数据库及空间数据库概论

数据库及空间数据库概论第1页，课件共62页，创作于2023年2月教材教材：空间数据库.吴信才.科学出版社.2009第2页，课件共62页，创作于2023年2月参考书教学参考资料：

[1]崔铁军，地理空间数据库原理，科学出版社，2007[2]ShashiShekhar,SanjayChawla著.谢昆青，马修军，杨冬青等译.空间数据库.机械工业出版社，2004[3]王家耀.空间数据库信息系统原理.科学出版社.2001[4]吴立新.地理信息系统原理与算法.科学出版社，2003[5]李建松.地理信息系统原理，武汉大学出版社，2006[6]刘贵明.地理信息系统原理及应用.科学出版社.2008[7]吴信才.地理信息系统原理、方法及应用.中国地质大学（武汉）.2000[8]樊红.Arc/Info应用于开发技术.武汉大学出版社.2002[9]普赖斯著.李玉龙等译.ArcGIS地理信息系统教程（第4版）.电子工业出版社.2009[10]吴秀芹.ArcGIS9地理信息系统应用与实践.清华大学出版社.2007第3页，课件共62页，创作于2023年2月第一章数据库及空间数据库概论基本内容：1、数据管理技术的发展2、数据模型与数据库系统3、关系数据库（关系模型、关系代数、关系演算）4、空间数据库及其与关系数据库的比较5、新型数据库系统第4页，课件共62页，创作于2023年2月教学要求了解数据管理技术的发展阶段，数据描述的术语，数据模型的概念，数据库的体系结构，数据库管理系统的功能及组成，数据库系统的组成及全局结构；新型数据库系统的基本发展状况；掌握数据模型与数据库系统结构。了解关系数据库的发展历程、关系数据结构、规范化理论、关系数据库标准语言SQL、E-R模型。了解空间数据的基本概念、特征，空间数据的发展历程；了解掌握空间数据库与传统关系数据库的主要差异。了解目前主要的新型数据库系统（含时态空间数据库）。第5页，课件共62页，创作于2023年2月一、数据管理技术的发展1、数据库的四个基本概念数据(Data)数据库(Database)数据库管理系统(DBMS)数据库系统(DBS)第6页，课件共62页，创作于2023年2月一、数据管理技术的发展（续）数据(Data)是数据库中存储的基本对象数据的定义描述事物的符号记录数据的种类文字、图形、图象、声音数据的特点数据与其语义是不可分的第7页，课件共62页，创作于2023年2月一、数据管理技术的发展（续）数据举例学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）数据的形式不能完全表达其内容数据的解释语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系请给出另一个解释和语义第8页，课件共62页，创作于2023年2月一、数据管理技术的发展（续）人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息。数据库的定义数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合第9页，课件共62页，创作于2023年2月一、数据管理技术的发展（续）数据库的特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存可为各种用户共享冗余度较小数据独立性较高易扩展第10页，课件共62页，创作于2023年2月一、数据管理技术的发展（续）数据库管理系统什么是DBMS数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。DBMS的用途科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据第11页，课件共62页，创作于2023年2月一、数据管理技术的发展（续）DBMS的主要功能数据定义功能

提供数据定义语言(DDL)

定义数据库中的数据对象数据操纵功能:提供数据操纵语言(DML)

操纵数据实现对数据库的基本操作

(查询、插入、删除和修改)第12页，课件共62页，创作于2023年2月一、数据管理技术的发展（续）数据库的运行管理

保证数据的安全性、完整性、 多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复数据库的建立和维护功能(实用程序)

数据库数据批量装载 数据库转储 介质故障恢复 数据库的重组织 性能监视等第13页，课件共62页，创作于2023年2月一、数据管理技术的发展（续）数据库系统什么是数据库系统数据库系统（DatabaseSystem，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。数据库系统的构成由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（和用户）构成。第14页，课件共62页，创作于2023年2月名词术语——数据库系统数据库最终用户应用系统应用开发工具DBMS操作系统数据库管理员DBA应用程序员数据库系统的构成第15页，课件共62页，创作于2023年2月数据库在计算机系统中的地位第16页，课件共62页，创作于2023年2月注意分清日常所说的“数据库”到底是指哪个概念

