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地图数据模型地图数据模型1第1页，本讲稿共164页第第四四章章地地图图数数据据模模型型2第2页，本讲稿共164页空间数据模型空间数据模型：不同的模型下不同的模型下有不同的空间要素认知、抽象有不同的空间要素认知、抽象和表达方式以及不同的空间关和表达方式以及不同的空间关系定义。系定义。空间数据结构：空间数据结构：不同空间数据不同空间数据模型在计算机内的存储和表达模型在计算机内的存储和表达方式。方式。空间数据组织：空间数据组织：大量计算机化的大量计算机化的空间数据的统一管理方式。空间数据的统一管理方式。现实空间世界现实空间世界空间数据模型空间数据模型空间数据结构空间数据结构组织与管理组织与管理计算机存储计算机存储认知与抽象认知与抽象空间数据库空间数据库3第3页，本讲稿共164页主要内容主要内容:v模型概念模型概念v数据模型数据模型v数据库技术与面向对象技术的结合数据库技术与面向对象技术的结合v地图数据基本表示方法地图数据基本表示方法v空间数据模型空间数据模型v地图数据结构设计地图数据结构设计v地图数据库的数据组织与管理地图数据库的数据组织与管理4第4页，本讲稿共164页4.1 模型概念模型概念一、数据抽象一、数据抽象二、模型二、模型三、模型分类三、模型分类四、地图模型四、地图模型5第5页，本讲稿共164页一、数据抽象一、数据抽象数据库系统是面向计算机的，而应用是面向现实世数据库系统是面向计算机的，而应用是面向现实世界的，两个世界存在着很大差异，要直接将现实世界的，两个世界存在着很大差异，要直接将现实世界中的语义映射到计算机世界是十分困难的，因此界中的语义映射到计算机世界是十分困难的，因此引入一个信息世界作为现实世界通向计算机实现的引入一个信息世界作为现实世界通向计算机实现的桥梁。桥梁。一方面，信息世界是对现实世界的抽象，从纷繁的现实世界一方面，信息世界是对现实世界的抽象，从纷繁的现实世界中抽取出能反映现实本质的概念和基本关系中抽取出能反映现实本质的概念和基本关系;另一方面，另一方面，信息世界中的概念和关系，要以一定的方式映射到信息世界中的概念和关系，要以一定的方式映射到计算机世界中去，在计算机系统上最终实现。信息计算机世界中去，在计算机系统上最终实现。信息世界起到了承上启下的作用。世界起到了承上启下的作用。4.1 模型概念模型概念6第6页，本讲稿共164页现实世界现实世界信息世界信息世界计算机世界计算机世界概念化概念化(数据抽象）数据抽象）形式化形式化（数据模型）（数据模型）用户用户计算机计算机4.1 模型概念模型概念7第7页，本讲稿共164页4.1 模型概念模型概念二、模型二、模型1.1.定义定义 模型是对现实世界的表达或描述，是现实世界的本质反映模型是对现实世界的表达或描述，是现实世界的本质反映或科学抽象，可反映事物的固有特征及其相互联系的运动或科学抽象，可反映事物的固有特征及其相互联系的运动规律。规律。2.2.模型特点模型特点 用能理解的东西表示希望了解的东西用能理解的东西表示希望了解的东西 模型不等于被描述的对象模型不等于被描述的对象 是一种普遍采用的科学研究的方法是一种普遍采用的科学研究的方法8第8页，本讲稿共164页模型举例：模型举例：4.1 模型概念模型概念9第9页，本讲稿共164页模型举例：模型举例：4.1 模型概念模型概念10第10页，本讲稿共164页4.1 模型概念模型概念三、模型分类三、模型分类1.1.模拟模型模拟模型 模拟模型以连续的方式表示对象。模拟模型以连续的方式表示对象。实实物物模模型型建筑物模型建筑物模型地形模型地形模型抽象模型抽象模型三维的三维的图图像像模模型型几何图几何图系统图系统图功能系统图功能系统图二维的二维的11第11页，本讲稿共164页4.1 模型概念模型概念2.2.数字模型数字模型 用离散的、数学的方法表示原型。用离散的、数学的方法表示原型。数学模型数学模型 用数学的形式语言来描述对象。用数学的形式语言来描述对象。数据模型数据模型 是关于数据和联系的逻辑组织形式的表示，是关于数据和联系的逻辑组织形式的表示，是计算机数据处理中较教高层次的数据描述，它独立于任是计算机数据处理中较教高层次的数据描述，它独立于任何的何的DBMS。12第12页，本讲稿共164页。应用应用概念数据模型概念数据模型结构数据模型结构数据模型4.1 模型概念模型概念13第13页，本讲稿共164页v概念数据模型概念数据模型 按用户的观点来对数据和信息建模按用户的观点来对数据和信息建模。