数据库在测量中的应用第一讲

数据库在测量中的应用孙立双第一章数据库系统概述当今时代是信息技术飞速发展的时代。而作为信息技术主要支柱之一的数据库技术在社会各个领域中有着广泛的应用。对信息进行收集、组织、存储、加工、传播、管理和使用都以数据库为基础，利用数据库可以为各种用户提供及时的、准确的、相关的信息，满足这些用户的各种不同的需要。数据库技术研究的问题是：如何科学地组织和存储数据，如何高效地获取和处理数据，如何更广泛、更安全地共享数据。第一章数据库系统概述1.1信息、数据和数据处理理解信息、数据、数据库之间的关系。1信息1）定义：信息是关于现实世界事物的存在方式或运动状态的反映的综合，具体说是一种被加工为特定形式的数据，但这种数据形式对接收者来说是有意义的，而且对当前和将来的决策具有明显的或实际的价值。如:“2000年硕士研究生将扩招30%”，对接受者有意义，使接受者据此作出决策。2）信息的特征如信息可以通过报纸、电台、电视、计算机网络进行传递。信息是可以感知的，人类对客观事物的感知，可以通过感觉器官，也可以通过各种仪器仪表和传感器等，不同的信息源有不同的感知形式。如报纸上刊登的信息通过视觉器官感知，电台中广播的信息通过听觉器官感知。信息是可存储、加工、传递和再生的。动物用大脑存储信息，叫做记忆。计算机存储器、录音、录像等技术的发展，进一步扩大了信息存储的范围。借助计算机，还可对收集到的信息进行取舍整理。第一章数据库系统概述1.数据的定义数据是用来记录信息的可识别的符号，是信息的具体表现形式。2.数据的表现形式可用多种不同的数据形式表示同一信息，而信息不随数据形式的不同而改变。如“2000年硕士研究生将扩招30%”，其中的数据可改为汉字形式“两千年”、“百分之三十”。数据的概念在数据处理领域中已大大地拓宽了，其表现形式不仅包括数字和文字，还包括图形、图象、声音等。这些数据可以记录在纸上，也可记录在各种存储器中。第一章数据库系统概述数据包括数字、文字、声音、图形、图像等用数据描述的现实世界中的对象可以是实在的事物，如描述一个学生的情况可用学号、姓名、性别、年龄、系别、入学时间等，则可以这样描述：（80102、赵文、男、22、计算机系、2003）这里的学生记录就是数据。第一章数据库系统概述数据是信息的符号表示或载体，信息则是数据的内涵，是对数据的语义解释。如上例中的数据2000、30%被赋予了特定的语义，它们就具有了传递信息的功能。3.数据处理数据处理是将数据转换成信息的过程，包括对数据的收集、存储、加工、检索、传输等一系列活动。其目的是从大量的原始数据中抽取和推导出有价值的信息，作为决策的依据。可用下式简单的表示信息、数据与数据处理的关系：信息=数据+数据处理数据是原料，是输入，而信息是产出，是输出结果。“信息处理”的真正含义应该是为了产生信息而处理数据。第一章数据库系统概述1.2.2数据库(DataBase，简称DB)数据库是长期存储在计算机内有组织的共享的数据的集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存。数据库特点：⑴集成性⑵共享性1.2数据库技术的发展随着计算机硬件和软件的发展，计算机数据管理方法至今大致经历了四个阶段：人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段和高级数据库阶段。第一章数据库系统概述第一章数据库系统概述1.2.1人工管理阶段这个阶段数据管理的特点如下：⑴数据不保存⑵系统没有专用的软件对数据进行管理⑶数据不共享⑷数据不具有独立性程序与数据之间的关系可用图1-1表示：应用程序1数据组1应用程序2数据组2数据组n应用程序n┇┇图1-1人工管理阶段第一章数据库系统概述1.2.2文件系统阶段用文件系统管理数据的特点如下：⑴数据以文件形式可长期保存下来⑵文件系统可对数据的存取进行管理⑶文件组织多样化⑷程序与数据之间有一定独立性与人工管理阶段相比，文件系统阶段对数据的管理有了很大的进步，但一些根本性问题仍没有彻底解决，主要表现在以下三方面：第一章数据库系统概述例1.1】某学校利用计算机对教职工的基本情况进行管理，各部门分别建立三个文件：职工档案文件、职工工资文件和职工保险文件。