chp8工程数据处理与交换

11.5.2本课程的内容土木工程CAD技术基础CAD基础知识CAD系统基本原理土木工程CAD相关技术土木工程CAD系统设计第1章引言第2章CAD系统概论第3章计算机图形技术第4章AutoCAD应用技术第5章三维几何造型第6章人机交互技术第7章工程分析与优化设计第8章工程数据处理与交换第9章土木工程CAD系统开发第10章现代CAD技术参照“教学日历”2第8章工程数据处理与交换8.1概述8.2工程数据处理8.3CAD系统数据交换38.1概述数据在工程设计中起重要作用在设计过程中需要用到一些数据设计结果以数据形式保存在文件或数据库中数据处理（DataProcessing）对已知数据进行处理，获得便于使用的数据数据交换（DataExchange）将从一个应用软件获得的数据用于其他应用软件48.2工程数据处理8.2.1需要处理的工程数据在工程设计过程中，经常使用如下数据1.表格形式的数据2.线图形式的数据3.设计结果数据4.设计标准和规范在CAD系统中，需要由计算机高效、快速、准确处理这些数据56钢筋混凝土偏心受压柱承载力线图N（kN）N·η·ei7工程数据的处理方法主要分为3类1.程序化2.使用数据文件进行处理3.使用数据库进行处理88.2.2工程数据的程序化主要分为两类1.表格（Table）数据程序化2.线图（Chart）数据程序化98.2.2.1表格数据程序化把表格数据转化成程序代码两种方式1.以数组形式存储表格数据，然后用查表或插值方法得到所需数据2.用数据拟合方法将表格数据拟合成公式，编入程序来计算出所需数据1011插值问题（InterpolationProblem）对于上表给出列表函数y=f(x)，当自变量为结点的中间值x时，由于在表中找不到对应的y值，可采用插值法求出其函数值xx1x2x3…xn-1xny(x)y1y2y3…yn-1yn12插值方法主要有：1.线性插值2.抛物线插值131.线性插值给定x，求其函数值y插值步骤为：选取两个相邻的自变量xi与xi+1，且xixxi+1过(xi，yi)和(xi+1，yi+1)两点连直线g(x)代替原函数f(x)，则1111()()()()iiiiiiiixxxxyyyxxxxXY(xi+1,yi+1)(xi,yi)xy142.抛物线插值给定x，求其函数值y过三点作抛物线g(x)，则比较：比线性插值精度高，关键要根据插值点在附近选取合适的3个点111111111111111()()()()()()()()()()()()iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiixxxxxxxxyyyxxxxxxxxxxxxyxxxxXY(xi+1,yi+1)(xi-1,yi-1)x(xi,yi)y15数据拟合方法从离散点求出一个代表性的表达式最常用的数据拟合方法为最小二乘法（LeastSquaresMethod）4.1.5.2中介绍的曲线拟合也是一种数据拟合方法16最小二乘法设待拟合的点为(x1，y1),(x2，y2),(x3，y3),···,(xm，ym)设拟合公式y=f(x)，通常选择初等函数，如代数多项式、幂函数、指数函数、对数函数等应该使每个结点处的偏差ei=f(xi)-yi,(i=1,2,…m),偏差的平方和为最小2211minmin(())mmiiiiiefxyXY(x1,y1)x(xi,yi)(xm,ym)y=f(x)17如用多项式来拟合偏差的平方和为使上式的导数等于零，求出φ为极小值时的a0，a1，a2，…，an值，便可得到多项式f(x)20120()...nnjnjjfxaaxaxaxax),...,,,(][210211nijminjjaaaayxa188.2.2.3线图数据程序化把线图数据转化成程序代码分为3种情况1.找到线图原有公式，将公式编入程序2.将线图离散化，形成表格数据，用插值法进行处理3.