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第一章
1. 数据的特点#xff1a;数据与其语义不可分割
2. 数据库的特点#xff1a;
数据共享数据独立#xff08;程序和数据结构之间相互独立#xff09;减少数据冗余避免数据不一致和加强了数据保护
3. 数据库管理系统DBMS的功能#xff1a;
数据定义功…空间数据库
第一章
1. 数据的特点数据与其语义不可分割
2. 数据库的特点
数据共享数据独立程序和数据结构之间相互独立减少数据冗余避免数据不一致和加强了数据保护
3. 数据库管理系统DBMS的功能
数据定义功能提供数据定义语言(DDL)对数据库、表、索引的定义数据操作功能提供数据操纵语言(DML)实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改)数据库运行控制功能并发控制、安全性检查、完整性约束条件的检查和执行、索引的自动建立数据库的建立和维护功能初始数据的输入、转换数据的存储组织数据库的转储恢复性能监视、分析功能等
4. 数据库系统DBS的构成
数据库数据库管理系统数据库管理员、用户应用程序
5. 数据库系统DBS特点
数据结构化数据的共享性高冗余度低易扩充数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制
6. 数据管理技术
人工管理阶段(20世纪40年代中–50年代中)文件系统阶段(20世纪50年代末–60年代中)数据库系统阶段(20世纪60年代末–现在)
7. 内部结构三级模式两级映像逻辑独立性和物理独立性 三级模式对数据的三个抽象级别 模式外模式子模式或用户模式介于模式与应用之间。同一个模式可以有任意多个外模式。模式与外模式的关系一对多外模式与应用的关系一对多内模式也称存储模式数据物理结构和存储方式的描述。一个数据库只有一个内模式 两级映像在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换 外模式模式映像每一个外模式数据库系统都有一个外模式模式映象定义外模式与模式之间的对应关系保证数据的逻辑独立性模式内模式映像 定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。模式内模式映象是唯一的。保证数据的物理独立性
8. 数据模型
概念模型实体联系法(E-R图法)逻辑模型物理模型
三要素
数据结构数据操作完整性约束条件
9. 常用模型
层次树形结构网状图关系二维表)
10. 关系的完整性约束条件
实体完整性参照完整性用户定义的完整性
第二章
1. 空间数据及特征 空间数据 对空间事物的描述以地球表面空间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一种带有空间坐标的数据空间数据获取方式包括人工统计、仪器测量等必然产生误差 特征 时空特征空间特征、属性特征、时态特征多维特征空间三维与时间维多维属性信息多尺度特征空间多尺度、时间多尺度空间坐标和空间关系变长结构非结构化特征海量数据特征 空间数据类型P9 地图数据影像数据地形数据属性数据 2. 空间数据库SDB的概念和构成
概念描述与特定空间位置相关的真实世界对象的数据集合
构成
空间数据库空间数据管理系统空间数据库应用程序用户
3.五种空间数据的管理模式 文件管理方式二元化空间数据库管理系统全关系型空间数据库管理系统对象关系空间数据库管理系统面向对象空间数据库管理系统 4. 空间信息概念模型 数据模型表示空间参考对象也即要将空间实体抽象为数据模型。 场模型连续对象的描述二维三维不能够对单独对象进行描述 对象模型强调单个对象把空间对象当做空间要素来表达点线面体 网络模型网络状对象的描述 场的组成部分 空间框架构建了场的定义域 连续平面坐标定位离散网格编码定位 场函数属性域 例子中的森林单一场空间框架f(x,y)→属性域冷杉橡树松树 场操作 局部操作聚焦操作区域操作 5. 拓扑操作几何不变性、九交矩阵描述 第三章 第四章
1. 关系模型的三要素 1.8
集合运算并、交、差、笛卡尔积专门的关系运算选择、投影、连接、除五种基本并、差、笛卡尔积、选择、投影
2. 关系的性质了解 列是同质的同一属性名下的诸属性是同类型数据且必须来自同一个域 不同列属性必须有不同属性名 列、行的次序无所谓、可以任意交换 任意两个元组不能完全相同 不允许“表中套表”即分量必须取原子值每一个分量必须是不可分的数据项
3. 关系代数的写法 !-- 写关系代数 -- 4. SQL语句的写法 !-- SQL语句 -- 5. SQL的特点非过程化了解
一体化特点。高度非过程化。语言简洁易学易用。统一的语法结构对待不同的工作方式。面向集合的操作方式。SQL语言可以对两种基本数据结构进行操作一种是“表”另一种是“视图(View)”。
