维护。组织模型广义上分为层次模型、网络模型和关系模型。

1、层次模型

层次模型是最早采用的数据库组织模型，结构为树形结构，数据按树形结构组织，每个节点可以有一个或多个子节点。虽然该模型易于理解和实现，但查询灵活度不高，数据冗余度较高。

2、网络模型

网络模型是对层次模型的改进，采用的是网状结构，为每个节点设置多个指针，可以有多个父节点和子节点。网络模型解决了层次模型的数据冗余问题，但查询复杂度高，难以维护。

3、关系模型

关系模型是目前最常使用的数据库组织模型，采用表格的形式来表达数据，由行和列组成。关系型数据库的优点是良好的兼容性和数据一致性，然而查询速度较慢。

二、数据存储方式

数据存储方式是指如何将数据存储在计算机或磁盘中，如何访问数据。大多数数据库都是基于文件系统或磁盘存储的。

1、文件系统

文件系统是最早被广泛使用的存储方式。其数据存储在以文件形式保存在磁盘上，具有易于访问和维护的优点。但数据存取速度慢，容易出现数据冲突。

2、关系型数据库

关系型数据库采用表格的方式来存储数据，它的访问速度相对文件系统更快，易于管理和维护。其中常见的关系型数据库有Oracle、MySQL和SQLServer等。

3、NoSQL数据库

NoSQL是Not Only SQL的缩写，是一类使用非关系型数据模型的数据库。与关系型数据库相比，NoSQL具有更高的扩展性、更好的数据处理性能和更好的数据完整性。其中常见的NoSQL数据库有MongoDB和Cassandra等。

三、

数据库组织模型和数据存储方式是数据库的核心，影响着数据库的性能与效率。不同的组织模型和存储方式具有不同的优缺点，应根据自身需求选择合适的数据库系统和技术。同时，在数据管理过程中，需要加强数据安全和隐私保护，使其更加安全、可靠和稳定。

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数据库管理系统常见的数据模型有层次模型，网状模型和什么？

数据库管理系统常见的数据模型有层次模型、网状模型和【

关系模型

】3种

数据模型是对现实世界数据的模拟，是一个研究工具，利用这个研究工具我们可以更好地把现实中的事物抽象为计算机可处理的数据。

层次模型：

层次模型以“

树结构

”表示数据之间的联系

层次模型是数据库系统最早使用的一种模型，它的数据结构是一棵“有向树”。根结点在最上端，层次更高，子结点在下，逐层排列。

层次模型的特征是：

在一个层次模型中的限制条件是：

（1）有且仅有一个节点，无父节点，它为树的根；（有且仅有一个结点没有双亲，该节点就是根结点。）

（2）其他节点有且仅有一个父节点。（根以外的其他结点有且仅有一个双亲结点

）这就使得层次数据库系统只能直接处理一对多的实体关系。

（3）任何一个给定的记录值只有按照其路径查看时，才能显出它的全部意义，没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在。

比如：一个教师学生层次模型。该层次模型有4个记录类型，即实体。

分别是：

（1）记录型（实体）系是根结点，由编号、名称、专业、人数属性（字段）组成。它有两个子结点，分别是学院老师实体和课程实体。

（2）记录型（实体）教师是学院的子结点，它有6个属性（字段）组成。

（3）记录型（实体）课程由4个属性（字段）组成。

（4）记录型（实体）教师由6个属性（字段）组成。课程与教师是叶子结点，由学院到老师、老师到课程都是一对多的联系。

数据完整性约束

其主要四个功能：增删查改；要满足完整性约束条件；

增加（插入）：满足必须有双亲节点，即如果加入教师，就必须分配到学院中；

删除：如果是字节点，不影响，直接删除字节点，如果是双亲节点，则整个字节点被删除；如果删除整个教研室则教研室的老师不存在这个体系；

查找：根据树状结构自上而下查找；

修改：更新相应的关系的信息。

其优缺点：

优点：

比较简单，容易使用；

结构清晰，现实中公司、家族等都存在类似结构；

良好的完整性支持；

查询效率高，模型层次是有向边，常记录存取路径。

缺点：

有很多不是单向关系，一对多，多对一，只能通过引进冗余数据或建非自然的数据组织如创建虚拟节点的方法来解决，易产生不一致性；

插入删除限制太多

查找字节点必须通过双亲；

树结点中任何记录的属性是不可再分的简单数据类型；

网状模型：

网状模型是以“

图结构

”来表示数据之间的联系。

1、条件特征

(1)允许有一个以上的节点无双亲。

(2)至少有一个节点可以有多于一个的哪族猜双亲。

网状模型中每个结点表示一个记录型（实体），每个记录型可包含若干个字段（实体的属性），结点间的连线表示记录类型（实体）间的父子关系。

从定义可以看出，层次模型中子结点与双亲结点的联系是唯一的，而在网状模型中这种联系可以不唯一。因此，在网状模型中要为每个联系命名，并指出与该联系有关的双亲记录和子记录。