数据库是oracle——数据库管理系统数据库是xjgl.db——数据库我们在开发数据库——数据库应用系统第17页，课件共62页，创作于2023年2月一、数据管理技术的发展（续）空间数据库基本概念空间：事物之间的距离或间隔。（日常语义）不同的学科有不同的解释。数学领域中一般指某种对象（现象、状况、图形、函数等）的任意集合。GIS领域的空间是指地理环境或地球表层空间，是地理信息系统表达和研究的对象。为了在GIS中对地理空间进行描述，常需要借助于抽象的数学空间表达方法。地理空间：空间参考信息的地理实体或地理现象发生的时空位置集。第18页，课件共62页，创作于2023年2月一、数据管理技术的发展（续）空间数据：以地球表面空间的位置为参照，用来描述空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据。空间数据是一种带有空间坐标的数据，包括文字、数字、图形、影像、声音等多种方式。用来记录地理空间对象的位置、拓扑关系、几何特征和时间特征。空间数据库：描述与特定空间位置有关的真实世界对象的数据集合。任何真实世界的对象可能表示成数据库中的对象，但并不是任何对象都和地理位置相关，取决于所要表达的信息模型及应用。第19页，课件共62页，创作于2023年2月一、数据管理技术的发展（续）2、数据管理技术的产生和发展什么是数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题数据管理技术的发展过程人工管理阶段(40年代中--50年代中)文件系统阶段(50年代末--60年代中)数据库系统阶段(60年代末--现在)第20页，课件共62页，创作于2023年2月一、数据管理技术的发展（续）数据管理技术的发展动力应用需求的推动计算机硬件的发展计算机软件的发展第21页，课件共62页，创作于2023年2月人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段背景特点数据的结构化无结构数据管理技术三个发展阶段的详细比较

应用背景 科学计算 科学计算、管理 大规模管理硬件背景 无直接存取存储设备 磁盘、磁鼓 大容量磁盘软件背景 没有操作系统 有文件系统 有DBMS处理方式 批处理 实时处理、批处理数据的管理者 用户（程序员） 文件系统 数据库管理系统数据面向的对象 某一应用程序 某一应用 现实世界数据的共享程度 无共享，冗余度很大共享性差，冗余度大 共享性高，冗余度小独立性差实时处理、分布处理、批处理具有高度的物理独立性和一定的逻辑独立性数据的独立性不独立，完全依靠于程序记录内有结构、整体无结构 整体结构化，用数据模型描述数据控制能力 应用程序自己控制 文件系统 数据库管理系统第22页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统1、数据模型在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟数据模型应满足三方面要求能比较真实地模拟现实世界容易为人所理解便于在计算机上实现第23页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）数据模型分成两个不同的层次(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。(2)数据模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。第24页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）客观对象的抽象过程---两步抽象现实世界中的客观对象抽象为概念模型；把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。第25页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。现实世界信息世界、概念模型机器世界、DBMS支持的数据模型认识和抽象第26页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）数据模型的组成要素概念模型常用数据模型层次模型网状模型关系模型第27页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）数据模型的组成要素数据结构数据操作数据的约束条件

第28页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）什么是数据结构对象类型的集合两类对象与数据类型、内容、性质有关的对象与数据之间联系有关的对象数据结构是对系统静态特性的描述第29页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）数据操作对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则数据操作的类型检索更新（包括插入、删除、修改）第30页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）数据模型对操作的定义操作的确切含义操作符号操作规则（如优先级）实现操作的语言数据操作是对系统动态特性的描述。第31页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）数据的约束条件一组完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。第32页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）概念模型1.概念模型2.信息世界中的基本概念3.概念模型的表示方法第33页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）概念模型的用途概念模型用于信息世界的建模是现实世界到机器世界的一个中间层次是数据库设计的有力工具数据库设计人员和用户之间进行交流的语言对概念模型的基本要求较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识简单、清晰、易于用户理解。第34页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）信息世界中的基本概念(1)实体（Entity）

客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。(2)属性（Attribute）

实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。

(3)码（Key）

唯一标识实体的属性集称为码。

第35页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）(4)域（Domain）

属性的取值范围称为该属性的域。(5)实体型（EntityType）

用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型(6)实体集（EntitySet）

同型实体的集合称为实体集第36页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）(7)联系（Relationship）