6. 数据定义的命令 表 createAlter ( add, drop, modify修改 )drop 视图 create( update, delete, Insert )drop 索引 createdrop× 第五章
1. E-R图 带象形图的E-R图将对象插在方框内的微缩图 2. 扩展SQLSQL3和SQL99版本有了用户自定义类型
对象关系数据库
关键特性就是支持SQL3/SQL99。SQL3中支持用户自定义数据类型。空间数据库就是要研究SQL3/SQL99对标准SQL语言进行扩展从而操纵和获取空间数据。
3. OGIS联盟 标准操作8种 P74-75 拓朴/集合运算 Equal如果两个几何体完全相同返回真Disjoint两个几何体内部和边界都不相交返回真Intersect两几何体相交则返回真Touch两几何体边界相交则返回真Cross如果线和面的内部相交则返回真Within给定几何内部不和另一几何的外部相交返回真Contains判断给定几何体是否包含另一几何体Overlap如果两几何体内部有非空交集返回真 4. 创建空间表 CREATE TABLE Country(Name varchar(35) Primary key, Pop Integer, GDP doubleLife FLOAT,Shape Polygon)5. 空间查询 P76 第五章PPT P52 第六章
1. 物理、空间模型实现逻辑模型
2. 存储架构
主存提升性能——速度很快纳秒级但关电源后存储内容丢失二级存储设备存储数据——速度慢微秒级但存储内容不受电源的影响三级存储设备存储备份——速度更慢存储内容不受电源影响往往存储容量非常大。
3. 磁盘物理结构
盘片物理圆形磁片磁道盘片上的同心圆磁道密度决定容量柱面所有盘片上的直径相同的磁道扇区组成页面存储的最小单位有扇区号页面磁盘和主存间的最小传输单位一般为扇区的整数倍
4. 存取时间和构成ts、tt、tl 寻道时间移动磁头到相应磁道上的时间ts延迟时间要读取页面旋转到磁头下的时间tl传输时间磁头读或写相应数据的时间tttstltttt一般在初始时固定但ts和tl可能通过优化策略缩短。 5. 主存上缓冲区管理器及缓冲策略 DBMS模块先进先出
缓冲区管理器 DBMS的一个软件模块负责缓冲区空间分配调度的子系统 缓冲区替换策略 最近使用LRU 替换出最长时间没有读或写过的块 先进先出FIFO 替换出被同一个块占用时间最长的缓冲块 “时钟”算法 LRU的一个常见的、有效的近似 系统控制 查询优化器或者其它的DBMS部件可以给缓冲区管理器提供建议来避免象LRUFIFO或者时钟这样的严格的策略可能引起的问题
6. 根据存储容量从小到大采用什么存储策略 从小到大 同一扇区相邻扇区 同一个磁道同一柱面 减少存到时间相邻柱面 7. 文件结构 PPT P33
无序堆文件顺序文件散列文件聚类文件用于空间数据存储
8. 空间填充曲线过程 !-- 画图 -- Z曲线hilbert 9. 空间数据的组织 横向分幅标准分幅或区域分幅等 标准经纬度分块矩形分块任意区域多边形分块 !--小比例尺按经纬线分幅大比例尺地图按矩形分幅。-- 纵向分层 专题分层 每个图层对应一个专题包含某一种或某一类数据。如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。 时间序列分层 把不同时间或不同时期的数据作为多个数据层。 地面垂直高度分层 把不同垂直高度的数据作为一个数据层。 分层分块索引 金字塔含义和性质分辨率变、范围不变、每块不同 核心对遥感影像进行分层、分块 分层就是把原始影像数据按照不同分辨率进行管理具体就是把分辨率高的影像层依次通过重采样算法生成其上层的影像数据。分块是对分层之后的影像数据按照设定好的影像块进行分割存储。分块之后只需要将需要显示和处理的若干个影像块数据读入内存而并非未分块前的一整幅影像。最后对每层的影像块分块大小相等统一组织存储。 性质 从底层到顶层分辨率越来越低但表示的空间范围不变。一般采用固定大小通常取2的幂次方的分块方法。目前建立影像数据库多采用数据块大小为 128×128或 256×256。 !--影像的尺寸越来越小但描述的空间范围是不变的最终分辨率降低。--
10. B-数和B数 --》R树 B-树是一种平衡的多路查找树m阶树 根结点或者是叶子或者至少有两棵子树至多有m棵子树除根结点外所有非终端结点至少有m/2棵子树至多有m棵子树所有叶子结点都在树的同一层上每个结点应包含如下信息 (nA0K1A1K2A2… KnAn) 其中Ki(1≤i≤n)是关键字且KiKi1 (1≤i≤n-1)Ai(i01… n)为指向孩子结点的指针且Ai-1所指向的子树中所有结点的关键字都小于Ki Ai所指向的子树中所有结点的关键字都大于Ki n是结点中关键字的个数且m/2)-1≤n≤m-1n1为子树的棵数。 B- 树3阶4阶5阶根结点子树2-32-42-5根/非终端结点子树2-32-43-5根/结点中关键字1-21-32-4根结点中关键字1-21-31-4 B树 从最小关键字顺序查找 从根结点开始随机查找 每个结点至多有m个子结点除根结点和叶结点外其它每个结点至少有m/2 个子结点若根结点不是叶子结点则至少有两个子结点所有的叶结点在同一层 B 树3阶4阶5阶根结点子树2-32-42-5根/非终端结点子树2-32-43-5根/结点中关键字2-32-43-5根结点中关键字1-31-41-5