用于组织信息世用于组织信息世界的概念，表现从现实世界中抽象出来的事物以及它们界的概念，表现从现实世界中抽象出来的事物以及它们之间的联系。这类模型强调其语义表达能力，概念简单、之间的联系。这类模型强调其语义表达能力，概念简单、清晰，易于用户理解。它是现实世界到信息世界的抽象，清晰，易于用户理解。它是现实世界到信息世界的抽象，是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言。如是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言。如E-RE-R模型。模型。4.1 模型概念模型概念14第14页，本讲稿共164页v结构数据模型结构数据模型 从计算机实现的观点来对数据建模。从计算机实现的观点来对数据建模。是信息世界中是信息世界中的概念和联系在计算机世界中的表示方法。一般有严的概念和联系在计算机世界中的表示方法。一般有严格的形式化定义，以便于在计算机上实现。如层次模格的形式化定义，以便于在计算机上实现。如层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型。型、网状模型、关系模型、面向对象模型。4.1 模型概念模型概念15第15页，本讲稿共164页4.1 模型概念模型概念每一个具体的数据库都由一个相应的数据模型来定每一个具体的数据库都由一个相应的数据模型来定义，数据模型最终成为一组被命名的逻辑数据单位义，数据模型最终成为一组被命名的逻辑数据单位以及它们之间的逻辑联系所组成的全体；以及它们之间的逻辑联系所组成的全体；每一种模型以不同的数据抽象与表示能力来反映客观事每一种模型以不同的数据抽象与表示能力来反映客观事物，有其不同的处理数据联系的方式；物，有其不同的处理数据联系的方式；建模的目的是以最佳的方式反映本部门的业务对象及信建模的目的是以最佳的方式反映本部门的业务对象及信息流程，或以最佳的方式为用户提供访问数据库的逻辑息流程，或以最佳的方式为用户提供访问数据库的逻辑接口接口。16第16页，本讲稿共164页4.1 模型概念模型概念四、地图模型四、地图模型 地图模型是建立在严格数学基础之上的现实世界地图模型是建立在严格数学基础之上的现实世界表象的模拟模型，具有物质模型和概念模型两个表象的模拟模型，具有物质模型和概念模型两个方面的特点。方面的特点。v 物质模型物质模型 地图与它所反映的客观世界在结构上存在着极大地图与它所反映的客观世界在结构上存在着极大的相似性，人们可以利用这个模型来分析、观察的相似性，人们可以利用这个模型来分析、观察和认识客观世界及其联系，还可进行分析、量算。和认识客观世界及其联系，还可进行分析、量算。17第17页，本讲稿共164页4.1 模型概念模型概念v概念模型概念模型 地图是客观世界的一种科学抽象，地图上的内容是地图是客观世界的一种科学抽象，地图上的内容是经过制图者思维加工的，有一定的主观因素，用途的经过制图者思维加工的，有一定的主观因素，用途的不同，观察的角度不同，同一客观存在会有不同的概不同，观察的角度不同，同一客观存在会有不同的概念模型。念模型。数字地图是一种数据模型，是用各种不同的数据结构来描数字地图是一种数据模型，是用各种不同的数据结构来描述客观世界的。组织地图数据的方式是多种多样的，因述客观世界的。组织地图数据的方式是多种多样的，因而地图的数据模型有不同的形式。建立合适的地图数据而地图的数据模型有不同的形式。建立合适的地图数据模型，是地图数据库必须解决的重要问题。模型，是地图数据库必须解决的重要问题。18第18页，本讲稿共164页4.1 模型概念模型概念 地图数据模型的设计，实质是地图数据模型的设计，实质是确定地图数据和表示方法，确定数确定地图数据和表示方法，确定数据结构形式及数据文件的组织方式。据结构形式及数据文件的组织方式。19第19页，本讲稿共164页4.2 数据模型数据模型一、概念数据模型一、概念数据模型二、结构数据模型二、结构数据模型三、结构数据模型示例三、结构数据模型示例四、关系数据库四、关系数据库20第20页，本讲稿共164页一、概念数据模型一、概念数据模型 19761976年，年，P.P.S.ChenP.P.S.Chen提出提出-模型（模型（Entity-Entity-Relationship ModelRelationship Model），用），用-图来描述概念模型。