数据模型在信息技术应用中的重要性及实现方式

1）数据模型定义及构成

数据模型（Data Model）是现实世界数据特征的抽象，用于描述一组数据的概念和定义。数据模型是数据库中数据的存储方式，是数据库系统的基础。

数据模型能够促进业务与技术进行有效沟通，形成对主要业务定义和术语的统一认识，具有跨部门、中性的特征，可以表达和涵盖所有的业务。图5.5 演示了现实世界转化为数据模型的过程。

图5.5　数据转换过程

无论是操作型数据库，还是数据仓库都需要数据模型组织数据构成，指导数据表设计。或许Linux的创始人Torvalds说的一句话——“烂程序员关心的是代码，好程序员关心的是数据结构和它们之间的关系”最能够说明数据模型的重要性。只有数据模型将数据有序地组织和存储起来之后，大数据才能得到高性能、低成本、高效率、高质量的使用。

一个逻辑数据模型是建立商业智能的基础框架，也是建立一个灵活的强有力的数据仓库系统的第一步，是为决策层和数据使用者提供有价值数据分析的重要基础，并且能够帮助数据标准的制定、数据治理、元数据管理和数据存储等方面的工作。

2）数据模型的三要素

数据模型所描述的内容包括3 个部分：数据结构、数据操作、数据约束。

（1）数据结构

数据模型中的数据结构主要描述数据的类型、内容、性质以及数据间的联系等。数据结构是数据模型的基础，数据操作和约束都建立在数据结构上。不同的数据结构具有不同的操作和约束。

（2）数据操作

数据模型中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方式。

（3）数据约束

数据模型中的数据约束主要描述数据结构内数据间的语法、词义联系，以及它们之间的制约和依存关系，以及数据动态变化的规则，以保证数据的正确、有效和相容。

3）数据模型的类型

数据模型按不同的应用层次分为3 种类型。

（1）概念数据模型(www.xing528.com)

这是面向数据库用户的现实世界的数据模型，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，摆脱计算机系统及数据库管理系统的具体技术问题，集中精力分析数据以及数据之间的联系等，与具体的数据库管理系统无关。概念数据模型必须换成逻辑数据模型，才能在数据库管理系统中实现。

（2）逻辑数据模型

这是用户在数据库中看到的数据模型，是具体的数据库管理系统所支持的数据模型，主要有网状数据模型、层次数据模型和关系数据模型3 种类型。此模型既要面向用户，又要面向系统，主要用于数据库管理系统的实现。在数据库中用数据模型来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息，主要是研究数据的逻辑结构。

（3）物理数据模型

这是描述数据在存储介质上的组织结构的数据模型，它不但与具体的数据库管理系统有关，而且还与操作系统和硬件有关。每一种逻辑数据模型在实现时都有与其相对应的物理数据模型。数据库管理系统为了保证其独立性与可移植性，将大部分物理数据模型的实现工作交由系统自动完成，而设计者只设计索引、聚集等特殊结构。

4）逻辑数据模型类型

根据数据之间的联系，可将逻辑数据模型分为层次模型、网状模型和关系模型。

（1）层次模型

层次模型是一种树结构模型，把数据按自然的层次关系组织起来，以反映数据之间的隶属关系。层次模型是数据库技术中发展最早、技术上比较成熟的一种数据模型。它的特点是地理数据组织成有向有序的树结构，也称树形结构。结构中的结点代表数据记录，连线描述位于不同结点数据间的从属关系（一对多的关系）。

（2）网状数据模型

网状模型将数据组织成有向图结构，图中的结点代表数据记录，连线描述不同结点数据间的联系。这种数据模型的基本特征是结点数据之间没有明确的从属关系，一个结点可与其他多个结点建立联系，即结点之间的联系是任意的，任何两个结点之间都能发生联系，可表示多对多的关系。

（3）关系数据模型

由于关系数据库结构简单，操作方便，有坚实的理论基础，因此发展很快，20 世纪80 年代以后推出的数据库管理系统几乎都是关系型的。涉及的基础知识包括：关系模型的逻辑数据结构、表的操作符、表的完整性规则和视图、范式概念。

关系模型可以简单、灵活地表示各种实体及其关系，其数据描述具有较强的一致性和独立性。在关系数据库系统中，对数据的操作是通过关系代数实现的，具有严格的数学基础。