地理信息系统概论(第四章)课件

1、第四章 空间数据库,石家庄经济学院 冯文钊,数据库概述 空间数据库概述 空间概念和数据模型 空间查询语言 空间存储和索引,空间数据库,1.数据库概述,文件系统与数据库系统 文件系统的缺陷 数据冗余不一致 数据访问困难 不支持并发访问 安全性问题突出 数据库系统的特点 数据结构化 数据共享 数据具有较高的独立性 数据由DBMS统一管理和控制,1.数据库概述,数据库管理系统 DBMS是管理数据的软件，利用它来实现数据库系统的各种功能。 DBMS的主要功能 数据定义功能 数据操作功能 数据库的运行控制功能 DBMS的系统结构 分时环境下的集中式数据库系统结构 网络环境下的客户/服务器结构 物理上分布、逻辑上集中的分布式数据库 物理上、逻辑上都分布的数据库结构,1.数据库概述,数据抽象与数据独立性 数据抽象 数据库的物理结构（内模式） 描述数据存储方式和物理结构 数据库的逻辑抽象（模式） 描述存储什么数据及数据间的关系 数据库的视图结构（外模式） 描述数据库的某个部分，反映的是用户关心的数据的逻辑数据结构,1.数据库概述,数据独立性 物理独立性 数据的物理存储结构改变，应用程序不用改变 逻辑独

2、立性 数据库的逻辑结构改变，用户的应用程序不用改变,1.数据库概述,数据模型（Data Model） 数据模型是数据库的核心和基础，使计算机世界对现实世界进行抽象表示和处理的工具。 层次模型,1.数据库概述,网状数据模型,1.数据库概述,关系数据模型 E.F.Code是关系数据模型的奠基者 基本关系术语 关系：一个关系就是一张二维表 元组：关系中除了包含属性名以外的每一行都称为一个元组，一个元组包含每个属性的一个值，关系是元组的集合，因此，在关系中不可能出现完全相同的两个元组。 属性：表中的一列称为一个属性，给每个属性一个名字，称为属性名。 域：属性的取值范围称为域。,1.数据库概述,键（key）:如果关系的一个属性，或者属性组合能唯一的标识一个元组，则该属性或属性组合就称为该关系的候选键，简称键，一个关系可以有一个或多个候选键，但至少要有一个候选键，一般从候选键中选择一个作为主键（Primary Key）；由多个属性组成的键也称为组合键，如果一个关系的键包括所有的属性，这种键称为全键。 主属性与非主属性：包含在任一个候选键中的属性称为主属性，而不包含在任何一个候选键中的属性称为非主属

3、性。 空值：一个元组的某一属性取空值表示该属性值是未知的或者对当前元组来说是不可用的。 关系模式：关系名和属性的集合,1.数据库概述,关系的数学定义 笛卡尔积 A=a| a A,B=b| b B,则 A B=(a,b)| a A 且 b B 关系 任何笛卡尔积的子集就形成一个关系，一个n目关系可以由n个集合 D1 D2 D3 Dn 来定义 关系模式：关系模式由关系名后跟属性集合和域名对组成 R ( A1:D1,A2:D2,An:Dn ),1.数据库概述,关系的性质 关系的名字是唯一的 关系的每个分量包含一个原子的值 组成关系的每个属性都有不同的属性名 同一属性列的属性值全部来自同一个域 属性的顺序可以任意交换 关系中不能有重复的元组 元组的顺序无关紧要，任意两个元组可以任意交换位置,1.数据库概述,数据完整性 域约束：用来设置关系的属性应取的值 实体完整性约束：任何作为一个关系主键的属性值必须存在唯一且不能是空值 参照完整性约束 外键：如果关系中的属性或属性组不是本关系的键，而是引用其他关系的键，称为此关系的外键。如果一个关系R中存在外键F，F与基本关系R的主键相对应，那么F值要么等于

4、基本关系R中某个元组的键值，要么为空。 一般完整性约束,1.数据库概述,关系规范化 函数依赖 设R(U)是属性集U上的关系模式，X、Y是U上的任一个子集，当且仅当R（U）中的每个X值只与R（U）中唯一的一个Y值相对应，即对于任意一个可能的关系R，R中不可能存在两个元组在X上的属性值相等，而在Y值上的属性值不等，则称“Y函数依赖于X”，或“X函数决定Y”，记为X Y，X称作决定因素，Y称作依赖因素。 若Y不依赖于X，记做XY,1.数据库概述,职工号基本工资，职工号奖金,1.数据库概述,函数依赖推论 1、如果属性X，Y有1：1联系，则存在X Y且 Y X，称为相互函数依赖，记为X Y或X 和Y等价 2、如果存在X和Y是1：m联系，则存在Y X，但XY 3、如果存在X和Y是m：n联系，则X与Y之间不存在任何函数依赖,完全函数依赖 设X Y是关系模式R的一个函数依赖，并且对于X中的任何一个真子集X，都有X Y，则称Y完全函数依赖于X，记作 X Y，若X Y，但Y不完全函数依赖于X，则称Y对X部分函数依赖，记作X Y 选课（学号，课程，成绩，学分） （学号，课程） 成绩 课程学分 （学号，课程）