图来描述概念模型。观点：观点：世界是由一组称作实体的基本对象和这些对世界是由一组称作实体的基本对象和这些对象之间的联系构成的。象之间的联系构成的。4.2 数据模型数据模型21第21页，本讲稿共164页实体实体(Entity)(Entity)：客观存在并可相互区分的事物叫实体。客观存在并可相互区分的事物叫实体。如学生张三、工人李四、计算机系、数据库概论。如学生张三、工人李四、计算机系、数据库概论。属性属性(Attribute)(Attribute)：实体所具有的某一特性。一个实体可以由若干个属性来实体所具有的某一特性。一个实体可以由若干个属性来刻画。刻画。例如，学生可由学号、姓名、年龄、系、年级等组成。例如，学生可由学号、姓名、年龄、系、年级等组成。域域(Domain)(Domain)：属性的取值范围。属性的取值范围。例如，性别的域为（男、女），月份的域为到的例如，性别的域为（男、女），月份的域为到的整数。整数。4.2 数据模型数据模型22第22页，本讲稿共164页实体型实体型(Entity Type)(Entity Type)：实体名与其属性名集合共同构成实体型。实体名与其属性名集合共同构成实体型。例，学生（学号、姓名、年龄、性别、系、年级）。例，学生（学号、姓名、年龄、性别、系、年级）。注意实体型与实体（值）之间的区别，后者是前者的一个特注意实体型与实体（值）之间的区别，后者是前者的一个特例。例。如如(9808100(9808100，王平，王平，2121，男，计算机系，男，计算机系，2)2)是一个实是一个实体。体。实体集实体集(Entity Set)(Entity Set)：同型实体的集合称为实体集。同型实体的集合称为实体集。如全体学生如全体学生。4.2 数据模型数据模型23第23页，本讲稿共164页码码(Key)(Key)：能唯一标识实体的属性或属性组称作能唯一标识实体的属性或属性组称作超码超码超码超码。超码的任意超集也是超码。超码的任意超集也是超码。其任意真子集都不能成为超码的最小超码称为其任意真子集都不能成为超码的最小超码称为候选候选候选候选码码码码。从所有候选码中选定一个用来区别同一实体集中的不同实从所有候选码中选定一个用来区别同一实体集中的不同实体，称作体，称作主码主码主码主码。一个实体集中任意两个实体在主码上的取值不能相同。一个实体集中任意两个实体在主码上的取值不能相同。如学号是学生实体的码。如学号是学生实体的码。通讯录（姓名，邮编，地址，电话，通讯录（姓名，邮编，地址，电话，EmailEmail，BPBP）4.2 数据模型数据模型24第24页，本讲稿共164页联系联系(Relationship)(Relationship)：实体之间的相互关联。实体之间的相互关联。如学生与老师间的授课关系，学生与学生间有班长关如学生与老师间的授课关系，学生与学生间有班长关系系。联系也可以有属性，如学生与课程之间有选课联系，每联系也可以有属性，如学生与课程之间有选课联系，每个选课联系都有一个成绩作为其属性。个选课联系都有一个成绩作为其属性。同类联系的集合称为联系集。同类联系的集合称为联系集。联系的种类联系的种类实体之间的联系的数量，即一个实体通过一个联系集能与实体之间的联系的数量，即一个实体通过一个联系集能与另一实体集相关联的实体的数目。另一实体集相关联的实体的数目。可以有一对一的（可以有一对一的（1:11:1），一对多的（），一对多的（1:m1:m），多对多的），多对多的（m:nm:n）几种情况。几种情况。4.2 数据模型数据模型25第25页，本讲稿共164页设有两个实体集设有两个实体集E1，E2 v一对一：E1中的一个实体与E2中至多一个实体相联系，并且 E2中的一个实体与E1中至多一个实体相联系。如“职工”与“部门”之间的“管理”联系（假定每个部门只有一个经理，一个职工不能兼任两个部门经理。v一对多：E1中的一个实体与E2中n（n0）个实体相联系，并且 E2中的一个实体与E1中至多一个实体相联系。如“教师”和“学生”之间的“班主任”联系。v多对多：E1中的一个实体与E2中n（n0）个实体相联系，并且 E2中的一个实体与E1中m（m0）一个实体相联系。如“学生”和“课程”之间的“选修”联系。