用曲线拟合方法求出线图的经验公式，再将公式编入程序19钢筋混凝土偏心受压柱承载力线图208.2.3使用数据文件进行处理以数据文件形式，将工程数据存储在外部设备中，当需要时在应用程序中进行调用e.g.把混凝土强度设计值存储在数据文件中21工作模式应用程序通过某种存取方法直接对数据文件进行操作应用程序1文件1应用程序2文件2存取方法应用程序n文件n22特点1.文件为特定的应用需要而建2.文件结构与应用程序密切相关3.文件的逻辑结构与物理结构可以清晰分开4.文件中的数据可以长期保存、反复处理，易于查询、插入、修改和删除5.文件系统设计简单23文件的分类1.顺序文件（SequentialFile）2.索引文件（IndexFile）3.散列文件（HarshFile）4.链表文件（ListFile）248.2.3.1顺序文件是数据的物理存储顺序与逻辑顺序一致的文件可分为：1.无序顺序文件2.有序顺序文件251.无序顺序文件组成文件的记录没有任何次序规律，只是按写入的先后顺序进行存储查找方法顺序扫描法，即扫描整个文件，直至找到所需记录为止262.有序顺序文件组成文件的记录是根据某一属性值的次序排列表示属性的字段称为关键字，即组成文件的记录按照某个关键字递增（减）的顺序进行存储查找方法A.折半查找法B.分块查找法27A.折半查找法当记录按关键字递增或递减时将整个文件作为查询区域，将所需查找的关键字k与查找区中间点记录的关键字km进行比较当k=km时，该记录即为所要查的记录；当kkm时，取查询区的前半部分为查询区,找到中间记录，进行比较；当kkm时，取查询区的后半部分为查询区，找到中间记录，进行比较；重复同样处理，直至找到所需记录kmk？28B.分块查找法当记录按关键字递增或递减时把文件分成若干块，块的大小为文件记录总数的平方根；依次扫描每块的最后一个记录的关键字，直至找到大于要查找记录的关键字，从而断定要查找记录所在的块；继续查找此块，直至找到所需记录为止。k？29顺序文件的特点1.存储空间连续，占用存储空间少2.连续存取记录速度快3.记录的插入、修改及删除比较困难问题如何编程实现？30318.2.3.2索引文件为提高顺序文件查找速度,采用索引表，构成索引文件索引表即把所有顺序文件记录的关键字以及对应的入口地址保存在一个文件中e.g.字典查找方法先在索引表中找到需要查找的关键字，根据其提供的指针找到所需的记录32利用索引文件后的特点1.查找效率高2.物理结构独立于逻辑结构，便于修改338.2.3.3散列文件是一种直接存取文件的方法将记录的关键字直接转换成记录的相应地址特点存取速度高，便于修改348.2.3.4链表文件是利用链表形式组织起来的数据文件记录的物理存储顺序与逻辑顺序可以不一致每一个记录上增设一个指向下一个记录的存储地址指针多重链表的组织方式常用于根据多个关键字来访问某条记录单向链表作为相邻结点地址，只提供下一个结点的地址351249headA13561249B14751356C10211475Dnull1021必要的操作建立链表、插入结点、删除结点、输出链表等-面向对象程序设计来自面向对象程序设计36多重链表方式的设计方法1.文件的每个记录上增加n个指针项，每个指针项指向包含相应关键字的下一个记录的地址。2.分别建立每个关键字的索引表，根据索引表查询记录。37链表文件的特点便于处理具有复杂结构的数据388.2.4使用数据库进行处理使用数据库，将工程数据存储在外部设备中，需要时进行调用数据库是在数据文件基础上发展起来的一门新型数据管理技术定义是按一定数据模型组织、存储和使用的数据集合，用于可靠地管理大量持久的共享数据，可满足组织中多用户的不同需要。39工作模式在应用数据库的系统中，应用程序通过数据库管理系统对数据库进行操作应用程序1应用程序2应用程序n数据库管理系统数据库……40特点1.数据的独立性，即以数据为中心，通过数据库管理系统把应用程序与数据库分开2.