【正文】 2 第四章 地圖數(shù)據(jù)模型 3 空間數(shù)據(jù)模型 ： 不同的模型下有不同的空間要素認知、抽象和表達方式以及不同的空間關(guān)系定義。 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 不同空間數(shù)據(jù)模型在計算機內(nèi)的存儲和表達方式。 空間數(shù)據(jù)組織： 大量計算機化的空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理方式。 現(xiàn)實空間世界 空間數(shù)據(jù)模型 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 組織與管理 計算機存儲 認知與抽象 空間數(shù)據(jù)庫 4 主要內(nèi)容 : ? 模型概念 ? 數(shù)據(jù)模型 ? 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合 ? 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法 ? 空間數(shù)據(jù)模型 ? 地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計 ? 地圖數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組織與管理 5 167。 模型概念 一、數(shù)據(jù)抽象 二、模型 三、模型分類 四、地圖模型 6 一、數(shù)據(jù)抽象 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是面向計算機的，而應用是面向現(xiàn)實世界的，兩個世界存在著很大差異，要直接將現(xiàn)實世界中的語義映射到計算機世界是十分困難的，因此引入一個信息世界作為現(xiàn)實世界通向計算機實現(xiàn)的橋梁。 一方面，信息世界是對現(xiàn)實世界的抽象，從紛繁的現(xiàn)實世界中抽取出能反映現(xiàn)實本質(zhì)的概念和基本關(guān)系 。另一方面，信息世界中的概念和關(guān)系，要以一定的方式映射到計算機世界中去，在計算機系統(tǒng)上最終實現(xiàn)。信息世界起到了承上啟下的作用。 167。 模型概念 7 現(xiàn)實世界 信息世界 計算機世界 概念化 (數(shù)據(jù)抽象） 形式化 （數(shù)據(jù)模型） 用戶 計算機 167。 模型概念 8 167。 模型概念 二、模型 1. 定義 模型是對現(xiàn)實世界的表達或描述，是現(xiàn)實世界的本質(zhì)反映或科學抽象，可反映事物的固有特征及其相互聯(lián)系的運動規(guī)律。 2. 模型特點 ? 用能理解的東西表示希望了解的東西 ? 模型不等于被描述的對象 ? 是一種普遍采用的科學研究的方法 9 模型舉例： 167。 模型概念 10 模型舉例： 167。 模型概念 11 167。 模型概念 三、模型分類 1. 模擬模型 模擬模型以連續(xù)的方式表示對象。 實物模型 建筑物模型 地形模型 抽象模型 三維的 圖像模型 幾何圖 系統(tǒng)圖 功能系統(tǒng)圖 二維的 12 167。 模型概念 2. 數(shù)字模型 用離散的、數(shù)學的方法表示原型。 數(shù)學模型 用數(shù)學的形式語言來描述對象。 數(shù)據(jù)模型 是關(guān)于數(shù)據(jù)和聯(lián)系的邏輯組織形式的表示， 是計算機數(shù)據(jù)處理中較教高層次的數(shù)據(jù)描述，它獨立于任何的 DBMS。 13 。 應用 概念數(shù)據(jù)模型 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型 167。 模型概念 14 ? 概念數(shù)據(jù)模型 按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模 。 用于組織信息世界的概念，表現(xiàn)從現(xiàn)實世界中抽象出來的事物以及它們之間的聯(lián)系。這類模型強調(diào)其語義表達能力，概念簡單、清晰，易于用戶理解。它是現(xiàn)實世界到信息世界的抽象，是用戶與數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員之間進行交流的語言。如 ER模型。 167。 模型概念 15 ? 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型 從計算機實現(xiàn)的觀點來對數(shù)據(jù)建模。 是信息世界中的概念和聯(lián)系在計算機世界中的表示方法。一般有嚴格的形式化定義，以便于在計算機上實現(xiàn)。如層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ汀? 167。 模型概念 16 167。 模型概念 每一個具體的數(shù)據(jù)庫都由一個相應的數(shù)據(jù)模型來定義，數(shù)據(jù)模型最終成為一組被命名的邏輯數(shù)據(jù)單位以及它們之間的邏輯聯(lián)系所組成的全體； 每一種模型以不同的數(shù)據(jù)抽象與表示能力來反映客觀事物，有其不同的處理數(shù)據(jù)聯(lián)系的方式； 建模的目的是以最佳的方式反映本部門的業(yè)務對象及信息流程，或以最佳的方式為用戶提供訪問數(shù)據(jù)庫的邏輯接口 。 17 167。 