4.2 数据模型数据模型26第26页，本讲稿共164页学生学生课程课程选修选修学号学号姓名姓名系别系别课程名课程名先修课先修课主讲老师主讲老师成绩成绩矩形表示实体集，在框矩形表示实体集，在框内写上实体名内写上实体名椭圆表示实椭圆表示实体的属性体的属性无向边把无向边把实体与其实体与其属性连接属性连接起来起来菱形表示实体间菱形表示实体间的联系的联系将参与联系的实体将参与联系的实体用线段连接用线段连接学学 生生 选选 修修 课课 程程mn联系的联系的数量数量4.2 数据模型数据模型27第27页，本讲稿共164页二、结构数据模型二、结构数据模型 结构数据模型的三要素：结构数据模型的三要素：4.2 数据模型数据模型 数据结构数据结构 数据操作数据操作 数据的约束条件数据的约束条件28第28页，本讲稿共164页1.1.数据结构数据结构 描述系统的静态特性，即组成数据库描述系统的静态特性，即组成数据库 的对象类型。包括：的对象类型。包括：数据本身：数据本身：类型、内容、性质。如网状模型中类型、内容、性质。如网状模型中 的数据项、记录，关系模型中的域、的数据项、记录，关系模型中的域、属性，关系等。属性，关系等。数据之间的联系：数据之间的联系：例如网状模型中的系型例如网状模型中的系型 （Set TypeSet Type）在在数数据据库库系系统统中中一一般般按按数数据据结结构构的的类类型型来来命命名名数数据据模型。模型。4.2 数据模型数据模型29第29页，本讲稿共164页描描述述系系统统的的动动态态特特性性，即即对对数数据据库库中中对对象象的的实实例例允允许许执执行行的的操操作作的的集集合合，包包括括操操作作及及操操作作规规则则。一一般般有检索、更新（插入、删除、修改）操作。有检索、更新（插入、删除、修改）操作。数数据据模模型型要要定定义义操操作作含含义义、操操作作符符号号、操操作作规规则则，以以及实现操作的语言。及实现操作的语言。4.2 数据模型数据模型2.2.数据操作数据操作 3.3.数据的约束条件数据的约束条件 数数据据的的约约束束条条件件是是完完整整性性规规则则的的集集合合，规规定定数数据据库库状状态态及及状状态态变变化化所所应应满满足足的的条条件件，以以保保证证数数据据的的正正确确、有有效效、相容。相容。30第30页，本讲稿共164页三、结构数据模型示例三、结构数据模型示例 4.2 数据模型数据模型 层次模型层次模型 网状模型网状模型 关系模型关系模型31第31页，本讲稿共164页用树结构表示实体之间联系的模型叫层次模型。用树结构表示实体之间联系的模型叫层次模型。树树由由节节点点和和连连线线组组成成，节节点点代代表表实实体体型型，连连线线表表示示两实体型间的一对多联系。两实体型间的一对多联系。树有以下特性：树有以下特性：每每棵棵树树有有且且仅仅有有一一个个节节点点无无父父节节点点，此此节节点点称称为树的根（为树的根（RootRoot）。）。树中的其它节点都有且仅有一个父节点。树中的其它节点都有且仅有一个父节点。4.2 数据模型数据模型1.1.层次模型层次模型32第32页，本讲稿共164页4.2 数据模型数据模型中国中国(面积，面积，人口，总产值人口，总产值)河北省河北省(面积，面积，人口，总产值人口，总产值)河南省河南省(面积，面积，人口，总产值人口，总产值)湖北省湖北省(面积，面积，人口，总产值人口，总产值)信阳市信阳市(面积，面积，人口，总产值人口，总产值)郑州市郑州市(面积，面积，人口，总产值人口，总产值)新乡市新乡市(面积，面积，人口，总产值人口，总产值)33第33页，本讲稿共164页优点：优点：结构简单，易于实现。结构简单，易于实现。缺点缺点：支持的联系种类太少，只支持二元一对多联系。支持的联系种类太少，只支持二元一对多联系。数数据据操操纵纵不不方方便便，子子结结点点的的存存取取只只能能通通过过父父结结点点来进行。来进行。代表产品：IBM的的IMS数据库，数据库，1969年研制成功。年研制成功。4.2 数据模型数据模型34第34页，本讲稿共164页 是一个满足下列条件的有向图：是一个满足下列条件的有向图：可以有一个以上的节点无父节点。可以有一个以上的节点无父节点。至少有一个节点有多于一个的父节点（排除树结构）。至少有一个节点有多于一个的父节点（排除树结构）。4.2 数据模型数据模型2.2.网状模型网状模型信阳市信阳市驻马店市驻马店市武汉市武汉市孝感市孝感市阜阳市阜阳市南阳市南阳市洛阳市洛阳市三门峡市三门峡市宜昌市宜昌市35第35页，本讲稿共164页特点：特点：表达的联系种类丰富。表达的联系种类丰富。结构复杂。结构复杂。