数据存储结构化，即不仅描述数据本身，还描述数据之间的关系，便于实现数据共享3.可保证数据的完整性和安全性，非用户不可使用和修改数据4.可减少数据冗余418.2.4.1数据库的数据模型现有的主要数据模型包括1.层次数据模型2.网状数据模型3.关系数据模型4.面向对象数据模型根据数据模型的不同，数据库分为层次数据库、网状数据库、关系数据库和面向对象数据库421.层次数据模型（HierarchicDataModel）用树结构来描述数据库的总体逻辑结构，体现了记录之间“一对多”的关系特点A.逻辑结构清楚而简单；B.易实现、易修改、易扩充；C.对于复杂的数据关系，容易造成数据重复存储432.网状数据模型（NetworkDataModel）用网状数据结构来描述数据库的总体逻辑结构，在其中，通常用指针链接来实现数据间的连接，体现记录之间“多对多”的关系特点A.数据间可任意连接，可用以描述复杂数据关系B.可避免数据的重复存储443.关系数据模型（RelationalDataModel）将数据的逻辑结构归结为二维表形式每个表赋予一个名字；表中的每一行是一个记录，对应一个元素组，又称为“元组”，代表一个实体；表中每一列代表一个属性，又称为“字段”；表中每个记录通过一个或一组属性来标识，称为该记录的“关键字”，又称为“码”。45关系数据模型举例ID房间名称1房间12房间23房间34库房5设备间……ID家具名称价格1床5002床5003床5004桌2505椅40………房间家具ID房间ID家具ID111212324425523………房间家具46关系模型的运算A.作为集合的运算：交、并、差B.专门运算：筛选、投影、连接、汇总e.g.针对上例的运算结果家具名称数量总价床63000椅6240桌2500合计3740房间名称家具价格房间12410房间2133047关系数据模型的特点1.实体及实体间的联系均用表描述，或通过在表之间建立关系来描述；2.关系数据模型将数据以一定的表的形式存入库中，应用时通过各种运算来检索或组合某些相关数据；3.数据的重复存储率低，修改存取方便；4.难以存储具有复杂结构的数据。484.面向对象数据模型（Object-OrientedDataModel）是对象模型在外部存储的中实现498.2.4.2数据库管理系统缩写为DBMS（DatabaseManagementSystem）用于对数据库的定义和操作主要功能包括1.数据定义：数据库、表、索引2.数据操作：查询、更新（增、删、改）3.运行控制：并发控制、安全性检查、数据库恢复4.建立和维护：数据输入、性能监视、分析50以MicrosoftAccess2007为例关系型数据库管理系统实现前述的关系数据模型的典型操作演示1.建立数据库2.建立表3.建立关系4.输入数据5.建立查询6.建立报表511.建立数据库52数据库建立后532.建立表54表建立后553.建立关系56关系建立后574.输入数据585.建立查询59形成的查询的内容606.建立报表61建立的报表思考关系数据库软件Access与电子表格软件Excel相比，有何相同之处，又有何不同之处？62638.2.4.3数据库的设计包括以下步骤1.概念设计2.逻辑设计3.物理设计641.概念设计从应用角度分析数据及其处理要求和约束，建立一个反映应用要求的概念模式，即概念模型包括A.进行数据抽象，抽象出对象，并建立对象层次及其相互之间的联系；B.进行应用视图（查询）设计，经视图集成得到一个能支持各种应用需求的统一信息结构。65E-R方法（Entity-RelationMethod）用于概念设计其基本语义单位是实体和联系，通过简单的图形（E-R图形）描述数据及其联系A.实体：所描述的对象，用方框表示；B.联系：实体之间的联系，用菱形框表示；C.属性：实体或联系的属性，用椭圆形框表示；D.实体与联系之间用线段相连，并标注联系的类型：1:1一对一，1:N一对多，M:N多对多E.可用某个属性唯一标识一个实体，