【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(rèn)知、抽象和表達(dá)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(jì)算機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)和表達(dá)方式。 空間數(shù)據(jù)組織： 大量計(jì)算機(jī)化的空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理方式。 現(xiàn)實(shí)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(jì)算機(jī)存儲(chǔ) 認(rèn)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(jì) ? 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(jì)算機(jī)的，而應(yīng)用是面向現(xiàn)實(shí)世界的，兩個(gè)世界存在著很大差異，要直接將現(xiàn)實(shí)世界中的語義映射到計(jì)算機(jī)世界是十分困難的，因此引入一個(gè)信息世界作為現(xiàn)實(shí)世界通向計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的橋梁。 一方面，信息世界是對現(xiàn)實(shí)世界的抽象，從紛繁的現(xiàn)實(shí)世界中抽取出能反映現(xiàn)實(shí)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(jì)算機(jī)世界中去，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上最終實(shí)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(shí)世界 信息世界 計(jì)算機(jī)世界 概念化 (數(shù)據(jù)抽象） 形式化 （數(shù)據(jù)模型） 用戶 計(jì)算機(jī) 167。 模型概念 8 167。 模型概念 二、模型 1. 定義 模型是對現(xiàn)實(shí)世界的表達(dá)或描述，是現(xiàn)實(shí)世界的本質(zhì)反映或科學(xué)抽象，可反映事物的固有特征及其相互聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 2. 模型特點(diǎn) ? 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(xué)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(shí)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(xué)的方法表示原型。 數(shù)學(xué)模型 用數(shù)學(xué)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(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中較教高層次的數(shù)據(jù)描述，它獨(dú)立于任何的 DBMS。 13 。 應(yīng)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(diǎn)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(shí)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(qiáng)調(diào)其語義表達(dá)能力，概念簡單、清晰，易于用戶理解。它是現(xiàn)實(shí)世界到信息世界的抽象，是用戶與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員之間進(jìn)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(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)來對數(shù)據(jù)建模。 是信息世界中的概念和聯(lián)系在計(jì)算機(jī)世界中的表示方法。一般有嚴(yán)格的形式化定義，以便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)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(gè)具體的數(shù)據(jù)庫都由一個(gè)相應(yīng)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(wù)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(yán)格數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上的現(xiàn)實(shí)世界表象的模擬模型，具有物質(zhì)模型和概念模型兩個(gè)方面的特點(diǎn)。 ? 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(gè)模型來分析、觀察和認(rèn)識(shí)客觀世界及其聯(lián)系，還可進(jìn)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(xué)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(huì)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(jì)，實(shí)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(diǎn)： 世界是由一組稱作實(shí)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(shí)體 (Entity)： 客觀存在并可相互區(qū)分的事物叫實(shí)體。 如學(xué)生張三、工人李四、計(jì)算機(jī)系、數(shù)據(jù)庫概論。 屬性 (Attribute)： 實(shí)體所具有的某一特性。一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來刻畫。 例如，學(xué)生可由學(xué)號(hào)、姓名、年齡、系、年級(jí)等組成。 域 (Domain)： 屬性的取值范圍。 例如，性別的域?yàn)椋小⑴?，月份的域?yàn)椋钡剑保驳恼麛?shù)。 167。 數(shù)據(jù)模型 23 實(shí)體型 (Entity Type)： 實(shí)體名與其屬性名集合共同構(gòu)成實(shí)體型。 