DBTG报告：报告：19691969年年，由由美美国国CODASYCCODASYC（Conference Conference On On Data Data System System LanguageLanguage，数数据据系系统统语语言言协协商商会会）下下属属的的DBTGDBTG（Data Data Base Base Task Task GroupGroup）组组提提出出，确确立立了了网网状状数数据据库库系系统统的的概概念、方法、技术。念、方法、技术。4.2 数据模型数据模型36第36页，本讲稿共164页 用二维表来表示实体及其相互联系4.2 数据模型数据模型属性属性(域域)元组元组姓名姓名学号学号年龄年龄系别系别张军张军09701023男男数学系数学系王红王红09702011女女物理系物理系李明李明09708250男男计算机系计算机系 3.3.关系模型：关系模型：37第37页，本讲稿共164页优点：优点：简单，表的概念直观，用户易理解。简单，表的概念直观，用户易理解。非过程化的数据请求，数据请求可以不指明路径。非过程化的数据请求，数据请求可以不指明路径。数数据据独独立立性性，用用户户只只需需提提出出“做做什什么么”，无无须须说说明明“怎么做怎么做”。坚实的理论基础。坚实的理论基础。4.2 数据模型数据模型38第38页，本讲稿共164页四、关系数据库四、关系数据库 4.2 数据模型数据模型 在上述三种数据模型中，由于关系模型概念简单、在上述三种数据模型中，由于关系模型概念简单、清晰，用户易懂易用，有严格的关系数据理论支持，清晰，用户易懂易用，有严格的关系数据理论支持，简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作，因而简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作，因而关系模型在诞生以后发展迅速，很快就成为深受用户关系模型在诞生以后发展迅速，很快就成为深受用户欢迎的数据模型。目前市面上比较流行的数据库系统，欢迎的数据模型。目前市面上比较流行的数据库系统，如如ORACLEORACLE，SYBASESYBASE，SQL SERVERSQL SERVER，FoxProFoxPro等均为关系型数据库。等均为关系型数据库。39第39页，本讲稿共164页 关关系系数数据据库库是是以以关关系系模模型型为为基基础础的的数数据据库库。关关系模型由三部分组成：系模型由三部分组成：数数据据结结构构：在在关关系系模模型型中中，无无论论是是实实体体还还是是实实体体之间的联系均由单一的结构类型即关系来表示。之间的联系均由单一的结构类型即关系来表示。关关系系操操作作：关关系系代代数数（或或等等价价的的关关系系演演算算）中中并并、交交、差差、选选择择、投投影影、连连接接等等。关关系系语语言言的的特特点点是是高高度度的的非非过过程程化化，其其操操作作方方式式的的特特点点是是集集合合操操作作，即即操操作作的的对对象象和结果是集合。和结果是集合。1.1.基本概念基本概念4.2 数据模型数据模型40第40页，本讲稿共164页 关系完整性关系完整性：实体完整性、参照完整性和用户自己定实体完整性、参照完整性和用户自己定义的完整性。实体完整性是保证数据库中记录的唯一性，义的完整性。实体完整性是保证数据库中记录的唯一性，即每个记录的主键不能为空值也不能与其它记录的主键相即每个记录的主键不能为空值也不能与其它记录的主键相同。参照完整性是保证表与表之间语意上的完整性，即当同。参照完整性是保证表与表之间语意上的完整性，即当一个表引用在另一个表中定义的实体时，要保证这个实体一个表引用在另一个表中定义的实体时，要保证这个实体的有效性。这两种完整性是关系模型必须满足的约束条件，的有效性。这两种完整性是关系模型必须满足的约束条件，应该由关系系统自动支持。而用户自定义完整性反映了用应该由关系系统自动支持。而用户自定义完整性反映了用户的要求，是用户自行定义的。户的要求，是用户自行定义的。4.2 数据模型数据模型41第41页，本讲稿共164页 结构化查询语言（结构化查询语言（Structured Query LanguageStructured Query Language，简称，简称SQLSQL）的理论是的理论是19741974年提出的，并在年提出的，并在IBMIBM公司的公司的System RSystem R上实现。由于上实现。由于它功能丰富、使用方式灵活、语言简洁易学等优点，在计算机工业它功能丰富、使用方式灵活、语言简洁易学等优点，在计算机工业界和用户中倍受青睐，很快得以推广。后来，美国国家标准局界和用户中倍受青睐，很快得以推广。