每一职工的电话号码在这三个文件中重复出现，这就是“数据冗余”。若某职工的电话号码需要修改，就要修改这三个文件中的数据，否则会引起同一数据在三个文件中不一样；产生的原因主要是三个文件中数据没有联系。第一章数据库系统概述1.2.3数据库系统阶段数据库系统管理数据的特点如下：⑴数据结构化数据结构化是数据库与文件系统的根本区别。【例1.2】要建立学生成绩管理系统，系统包含学生（学号、姓名、性别、系别、年龄）、课程（课程号、课程名）、成绩（学号、课程号、成绩）等数据，分别对应三个文件。第一章数据库系统概述⑵数据共享性高、冗余少，易扩充⑶数据独立性高数据的独立性是指数据的逻辑独立性和数据的物理独立性。⑷有统一的数据控制功能数据库管理系统提供四方面的数据控制功能：①数据的安全性（security）控制②数据的完整性(integrity)控制第一章数据库系统概述③并发（concurrency）控制④数据恢复（recovery）数据库系统阶段，程序与数据之间的关系可用图1-3表示。应用程序1应用程序2应用程序n数据库数据库管理系统第一章数据库系统概述1.3数据库管理系统(DataBaseManagementSystem，简称DBMS)数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，它是数据库系统的核心组成部分。它的主要功能有以下几个方面：⑴数据定义⑵数据操纵⑶数据库运行管理第一章数据库系统概述⑷数据库的建立和维护功能⑸数据通信1.2.4数据库系统(DataBaseSystem，简称DBS)数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、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（见图1-5）。第一章数据库系统概述用户用户用户应用系统应用开发工具数据管理系统操作系统数据库数据库管理员第一章数据库系统概述1.2.5用户(User)用户是指使用数据库的人，即对数据库的存储、维护和检索等操作。用户大致可分为终端用户、应用程序员和数据库管理员。1.终端用户（EndUser）主要是使用数据库的各级管理人员、工程技术人员、科研人员，一般为非计算机专业人员。第一章数据库系统概述2.应用程序员（ApplicationProgrammer）负责为终端用户设计和编制应用程序，以便终端用户对数据库进行存取操作。3.数据库管理员（DadaBaseAdministrator，简称DBA）DBA是数据库所属单位的代表。1.3数据模型数据模型(DataModel)是专门用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息的工具。数据模型应满足三方面要求：一是能比较真实地模拟现实世界；二是容易理解；三是易在计算机上实现。数据模型是数据库系统的核心1.3.1概念模型为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一DBMS支持的数据模型，在实际的数据处理过程中，首先将现实世界的事物及联系抽象成信息世界的信息模型，然后再抽象成计算机世界的数据模型。信息模型并不依赖于具体的计算机系统，不是某一个DBMS所支持的数据模型，它是计算机内部数据的抽象表示，是概念模型；概念模型经过抽象，转换成计算机上某一DBMS支持的数据模型。在数据处理中，数据加工经历了现实世界、信息世界和计算机世界三个不同的世界，经历了两级抽象和转换。这一过程如图1.6所示。现实世界信息世界认识抽象计算机世界图1.6数据处理的抽象和转换过程1.概念模型中的基本概念⑴实体（entity）实体是一个数据对象，指应用中可以区别的客观存在的事物。⑵属性（attribute）实体所具有的某一特性成为属性。⑶实体集（entityset）所有属性名完全相同的同类实体的集合，称为实体集。⑷码（Key）能惟一标识实体的属性或属性集，称为码，有时也称为实体标识符，或简称为键。