模型概念 四、地圖模型 地圖模型是建立在嚴格數(shù)學基礎(chǔ)之上的現(xiàn)實世界表象的模擬模型，具有物質(zhì)模型和概念模型兩個方面的特點。 ? 物質(zhì)模型 地圖與它所反映的客觀世界在結(jié)構(gòu)上存在著極大的相似性，人們可以利用這個模型來分析、觀察和認識客觀世界及其聯(lián)系，還可進行分析、量算。 18 167。 模型概念 ?概念模型 地圖是客觀世界的一種科學抽象，地圖上的內(nèi)容是經(jīng)過制圖者思維加工的，有一定的主觀因素，用途的不同，觀察的角度不同，同一客觀存在會有不同的概念模型。 數(shù)字地圖是一種數(shù)據(jù)模型，是用各種不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述客觀世界的。組織地圖數(shù)據(jù)的方式是多種多樣的，因而地圖的數(shù)據(jù)模型有不同的形式。建立合適的地圖數(shù)據(jù)模型，是地圖數(shù)據(jù)庫必須解決的重要問題。 19 167。 模型概念 地圖數(shù)據(jù)模型的設(shè)計，實質(zhì)是確定地圖數(shù)據(jù)和表示方法，確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式及數(shù)據(jù)文件的組織方式。 20 167。 數(shù)據(jù)模型 一、概念數(shù)據(jù)模型 二、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型 三、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型示例 四、關(guān)系數(shù)據(jù)庫 21 一、概念數(shù)據(jù)模型 1976年， Ｒ模型（ EntityRelationship Model），用Ｅ Ｒ圖來描述概念模型。 觀點： 世界是由一組稱作實體的基本對象和這些對象之間的聯(lián)系構(gòu)成的。 167。 數(shù)據(jù)模型 22 實體 (Entity)： 客觀存在并可相互區(qū)分的事物叫實體。 如學生張三、工人李四、計算機系、數(shù)據(jù)庫概論。 屬性 (Attribute)： 實體所具有的某一特性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。 例如，學生可由學號、姓名、年齡、系、年級等組成。 域 (Domain)： 屬性的取值范圍。 例如，性別的域為（男、女），月份的域為１到１２的整數(shù)。 167。 數(shù)據(jù)模型 23 實體型 (Entity Type)： 實體名與其屬性名集合共同構(gòu)成實體型。 例，學生（學號、姓名、年齡、性別、系、年級）。 注意實體型與實體（值）之間的區(qū)別，后者是前者的一個特例。 如 (9808100，王平， 21，男，計算機系， 2)是一個實體。 實體集 (Entity Set)： 同型實體的集合稱為實體集。 如全體學生 。 167。 數(shù)據(jù)模型 24 碼 (Key)： 能唯一標識實體的屬性或?qū)傩越M稱作 超碼 。 超碼的任意超集也是超碼。 其任意真子集都不能成為超碼的最小超碼稱為 候選碼 。 從所有候選碼中選定一個用來區(qū)別同一實體集中的不同實體，稱作 主碼 。 一個實體集中任意兩個實體在主碼上的取值不能相同。 如學號是學生實體的碼。 通訊錄（姓名，郵編，地址，電話， Email， BP） 167。 數(shù)據(jù)模型 25 聯(lián)系 (Relationship)： 實體之間的相互關(guān)聯(lián)。 如學生與老師間的授課關(guān)系，學生與學生間有班長關(guān)系 。 聯(lián)系也可以有屬性，如學生與課程之間有選課聯(lián)系，每個選課聯(lián)系都有一個成績作為其屬性。 同類聯(lián)系的集合稱為聯(lián)系集。 聯(lián)系的種類 實體之間的聯(lián)系的數(shù)量，即一個實體通過一個聯(lián)系集能與另一實體集相關(guān)聯(lián)的實體的數(shù)目。 可以有一對一的（ 1:1），一對多的（ 1:m），多對多的（ m:n） 幾種情況。 167。 數(shù)據(jù)模型 26 設(shè)有兩個實體集 E1， E2 ?一對一： E1中的一個實體與 E2中至多一個實體相聯(lián)系，并且 E2中的一個實體與 E1中至多一個實體相聯(lián)系。 如“職工”與“部門”之間的“管理”聯(lián)系（假定每個部門只有一個經(jīng)理，一個職工不能兼任兩個部門經(jīng)理。 ?一對多： E1中的一個實體與 E2中 n（ n≥0 ）個實體相聯(lián)系，并且 E2中的一個實體與 E1中至多一個實體相聯(lián)系。 如 “ 教師 ” 和 “ 學生 ” 之間的 “ 班主任 ” 聯(lián)系。 ?多對多： E1中的一個實體與 E2中 n（ n≥0 ）個實體相聯(lián)系，并且 E2中的一個實體與 E1中 m（ m≥0 ）一個實體相聯(lián)系。 如 “ 學生 ” 和 “ 課程 ” 之間的 “ 選修 ” 聯(lián)系。 167。 數(shù)據(jù)模型 27 學生 課程 選修 學號 姓名 系別 課程名 先修課 主講老師 成績 矩形表示實體集，在框內(nèi)寫上實體名 橢圓表示實體的屬性 無向邊把實體與其屬性連接起來 菱形表示實體間的聯(lián)系 將參與聯(lián)系的實體用線段連接 學生選修課程 m n 聯(lián)系的 數(shù)量 167。 數(shù)據(jù)模型 28 二、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的三要素： 167。 