后来，美国国家标准局（ANSIANSI）和国际标准化组织（）和国际标准化组织（ISOISO）先后批准）先后批准SQLSQL作为关系数据库作为关系数据库语言的美国及国际标准。至此，语言的美国及国际标准。至此，SQLSQL就成为关系数据库的标准语言，就成为关系数据库的标准语言，关系数据库系统一般都支持标准关系数据库系统一般都支持标准SQLSQL语句。语句。SQLSQL虽虽被被称称为为“查查询询语语言言”，其其功功能能却却包包括括查查询询、操操纵纵、定定义义和和控制四个方面，是一个综合、通用、功能强大的关系数据库语言。控制四个方面，是一个综合、通用、功能强大的关系数据库语言。2.2.结构化查询语言结构化查询语言(SQL)(SQL)4.2 数据模型数据模型42第42页，本讲稿共164页SQLSQL的功能可以分成以下四类：的功能可以分成以下四类：数数据据定定义义：用用于于定定义义和和修修改改数数据据库库对对象象。如如CREATE CREATE TABLETABLE（创建表）、（创建表）、DROP TABLEDROP TABLE（删除表）等。（删除表）等。数数据据操操纵纵：对对数数据据的的增增、删删、改改和和查查询询操操作作。如如SELECTSELECT（查查询询数数据据）、INSERTINSERT（插插入入记记录录）、DELETEDELETE（删删除除记记录）、录）、UPDATEUPDATE（修改数据）等。（修改数据）等。数数据据库库控控制制：控控制制用用户户对对数数据据库库的的访访问问权权限限。如如GRANTGRANT（授予权利）、（授予权利）、REVOKEREVOKE（取消权利）等。（取消权利）等。事事务务控控制制：控控制制数数据据库库系系统统事事务务的的运运行行。如如COMMITCOMMIT（事事务务提交），提交），ROLLBACKROLLBACK（事务回滚）等。（事务回滚）等。4.2 数据模型数据模型43第43页，本讲稿共164页SQLSQL有如下几个比较突出的优点：有如下几个比较突出的优点：一体化：一体化：SQLSQL可以完成包括数据库定义、修改、删除、数可以完成包括数据库定义、修改、删除、数据更新、数据查询等数据库生命周期中的全部活动，给用户据更新、数据查询等数据库生命周期中的全部活动，给用户使用带来很多方便。使用带来很多方便。灵灵活活：SQLSQL有有两两种种使使用用方方式式。一一种种是是联联机机交交互互使使用用，另另一一种种是是嵌嵌入入某某种种高高级级程程序序设设计计语语言言的的程程序序中中。这这两两种种方方式式的的语语法法结结构构是是统统一一的的。这这样样既既给给用用户户带带来来了了灵灵活活的的选选择择余余地地，又又不不会会带带来来不一致的困扰。不一致的困扰。高高度度非非过过程程化化：与与高高级级编编程程语语言言相相比比，SQLSQL对对数数据据库库的的操操作作方方面面是是非非常常有有优优势势的的。使使用用SQLSQL用用户户只只需需提提出出“做做什什么么”，不不用用了了解解实实现现的的细细节节，复复杂杂的的过过程程均均由由系系统自动完成。统自动完成。语言简洁，易学易用。语言简洁，易学易用。4.2 数据模型数据模型44第44页，本讲稿共164页 为为使使数数据据库库设设计计方方法法走走向向完完备备，人人们们提提出出了了规规范范化化理理论论。规规范范化化可可以以使使关关系系的的结结构构简简化化，更更加加有有规规律律，尽尽量量减减少少存存储储冗冗余余，使使数据库设计得更为合理。规范化的目的可以概括为以下几点：数据库设计得更为合理。规范化的目的可以概括为以下几点：保证库中每一个分量都不可再分保证库中每一个分量都不可再分 消除冗余存储，简化检索操作消除冗余存储，简化检索操作 消除插入异常和删除异常消除插入异常和删除异常 关系数据的规范化理论涉及到以下两个问题：关系数据的规范化理论涉及到以下两个问题：数据依赖数据依赖 规规范范化化问问题题考考虑虑的的基基本本出出发发点点在在于于一一个个关关系系的的数数据据项项之之间间存存在在数数据据依依赖赖问问题题。它它是是现现实实世世界界属属性性间间相相互互联联系系的的抽抽象象。关关系系中中数数据据项项之之间间存存在在两种依赖关系：函数依赖和多值依赖。两种依赖关系：函数依赖和多值依赖。3.3.关系数据库规范化理论关系数据库规范化理论4.2 数据模型数据模型45第45页，本讲稿共164页 范式范式范式是对关系的不同范式是对关系的不同数据依赖程度数据依赖程度的要求。的要求。