2、表示方法：

实体型：用记录类型描述

每个结点表述一个记录类型（实体）；

属性：用字段描述，每个记录类型包含若干个字段；

联系：用结点之间的连线表示记录类型（实体）之间的一对多的父子关系；

网状模型与层次模型的区别：

网状模型：允许多个结点没有双亲结点；

允许结点有多个双亲；

允许两个结点有多种联系（复合联系）；

可以更直接的去描述现实世界；

层次模型是网状模型的一个特例。

要为每个联系命名（L1、L2），并指出该联系相关的双亲记录和子女记录。

3、多对多在网状模型的表示

用网状模型表示多对多的关系

方穗枯法：将多对多直接分解成一对多的联系

4、 举例：学生选课模型

它由3个数据项组成，即学号、课程号、成绩，表示某个学生选修某一门课程及其成绩。

每个学生可以选修多门课程。显然对于学生记录中的一个值，选课记录中可以有多个值与之联系。而选课记录中的一个值，只能与学生记录中的一个值联系。学生与选课之间的联系是一对多的联系，联系名为学生-选课。同样，课程与选课之间的联系也是一对多的联系，联系名为课程-选课。

5、操纵

网状模型的数据操作主要包括查询、插入、删除和更新：

插入：插入尚未确定双亲结点值的子结点值；

删除：只允许删除双亲结点值。如可删李型除一个教研室，而该科研室所有教师的信息仍保留在数据库中。

修改：可直接表示非树状结构，而无须像层次模型那样增加冗余结点，因此修改操作时只需要指定更新记录即可。

网状数据系统（DG）对数据加了一些限制，提供了一定的完整性约束：

码：唯一标识记录的数据项；

一个联系中双亲记录和子女记录是一对多的关系；

支持双亲记录和子女记录之间的某些约束性条件；

关键：实现记录联系；

常用方法：单向、双向、环向、向首链接；

6、优缺点

网状数据模型的优点如下：

(1) 能够更为直接地描述现实客观世界，可表示实体间的多种复杂联系。

(2) 具有良好的性能，存取效率较高。

网状数据模型的缺点如下：

(1) 结构比较复杂，其数据定义语言(DDL)、数据操作语言(DML)复杂，用户不容易使用。而且应用环境越大，数据库的结构就变得越复杂，不利于最终用户掌握。

(2) 数据独立性差，由于实体间的联系本质上是通过存取路径表示的，因此应用程序在访问数据时要指定存取路径。

关系模型：

关系模型是用“

二维表

”(或称为关系)来表示数据之间的联系的。

1、基本术语

（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。属性的个数称为关系的元或度。列的值称为属性值；

（4）（值）域(Domain)：属性值的取值范围为值域。

（5）分量：每一行对应的列的属性值，即元组中的一个属性值。

（6）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）。

（7）键(码)：如果在一个关系中存在唯一标识一个实体的一个属性或属性集称为实体的键，即使得在该关系的任何一个关系状态中的两个元组，在该属性上的值的组合都不同。

（8）候选键(候选码)：若关系中的某一属性的值能唯一标识一个元组如果在关系的一个键中不能移去任何一个属性，否则它就不是这个关系的键，则称这个被指定的候选键为该关系的候选键或者候选码。

例如下列学生表中“学号”或“图书证号”都能唯一标识一个元组，则“学号”和“图书证号”都能唯一地标识一个元组，则“学号”和“图书证号”都可作为学生关系的候选键。

而在选课表中，只有属性组“学号”和“课程号”才能唯一地标识一个元组，则候选键为（学号，课程号）。

2、关系模型的数据操作与完整性约束

关系数据模型的操作主要包括查询、插入、删除和修改数据;这些操作必须满足关系的完整性约束条件。

关系模型中数据操作的特点是操作方式，即操作对象和操作结果都是，这种操作方式也称为一次一的方式。

相应地，非关系数据模型的操作方式是一次一记录的方式。

关系的完整性约束条件包括三大类：

实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。

实体完整性定义数据库中每一个基本关系的主码应满足的条件，能够保证元组的唯一性。参照完整性定义表之间的引用关系，即参照与被参照关系。用户定义完整性是用户针对具体的应用环境制定的数据规则，反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。

3、关系模型的优缺点

优点

(1) 关系模型与非关系模型不同，它是建立在严格的数学理论基础上的。

(2) 关系模型的概念单一，实体与实体间的联系都用关系表示，对数据的检索结果也是关系(即表)，所以其数据结构简单、清晰，用户易懂易用。

(3) 关系模型的物理存储和存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性，简化了程序员的数据库开发工作。

缺点

(1) 由于存取路径对用户透明，查询效率往往不如非关系数据模型高。因此，为了提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，这就增加了开发数据库管理系统的难度和负担。