现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系实体型间联系

两个实体型一对一联系（1:1）三个实体型一对多联系（1:n）一个实体型多对多联系（m:n）

第37页，课件共62页，创作于2023年2月两个实体型间的联系实体型1联系名实体型2111:1联系实体型1联系名实体型2mnm:n联系实体型1联系名实体型21n1:n联系第38页，课件共62页，创作于2023年2月两个实体型间的联系

一对一联系

如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系。记为1:1。

实例班级与班长之间的联系：一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职第39页，课件共62页，创作于2023年2月两个实体型间的联系(续)一对多联系如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系。记为1:n实例班级与学生之间的联系：一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习第40页，课件共62页，创作于2023年2月两个实体型间的联系(续)多对多联系（m:n）如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m≥0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系。记为m:n实例课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程第41页，课件共62页，创作于2023年2月多个实体型间的联系(续)多个实体型间的一对多联系若实体集E1，E2，...，En存在联系，对于实体集Ej（j=1，2，...，i-1，i+1，...，n）中的给定实体，最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说Ei与E1，E2，...，Ei-1，Ei+1，...，En之间的联系是一对多的。第42页，课件共62页，创作于2023年2月多个实体型间的联系(续)实例

课程、教师与参考书三个实体型如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用课程与教师、参考书之间的联系是一对多的多个实体型间的一对一联系多个实体型间的多对多联系第43页，课件共62页，创作于2023年2月同一实体集内各实体间的联系一对多联系实例

职工实体集内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）“领导”若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导这是一对多的联系一对一联系多对多联系第44页，课件共62页，创作于2023年2月二、数据模型与数据库系统（续）概念模型的表示方法概念模型的表示方法很多实体－联系方法(E-R方法)用E-R图来描述现实世界的概念模型E-R方法也称为E-R模型第45页，课件共62页，创作于2023年2月E-R图实体型用矩形表示，矩形框内写明实体名。学生教师第46页，课件共62页，创作于2023年2月E-R图(续)属性用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来学生学号年龄性别姓名第47页，课件共62页，创作于2023年2月E-R图(续)联系联系本身：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1、1:n或m:n）联系的属性：联系本身也是一种实体型，也可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来第48页，课件共62页，创作于2023年2月联系的表示方法实体型1联系名实体型2111:1联系实体型1联系名实体型2mnm:n联系实体型1联系名实体型21n1:n联系第49页，课件共62页，创作于2023年2月联系的表示方法(续)实体型1联系名mn同一实体型内部的m:n联系实体型1联系名实体型21m多个实体型间的1:n联系实体型3n第50页，课件共62页，创作于2023年2月联系的表示方法示例班级班级-班长班长111:1联系课程选修学生mnm:n联系班级组成学生1n1:n联系第51页，课件共62页，创作于2023年2月联系的表示方法示例(续)职工领导1n同一实体型内部的1:n联系课程讲授教师1m多个实体型间的1:n联系参考书n第52页，课件共62页，创作于2023年2月联系属性的表示方法课程选修学生mn成绩第53页，课件共62页，创作于2023年2月举例：图书管理信息系统的E-R图姓名借书人借书登记图书价格作者书名单位位置日期总编号分类号借书证号mn第54页，课件共62页，创作于2023年2月举例：用E-R图表示某个工厂的物资管理的概念模型物资管理涉及的实体有：仓库：属性有仓库号、仓库面积、电话号码。零件：属性有零件号、名称、规格、单价、描述。供应商：属性有供应商号、姓名、地址、电话号、帐号。项目：属性有项目号、预算、开工日期。职工：属性有职工号、姓名、年龄、职称。第55页，课件共62页，创作于2023年2月仓库仓库号面积电话号项目项目号预算开工日期职工职工号姓名年龄职称零件零件号名称规格单价描述供应商供应商号姓名地址帐号电话号实体及其属性图第56页，课件共62页，创作于2023年2月实体之间的联系如下：一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个仓库中。因此，仓库和零件具有多对多的联系。某种零件在某个仓库中的数量用库存量描述。一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一个仓库工作。因此，仓库和职工之间是一