通过模式分解将一个低级范式转换为若干个高级范通过模式分解将一个低级范式转换为若干个高级范式的过程称作规范化（概念的纯粹化）。式的过程称作规范化（概念的纯粹化）。通通常常我我们们按按属属性性间间情情况况来来区区分分关关系系规规范范化化的的程程度度为为：第第一一范范式式（1NF1NF）、第第二二范范式式（2NF2NF）、第第三三范范式式（3NF3NF）、修正的第三范式（修正的第三范式（BCNFBCNF）、第四范式（）、第四范式（4NF4NF）。）。范式之间的关系如下图所示：范式之间的关系如下图所示：4.2 数据模型数据模型46第46页，本讲稿共164页1NF2NF3NFBCNF4NF消除决定因素非键的非平凡函数依赖消除决定因素非键的非平凡函数依赖消消除除非非主主属属性性对对键键的的部部分分函函数数依依赖赖消消除除非非主主属属性性对对键键的的传传递递函函数数依依赖赖消消除除主主属属性性对对键键的的部部分分和和传传递递函函数数依依赖赖消消除除非非平平凡凡且且非非函函数数依依赖赖的的多多值值依赖依赖4.2 数据模型数据模型47第47页，本讲稿共164页4.3 数据库技术与面向对象技术的结合数据库技术与面向对象技术的结合一、一、RDBMSRDBMS的局限的局限二、面向对象技术与数据库技术结合二、面向对象技术与数据库技术结合三、三、DBMSDBMS分类矩阵分类矩阵四、对象四、对象-关系数据库关系数据库五、五、OODBMS vs ORDBMSOODBMS vs ORDBMS48第48页，本讲稿共164页一、一、RDBMSRDBMS的局限的局限 表达能力有限表达能力有限RDBRDB的基本结构是二维表，是一种的基本结构是二维表，是一种平面平面结构，无法结构，无法表达嵌套的信息结构。表达嵌套的信息结构。在在CADCAD等系统中，等系统中，嵌套嵌套大量存在，如机器由很多大量存在，如机器由很多部件构成，每个部件又由多个零件构成。部件构成，每个部件又由多个零件构成。嵌套的嵌套的平面化平面化可以通过模式分解和连接运算实可以通过模式分解和连接运算实现。现。连接在关系数据库中是十分低效的运算。连接在关系数据库中是十分低效的运算。4.3 数据库技术与面向对象技术的结合数据库技术与面向对象技术的结合49第49页，本讲稿共164页类型有限类型有限RDBRDB的类型是系统内置的，用户只能使用固定的几种。的类型是系统内置的，用户只能使用固定的几种。新的应用需要灵活的类型机制，新的应用需要灵活的类型机制，DBMSDBMS应该能够支持用户定应该能够支持用户定义适合自己应用的数据类型。义适合自己应用的数据类型。类型：数据抽象的一种方式，是一组值的集合以及在这组类型：数据抽象的一种方式，是一组值的集合以及在这组值上的操作。值上的操作。提供一组内在的数据类型，如整数、字符等。提供定义新的数据类型的手段。数组：聚合同类型数据；结构：聚合不同类型数据。类型检查4.3 数据库技术与面向对象技术的结合数据库技术与面向对象技术的结合50第50页，本讲稿共164页结构与行为的分离结构与行为的分离RDBRDB中存储的只是实体的数据，而实体的行为则交由中存储的只是实体的数据，而实体的行为则交由应用程序来编码实现。应用程序来编码实现。现实世界中的实体除了数据结构之外，同时还有其自现实世界中的实体除了数据结构之外，同时还有其自身的行为。如学生应该具有选课的行为。身的行为。如学生应该具有选课的行为。实体的行为也是实体的属性，应当同实体紧密结实体的行为也是实体的属性，应当同实体紧密结合，由应用来维护是不适合的。合，由应用来维护是不适合的。4.3 数据库技术与面向对象技术的结合数据库技术与面向对象技术的结合51第51页，本讲稿共164页版本与长事务版本与长事务 多版本支持多版本支持有些应用如CAD、CASE，需要表示单个实体的多个不同时期的版本，以便进行比较和重新设计。要求DBMS能够支持数据的多个版本，并建立自然、方便的管理机制。目前的RDBMS没有哪一个能够支持。长事务长事务当前的有些应用需要锁住某些数据一整天甚或几个星期，以便进行复杂的设计。这与传统的短事务（数秒或数分钟内提交）有很大不同。传统的事务管理机制已不再适合这种要求，需要新的数据一致性维护机制。只有版本问题解决得好，长事务的处理才有希望。只有版本问题解决得好，长事务的处理才有希望。