⑸域（Domain）属性的取值范围称为该属性的域（值域）⑹实体型（EntityType）实体集的名及其所有属性名的集合，称为实体型。2．概念模型中实体的联系(Relationship)在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，这些联系在信息世界中反映为实体（型）内部的联系和实体（型）之间的联系。实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系，实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。两个实体集之间的联系可归纳为以下三类：⑴一对一联系(1:1)如果对于实体集E1中的每个实体，实体集E2至多有一个（也可没有）实体与之联系，反之亦然，那么实体集E1和E2的联系称为“一对一联系”，记为“1:1”（见图1-7所示）。图1－7两个实体集之间的联系实体集E1实体集E2座位E1乘客E2联系名11拥有11⑵一对多联系(1:n)如果实体集E1中每个实体可以与实体集E2中任意个（零个或多个）实体间有联系，而E2中每个实体至多和E1中一个实体有联系，那么称E1对E2的联系是“一对多联系”，记为“1:n”(见图1-8所示)。实体集E1实体集E2E1E2车间工人联系名1n拥有1n图1-8两个实体集之间的联系(1:n)⑶多对多联系(m:n)如果实体集E1中每个实体可以与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系，反之亦然，那么称E1和E2的联系是“多对多联系”，记为“m:n”(见图1-9所示)。实体集E1实体集E2E1E2学生课程联系名mn选修mn图1-9两个实体集之间的联系(m:n)3．概念模型的表示方法概念模型的表示方法很多，其中广泛被采用的是实体联系模型(Entity—RelationshipModel)。它是由PeterChen于1976年在题为“实体联系模型：将来的数据视图”论文中提出的，简称为E-R模型。⑴E-R模型的要素E-R模型的主要的元素是：实体集、属性、联系集，其表示方法如下：①实体用方框表示，方框内注明实体的命名。②属性用椭圆形框表示，框内写上属性名，并用无向连线与其实体集相连，加下画线的属性为标识符。③联系用菱形框表示，并用线段将其与相关的实体连接起来，并在连线上标明联系的类型，即1:1、1:n、m:n。因此，E-R模型也称为E-R图。E-R图(E-Rdiagram)是用来描述实体集、属性和联系的图形。图中每种元素都用结点表示。用实线来连接实体集与它的属性以及联系与它的实体集。【例1.4】图1-12是一个E-R图，表示一个简单的电影数据库。实体集是电影、影星和制片公司。电影实体集有三个属性：电影名、电影制作日期、片长。另外两个实体集影星和制片公司正好有两个相同的属性：名称和地址。图中还有两个联系：•签约是电影及其影星的联系。因此这也是影星及其参演电影的联系。拥有是电影及其所属电影公司的联系。电影影星制片公司签约拥有电影名日期片长地址名称地址名称图1-12电影数据库的实体联系图⑵建立E-R图建立E-R图的步骤：①确定实体和实体的属性；②确定实体和实体之间的联系及联系的类型；③给实体和联系加上属性。注：如何划分实体及其属性有两个原则可参考：一是属性不再具有需要描述的性质。属性在含义上是不可分的数据项。二是属性不能再与其他实体集具有联系，即E-R模型指定联系只能是实体集间的联系。例如，教师是一个实体集，可以有教师编号、姓名、性别等属性，工资若没有进一步描述的特性，则工资可作为教师的一个属性。但若涉及到工资的详细情况，如基本工资、各种补贴、各种扣除时，它就成为一个实体集。如图1-15所示。教师编号姓名性别年龄工资图1-15工资由属性变为实体集基本工资教师编号姓名性别年龄工资工资号补贴1拥有1扣除1.3.2数据模型1.数据模型的组成要素数据模型是数据库系统的核心和基础，任何DBMS都支持一种数据模型。数据模型通常由数据结构、数据操作