例，學(xué)生（學(xué)號(hào)、姓名、年齡、性別、系、年級(jí)）。 注意實(shí)體型與實(shí)體（值）之間的區(qū)別，后者是前者的一個(gè)特例。 如 (9808100，王平， 21，男，計(jì)算機(jī)系， 2)是一個(gè)實(shí)體。 實(shí)體集 (Entity Set)： 同型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。 如全體學(xué)生 。 167。 數(shù)據(jù)模型 24 碼 (Key)： 能唯一標(biāo)識(shí)實(shí)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(gè)用來區(qū)別同一實(shí)體集中的不同實(shí)體，稱作 主碼 。 一個(gè)實(shí)體集中任意兩個(gè)實(shí)體在主碼上的取值不能相同。 如學(xué)號(hào)是學(xué)生實(shí)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(shí)體之間的相互關(guān)聯(lián)。 如學(xué)生與老師間的授課關(guān)系，學(xué)生與學(xué)生間有班長關(guān)系 。 聯(lián)系也可以有屬性，如學(xué)生與課程之間有選課聯(lián)系，每個(gè)選課聯(lián)系都有一個(gè)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(shí)體之間的聯(lián)系的數(shù)量，即一個(gè)實(shí)體通過一個(gè)聯(lián)系集能與另一實(shí)體集相關(guān)聯(lián)的實(shí)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(gè)實(shí)體集 E1， E2 ?一對一： E1中的一個(gè)實(shí)體與 E2中至多一個(gè)實(shí)體相聯(lián)系，并且 E2中的一個(gè)實(shí)體與 E1中至多一個(gè)實(shí)體相聯(lián)系。 如“職工”與“部門”之間的“管理”聯(lián)系（假定每個(gè)部門只有一個(gè)經(jīng)理，一個(gè)職工不能兼任兩個(gè)部門經(jīng)理。 ?一對多： E1中的一個(gè)實(shí)體與 E2中 n（ n≥0 ）個(gè)實(shí)體相聯(lián)系，并且 E2中的一個(gè)實(shí)體與 E1中至多一個(gè)實(shí)體相聯(lián)系。 如 “ 教師 ” 和 “ 學(xué)生 ” 之間的 “ 班主任 ” 聯(lián)系。 ?多對多： E1中的一個(gè)實(shí)體與 E2中 n（ n≥0 ）個(gè)實(shí)體相聯(lián)系，并且 E2中的一個(gè)實(shí)體與 E1中 m（ m≥0 ）一個(gè)實(shí)體相聯(lián)系。 如 “ 學(xué)生 ” 和 “ 課程 ” 之間的 “ 選修 ” 聯(lián)系。 167。 數(shù)據(jù)模型 27 學(xué)生 課程 選修 學(xué)號(hào) 姓名 系別 課程名 先修課 主講老師 成績 矩形表示實(shí)體集，在框內(nèi)寫上實(shí)體名 橢圓表示實(shí)體的屬性 無向邊把實(shí)體與其屬性連接起來 菱形表示實(shí)體間的聯(lián)系 將參與聯(lián)系的實(shí)體用線段連接 學(xué)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(xiàng) 、 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(dòng)態(tài)特性 ， 即對數(shù)據(jù)庫中對象的實(shí)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(hào) 、 操作規(guī)則 ，以及實(shí)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(yīng)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(shí)體之間聯(lián)系的模型叫層次模型 。 ? 樹由節(jié)點(diǎn)和連線組成 ， 節(jié)點(diǎn)代表實(shí)體型 ， 連線表示兩實(shí)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(gè)節(jié)點(diǎn)無父節(jié)點(diǎn) ， 此節(jié)點(diǎn)稱為樹的根 （ Root） 。 ?樹中的其它節(jié)點(diǎn)都有且僅有一個(gè)父節(jié)點(diǎn) 。 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(diǎn)： ?結(jié)構(gòu)簡單 ， 易于實(shí)現(xiàn) 。 ? 缺點(diǎn) ： ?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(diǎn)的存取只能通過父結(jié)點(diǎn)來進(jìn)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(gè)滿足下列條件的有向圖： ?可以有一個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)無父節(jié)點(diǎn) 。 ?至少有一個(gè)節(jié)點(diǎn)有多于一個(gè)的父節(jié)點(diǎn) （ 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(diǎn)： ?表達(dá)的聯(lián)系種類豐富 。 ?結(jié)構(gòu)復(fù)雜 。 ? DBTG報(bào)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(huì) ） 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(shí)體及其相互聯(lián)系 167。 數(shù)據(jù)模型 屬性 (域 ) 元組 姓名 學(xué)號(hào) 年齡 系別 張軍 09701023 男 數(shù)學(xué)系 王紅 09702022 女 物理系 李明 09708250 男 計(jì)算機(jī)系 ： 38 ? 優(yōu)點(diǎn)： ?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(dú)立性 ， 用戶只需提出 “ 做什么 ” ， 無須說明 “ 怎么做 ” 。 ?堅(jiān)實(shí)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(yán)格的關(guān)系數(shù)據(jù)理論支持，簡