4.3 数据库技术与面向对象技术的结合数据库技术与面向对象技术的结合52第52页，本讲稿共164页面向对象方法面向对象方法面向对象技术引入到数据库系统中面向对象技术引入到数据库系统中面向对象技术与数据库技术结合的途径面向对象技术与数据库技术结合的途径4.3 数据库技术与面向对象技术的结合数据库技术与面向对象技术的结合二、面向对象技术与数据库技术结合二、面向对象技术与数据库技术结合53第53页，本讲稿共164页1.1.面向对象方法面向对象方法 基本思想基本思想：从现实世界中客观存在的事物（对象）出发，以尽从现实世界中客观存在的事物（对象）出发，以尽可能接近人类思维的方式建立模型，对客观事物进行结构模拟和行可能接近人类思维的方式建立模型，对客观事物进行结构模拟和行为模拟。为模拟。基本概念：基本概念：对象、属性、方法、消息、封装、类、继承、对象、属性、方法、消息、封装、类、继承、多继承等。多继承等。4.3 数据库技术与面向对象技术的结合数据库技术与面向对象技术的结合54第54页，本讲稿共164页对象：对象：系统中用来描述客观事物的一个实体，它是构成系统系统中用来描述客观事物的一个实体，它是构成系统的一个基本单位。一个对象由一组属性和对这组属性的一个基本单位。一个对象由一组属性和对这组属性进行操作的一组方法构成。进行操作的一组方法构成。属性属性：用来描述对象静态特征的一个数据项。用来描述对象静态特征的一个数据项。方法：方法：用来描述对象动态特征的一个操作序列。用来描述对象动态特征的一个操作序列。消息：消息：用来请求对象执行某一操作或回答某些信息的要求。用来请求对象执行某一操作或回答某些信息的要求。封装：封装：一种信息隐蔽技术。对象本身就是一种封装，把一组属一种信息隐蔽技术。对象本身就是一种封装，把一组属性和对这组属性进行的操作结合成一个独立的系统单位，性和对这组属性进行的操作结合成一个独立的系统单位，并尽可能隐蔽对象的内部细节。并尽可能隐蔽对象的内部细节。4.3 数据库技术与面向对象技术的结合数据库技术与面向对象技术的结合55第55页，本讲稿共164页类：类：具有相同属性和方法的一组对象的集合，它为属于该具有相同属性和方法的一组对象的集合，它为属于该类的全部对象提供了统一的抽象描述。类的全部对象提供了统一的抽象描述。继承：继承：类构成特殊化层次（类构成特殊化层次（is-a is-a 联系）。联系）。Is-a Is-a 联系中子类的联系中子类的对象拥有其超类的对象的全部属性和方法，称做子类对超对象拥有其超类的对象的全部属性和方法，称做子类对超类的继承。类的继承。多继承：多继承：一个类从多个超类中继承属性和方法的能力。一个类从多个超类中继承属性和方法的能力。对象包含：对象包含：一个（或一些）对象是另一个对象的组成成分（一个（或一些）对象是另一个对象的组成成分（is-is-part-of part-of 联系）联系）。包含其他对象的对象称为复杂对象或复合对象。包含其他对象的对象称为复杂对象或复合对象。4.3 数据库技术与面向对象技术的结合数据库技术与面向对象技术的结合56第56页，本讲稿共164页对象包含举例对象包含举例：车轮车轮车闸车闸齿轮齿轮车架车架辐条辐条轮框轮框轮胎轮胎闸盒闸盒传杆传杆闸线闸线n一个构件可以包含其它构件。一个构件可以包含其它构件。n包含其它对象的对象称为复合对象或复杂对象。包含其它对象的对象称为复合对象或复杂对象。4.3 数据库技术与面向对象技术的结合数据库技术与面向对象技术的结合57第57页，本讲稿共164页4.3 数据库技术与面向对象技术的结合数据库技术与面向对象技术的结合对象继承对象继承 Vs Vs 对象包含对象包含ABCABCis-ais-part-of类类B B中的一个对象也是类中的一个对象也是类A A中的一个对象，它继承中的一个对象，它继承了类了类A A的所有属性，同时的所有属性，同时具有自己的特殊属性，具有自己的特殊属性，以及对所继承的方法提以及对所继承的方法提供自己的实现途径供自己的实现途径。类类A A中中的的一一个个对对象象包包含含类类B B中中的的一一个个对对象象。A A与与B B的的属属性性不不必必类类似似，也也不不必必相相互互继继承承对对方方的的属属性性。类类A A中中的的一一个个对对象象只只能能通通过过类类B B的的方方法来访问法来访问B B中的变量。中的变量。58第58页，本讲稿共164页2.2.面向对象技术引入到数据库系统中面向对象技术引入到数据库系统中 数据库的新应用领域：数据库的新应用领域：4.3 数据库技术与面向对象技术的结合数据库技术与面向对象技术的结合 计算机辅助设计（计算机辅助设计（CADCAD）计算机辅助软件工程（计算机辅助软件工程（CASECASE）多媒体数据库多媒体数据库 办公信