11. 什么是空间索引 空间索引依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构。 基本思想近似体的使用 常见的空间索引 对象范围索引两级过滤 初次过滤根据空间要素外包矩形来过滤掉大部分不在查询范围的空间要素第二级过滤则用查询空间范围直接和初次过滤结果集中空间要素的二进制边界坐标比较从而得到查询的准确结果 !-- 没有真正的空间索引文件而是为空间对象添加外接矩形依靠空间计算能力判别 -- !-- 查询时仍需要对整个空间对象进行检索某些对象可以通过矩形范围直接判别 -- !-- 该方法仍需要花费大量时间进行空间检索计算机处理速度加快弥补了效率的要求 -- 格网索引固定网格结构固定网格结构是固定的它的目录稀疏而巨大 !-- 将研究区域用横竖线条划分大小相等或不等的格网记录每一个格网所包含的空间实体 -- !-- 空间查询时首先计算出用户查询对象所在格网然后在该网格中快速查询所选空间实体 -- 第一阶段RDBMS完成 接收SQL语句获取空间过滤器的封装边界检测空间过滤器的封装边界跨越的网格到空间索引表中检索出封装边界所在网格内的要素 第二阶段几何过滤器的封装边界与第一阶段检索出的要素的边界相比较找出具有重叠关系的要素 第三阶段几何过滤器的坐标与第二阶段检索出的要素的边界比较找出边界在几何过滤器内的要素 第四阶段几何过滤器的坐标与第三阶段检索出的要素的坐标比较找出最终在几何过滤器内的要素类 格网索引网格文件 四叉树索引 在建立四叉树索引时根据所有空间对象覆盖的范围进行四叉树分割使每个子块中包含单个实体然后根据包含每个实体的子块层数或子块大小建立相应的索引。 R树索引 根结点到每一个叶结点的深度相等 。树中每个非叶结点有n到M个子结点M 对特定的树是固定的(阶数)。2 n M/2 12.对象范围索引中有一个检索关系式
空间对象被检索 Xmax ≥ XW and Xmin≤XE AND Ymax ≥ YS and Ymin≤YN
空间对象不被检索Xmax ≤ XW OR Xmin ≥ XE OR Ymax ≤ YS OR Ymin ≥YN 13. 网格文件索引 !-- 画图 -- 根据空间维度划分k维空间。将平面索引空间划分为相等或不等的一些小方格网。与每个格网相关联的空间目标存储到同一磁盘页面桶或多个磁盘页面溢出桶。页面的访问地址通过格网的线性标量数组下标求得。线性标量是空间目标实际坐标按照线型比例生成的索引。 14. R树特征(10-12条) 每个叶结点包含m至M条索引记录(其中mM/2 )一个叶结点上的每条索引记录了最小外包矩形。每个非叶结点都有m至M个子结点。对于非叶结点中的每个条目包含其子结点中矩形的最小外包矩形。根结点至少有两子结点。所有叶结点出现在同一层。所有MBR的边与一个全局坐标系的轴平行。 R树允许结点相互覆盖,这种交叠可以使R树保持较高的空间利用率和保持树的平衡。过多交叠可能会造成查询效率的降低,最坏的情况下对某一对象的查询可能造成对整个树的搜索。R树搜索的性能取决于两个参数覆盖和交叠。 树的某一层覆盖是指这一层所有节点的MBR所覆盖的全部区域。 若想要得到一个高效的R树覆盖和交叠都应该很小。 15. 最优R树画法 !-- 画图 -- 第七章
1. 策略 选择运算尽可能先做投影运算和选择运算同时进行把投影运算同其前后的双目运算结合执行执行连接运算前进行适当的预处理选择运算和笛卡尔积运算结合成连接运算找出公共子表达式避免重复运算 2. 空间操作的两步处理过滤步骤、精炼步骤
练习题
数据库系统的特点是数据共享、数据独立、减少数据冗余、避免数据不一致和加强了数据保护。数据库管理系统DBMS是系统软件数据库管理系统能实现对数据库中数据的查询、插入、修改和删除等操作这种功能称为数据操纵功能在数据库的三级模式结构中描述数据库中全体数据的全局逻辑结构和特征的是模式数据库系统的数据独立性是指不会因为数据的变化而影响应用程序数据库类型是按照数据模型来划分的一组具有相同数据类型的值的集合称为域在数据库中存储的是数据以及数据之间的联系按所使用的数据模型来分数据库可分为层次、关系和网状三种模型在数据库设计中用关系模型来表示实体和实体之间的联系。关系模型的结构是二维表结构在关系模型中实现关系中不允许出现相同的元组的约束是通过主键关系模型由数据结构、关系操作集合和完整性约束三部分组成