数据库主要的模型有哪些

层次模型 网状模型 关系模型

层行春次模型、网状模型、关系模型

层次模型（格式化模型）

定义和限制条件：

有且仅有一个节点，无父节点，此节点为树的根；其他节点有且仅有一个父节点；

优点：

①数据结构简单清晰；

②利用指针记录边向联系，查询效率高；

③良好的完整新支持；

缺点：

①只能表示1：N的联系。尽管有许多辅助手段实现M：N的联系，但比较复杂，不易掌握。

②层次模型的树是有序树（层次顺序）。对任一结点的所有子树都规定了先后次序，这一限制隐含了对数据库存取路径的控制。

③树中父子结点之间只存在一种联系，因此，对树中的任一结点，只有一条自根结点到达它的路径。

网状模型（格式化模型）

网状模型的2个特征：允许一个以上的节点无双亲；一个节点可以有多于一个的双亲；

优点：

①可以更加清晰表达现实，符合现实中的数据关系；

②可以很快存取操作；

缺点：

①结构复杂；

②不易掌握，网状模型的DDL，DDM复杂，并且并且要嵌入某一种高级语言（COBOL，c），用户不易掌握；

③应用程序复杂，记录之间的联系通过存取路径实现的，应用程序在访问数据时必须选择合适的存取路径，因此用户必须了解系统结构的细节，加重编写应用程序的负担；

关系模型

单一的数据结构——关系

现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示，从用户角度看，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表。

优点：

①数据结构单一，关系模型中档亮耐，不管是实体还是实体之间的联系，都用关系来表示，而关系都对应一张二维数据表，数据结构简单、清晰。

②关系规范化，并建立在严格的理论基础上，构成关系的基本规范要求关系中每个属性不可再分割，同时关系建立在具有坚实的理论基础的严格数学概念基础上。

③概念简单，操作方便，关系模型更大的优点就是简单，用户容易理解和掌握，一个关系就是一张二维表格，用户只需用简单的查询语言就能对数据库进行操作。

缺点：

①查询效率不如格式化数据模型；

②为了提高性能，数据库管理系统需要优化用户查询，增加了数据库管理键信系统的开发难度； 

数据库主要的模型有：

层次结构模型、网状结构模型、关系结构模型。

一、层次结构模型

定义

有且仅有一个节点，无父节点，此节点为树的根；其他节点有且仅有一个父节点。

优点

数据结构简单清晰；

利用指针记录边向联系，查询效率高；

良好的完整新支持

缺点

只能表余键示吵蠢1：N的联系。

限制隐含了对数据库存取路径的控制。

二、网状结构模型

特征

允许一个以上的节点无双亲；

一个节点可以有多于一个的双亲。

优点

更清晰表达现实、符合现实中的数据关系；

可以很快存取操作。

缺点

结构复杂；

不易掌握；

应用程序复杂，加升毁陪重编写应用程序的负担；

三、关系结构模型

定义

从用户角度看，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表。

优点

数据结构单一、简单、清晰。

关系规范化，并建立在严格的理论基础上。

概念简单，操作方便。

缺点

查询效率低。

增加了数据库管理系统的开发难度。 

一般一种数据库对应一种数据模型，所以正确的提法是：数据库中数据模型主要有哪些模型吧？我猜你是接下来要绝悄考《数据库概论》吧，呵呵！以我的经验来看，数据库考的话，这类问题顶多出个选择题或者首圆填空者宏塌题，就算考“这些模型的特点是什么？”也应该不会是简答题，考你些干条条，毕竟“数据库”不是‘大学思想政治课’。

这应该是《数据库概论（第四版）》中之一章绪论里面的知识，绪论算是基础篇里的概论，应该说都是些前导概念吧，这些概念的实际应用是在后续章节中展开的，所以这些了解了解就可以了。

数据模型主要有哪些模型？

答：模型：对现实世界中某个对象特征的模拟和抽象。

【了解】

两大类数据模型：

数据模型分为2类（分属2个不同的层次，在开发和使用数据库中使用不同的模型）

①概念模型，也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。

②逻辑模型和物理模型，

逻辑模型主要包括：网状模型、层次模型、关系模型、面向对象模型等，按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。

物理模型，是对数据更底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。

概念模型：信息世界中的基本概念。

用途：数据库设计人员和用户之间进行交流的语言。所以，这个了解就可以了；但要考E-R图！

最常用的数据模型：非关系模型，有层次模型和网状模型；关系模型；面向对象模型、对象关系模型。

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【掌握】

层次模型：用“树形结构”来表示各类实体以及实体间的联系。

特点：结点的双亲是唯一的；只能直接处理一对多的实体联系；每个记录类型可以定义一个排序字段，也称为：码字段；任何记录值只有按其路径查看时，才能显示它的全部意义；没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在。网状模型：满足下面2个条件的基本层次联系的：①允许一个以上的结点无双亲②一个结点可以有多于一个的双亲。

特点：优点，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；具有良好的性能，存取效率较高。

缺点，结构比较复杂，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；DDL、DML语言复杂，用户不容易使用。关系模型：在“用户观点”下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。

特点：优点，建立在严格的数据概念的基础上；概念单一（实体和各类联系都用关系来表示；对数据的检索结果也是关系）；关系模型的存取路径对用户透明（具有更高的数据独立性，更好的安全保密性；简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作）。

缺点，存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非关系数据库；为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，增加了开发DBMS的难度。

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