數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)操作 數(shù)據(jù)的約束條件 29 描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性 ， 即組成數(shù)據(jù)庫 的對象類型 。 包括： ? 數(shù)據(jù)本身： 類型 、 內(nèi)容 、 性質(zhì) 。 如網(wǎng)狀模型中 的數(shù)據(jù)項 、 記錄 ， 關(guān)系模型中的域 、 屬性 ， 關(guān)系等 。 ? 數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系： 例如網(wǎng)狀模型中的系型 （ Set Type） 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中一般按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型 。 167。 數(shù)據(jù)模型 30 ? 描述系統(tǒng)的動態(tài)特性 ， 即對數(shù)據(jù)庫中對象的實例允許執(zhí)行的操作的集合 ， 包括操作及操作規(guī)則 。一般有檢索 、 更新 （ 插入 、 刪除 、 修改 ） 操作 。 ? 數(shù)據(jù)模型要定義操作含義 、 操作符號 、 操作規(guī)則 ，以及實現(xiàn)操作的語言 。 167。 數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)的約束條件是完整性規(guī)則的集合 ， 規(guī)定數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及狀態(tài)變化所應滿足的條件 ， 以保證數(shù)據(jù)的正確 、 有效 、 相容 。 31 三、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型示例 167。 數(shù)據(jù)模型 層次模型 網(wǎng)狀模型 關(guān)系模型 32 ? 用樹結(jié)構(gòu)表示實體之間聯(lián)系的模型叫層次模型 。 ? 樹由節(jié)點和連線組成 ， 節(jié)點代表實體型 ， 連線表示兩實體型間的一對多聯(lián)系 。 ? 樹有以下特性： ?每棵樹有且僅有一個節(jié)點無父節(jié)點 ， 此節(jié)點稱為樹的根 （ Root） 。 ?樹中的其它節(jié)點都有且僅有一個父節(jié)點 。 167。 數(shù)據(jù)模型 33 167。 數(shù)據(jù)模型 中國 (面積， 人口，總產(chǎn)值 ) 河北省 (面積， 人口，總產(chǎn)值 ) 河南省 (面積， 人口，總產(chǎn)值 ) 湖北省 (面積， 人口，總產(chǎn)值 ) …… 信陽市 (面積， 人口，總產(chǎn)值 ) 鄭州市 (面積， 人口，總產(chǎn)值 ) 新鄉(xiāng)市 (面積， 人口，總產(chǎn)值 ) …… 34 ? 優(yōu)點： ?結(jié)構(gòu)簡單 ， 易于實現(xiàn) 。 ? 缺點 ： ?支持的聯(lián)系種類太少 ， 只支持二元一對多聯(lián)系 。 ?數(shù)據(jù)操縱不方便 ， 子結(jié)點的存取只能通過父結(jié)點來進行 。 ? 代表產(chǎn)品： ?IBM的 IMS數(shù)據(jù)庫 ， 1969年研制成功 。 167。 數(shù)據(jù)模型 35 是一個滿足下列條件的有向圖： ?可以有一個以上的節(jié)點無父節(jié)點 。 ?至少有一個節(jié)點有多于一個的父節(jié)點 （ 排除樹結(jié)構(gòu) ） 。 167。 數(shù)據(jù)模型 信陽市 駐馬店市 武漢市 孝感市 阜陽市 南陽市 洛陽市 三門峽市 宜昌市 36 ? 特點： ?表達的聯(lián)系種類豐富 。 ?結(jié)構(gòu)復雜 。 ? DBTG報告： ?1969年 ， 由美國 CODASYC（ Conference On Data System Language， 數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言協(xié)商會 ） 下屬的 DBTG（ Data Base Task Group） 組提出 ， 確立了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念 、 方法 、 技術(shù) 。 167。 數(shù)據(jù)模型 37 用二維表來表示實體及其相互聯(lián)系 167。 數(shù)據(jù)模型 屬性 (域 ) 元組 姓名 學號 年齡 系別 張軍 09701023 男 數(shù)學系 王紅 09702022 女 物理系 李明 09708250 男 計算機系 ： 38 ? 優(yōu)點： ?簡單 ， 表的概念直觀 ， 用戶易理解 。 ?非過程化的數(shù)據(jù)請求 ， 數(shù)據(jù)請求可以不指明路徑 。 ?數(shù)據(jù)獨立性 ， 用戶只需提出 “ 做什么 ” ， 無須說明 “ 怎么做 ” 。 ?堅實的理論基礎(chǔ) 。 167。 數(shù)據(jù)模型 39 四、關(guān)系數(shù)據(jù)庫 167。 數(shù)據(jù)模型 在上述三種數(shù)據(jù)模型中，由于關(guān)系模型概念簡單、清晰，用戶易懂易用，有嚴格的關(guān)系數(shù)據(jù)理論支持，簡