5、 成绩 （学号， 课程） 学分,1.数据库概述,1.数据库概述,完全函数依赖推论 当X是单个属性时，X不存在任何真子集，若X Y，择有X Y,1.数据库概述,传递函数依赖 在关系模式R（U）中，如果存在X Y（Y不是X的子集），Y Z，但YX，则称Z对X传递函数依赖，或称Z传递依赖于X。 比如： 学生（学号，姓名，系别，系地址） 学号系别，系别系地址，系地址学号 学号系地址 是传递函数依赖,1.数据库概述,键 设K为R中属性或属性组合，若U完全函数依赖于K，则K为R的候选键，若候选键多于一个，则选定其中的一个作为主键，若K不是单一属性，则称为组合键。 候选键具有两个特点： 1、唯一性 2、无冗余性,1.数据库概述,关系模式的规范化 第一范式 关系R中，如果每个属性值都是不可分的基本数据项，则称R满足第一范式,1.数据库概述,第二范式 如果关系模式R（U，F）中的所有非主属性都完全函数依赖于任意一个候选键，则关系R是属于第二范式的 学员信息（学号，名称，系别，系地址，课程号，成绩） 学员成绩（学号，课程号，成绩） 学员住处（学号，名称，系别，系地址）,1.数据库概述,第三范式 如果关系模

6、式R（U，F）中的所有非主属性对任何候选键都不存在传递依赖，则称关系R是属于第三范式的 学员住处（学号，系别，系地址） 学号系别 ，系别学号，系别系地址 学号系地址 学员（学号，系别） 系（系别，系地址）,1.数据库概述,BCNF范式改进的第三范式 如果关系模式R（U，F）的所有属性，既不部分依赖也不传递依赖于R的任何候选键，则称关系R是属于BCNF的。 教学（学员，教师，课程）3NF 主属性“课程”部分依赖于候选键（学员，教师，课程）即课程和教师之间存在依赖关系 讲课（教师，课程） ，学习（学员，课程）,1.数据库概述,数据库设计的三个部骤 概念数据模型 实体联系模型是最有效的工具 逻辑建模阶段 关系模型 物理设计阶段,1.数据库概述,ER模型(Entity Relationship Model) 实体与属性 ER模型中，世界被划分为一个个实体，由属性来描述实体性质，并通过联系互相关联。实体是物理上或概念上独立存在的事务或对象。实体由属性来刻画。 属性可以是单值的或者多值的 联系 除了实体和属性外，构成ER模型的第三个要素是联系，实体之间通过联系相互作用和关联,1.数据库概述,1：1

7、 一个实体中每个实例只能与其他参与实体的一个实例相联系。如管理员和森林之间的关系。 M:1 一个实体的多个实例与另一个参与该联系的实体的一个实例相联接。Belong-to 是Facility和forest之间的联系，每个facility仅属于一个forest，而forest拥有多个facility,1.数据库概述,M:N 一个实体的多个实例与另一个参与该联系的实体的多个实例相联系。River和Facility之间的Supplies-Water-to是这样一个联系，有时联系也有属性。Supplies-Water-to有一个属性Volumn. ER图 ER图为概念模型提供了图形化的表示方法，实体用矩形表示。属性表示为椭圆，联系表示为菱形。联系的基数标注在菱形的旁边，键的属性加下划线，多值用双椭圆表示,1.数据库概述,将ER模型映射到关系模型 将每个实体映射成一个单独的关系，实体的属性映射成关系的属性。 对于1:1的联系，我们将任一个实体的键作为其他关系的一个外键 如果联系是M:1，就把“1”侧的关系的主键作为“M”侧关系的外键 对基数为M:N的联系，每个M:N联系被映射成一个新的关系，关系

8、的名称就是联系的名称，而关系的键由参与实体的主键组组成,1.数据库概述,对于多值属性，创建一个具有两个列的新关系：一列对应多值属性，一列对应拥有多值属性值的实体的键。 Elevation,1.数据库概述,1.数据库概述,World数据库 Country(Name:varchar(35),Cont:varchar(35),Pop:integer,GDP:Integer,Life-Exp:interger,Shape:String) City(Name:varchar(35),Country:varchar(35),Pop:integer,Capital:char(1),shape:String) River(Name:varchar(35),Origin:varchar(35),Length:integer,shape:String),Country,City,River,1.数据库概述,关系代数 关系代数只有一种类型的运算对象和6种基本运算，运算对象是关系。6种运算是： 选择（Select） 投影（Project） 并（Union） 笛卡尔积（Cross-product） 差（Diff

9、erence） 交（Intersection）,1.数据库概述,选择和投影运算 选择和投影运算用来操纵单个关系中的数据。选择运算检索关系表中行的子集，而投影运算抽取列的子集。 集合运算 集合并 集合差 集合交 笛卡尔积,1.数据库概述,连接运算 当需要在多个关系表之间进行查询时就要使用连接运算，连接运算可以理解成在笛卡尔积的基础上进行选择运算分为条件连接和自然连接 条件连接 自然连接,1.数据库概述,SQL基础 DDL CREATE DATABASE CREATE TABLE DROP TABLE ALTER TABLE DML INSERT DELETE UPDATE,1.数据库概述,SQL查询 Select ALL |DISTINCT, FROM ,WHERE GROUP BY ,HAVINGORDER BYASC|DESC, ASC|DESC,1.数据库概述,简单查询 列出所有国家的情况 SELECT * FROM COUNTRY DISTINCT和ALL DISTINCT可以去掉重复的元组 比较ALL 和DISTINCT的区别 SELECT DISTINCT CONT FROM COUNTRY SELECT ALL CONT FROM COUNTRY ALL可有可无,1.数据库概述,用AS指定查询结果的自定义列名 SELECT NAME AS 国名,CONT AS 大洲, POP(Millions) AS 人口 FROM COUNTRY 使用WHERE子句 列出首都城市的属性 SELECT * FROM CITY WHERE CAPITAL=Y,1.数据库概述,使用ORDER BY子句 从国家表里查询，按照大洲的升序排列，相同的大洲再按照人口降序排序 SELECT * FROM COUNTRY ORDER BY CONT ASC ,POP(MILLIONS) DESC,1.数据库概述,BETWEENAND 和NOT BETWEEN 查询人均

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