Transcript Prostorové databáze, prostorové indexy

Veronika Sládková, H2KNE1

Databáze:
▪ Stálá data využívaná aplikačními systémy dané instituce
(u klasických databází strukturovaná)
▪ Integrovaná, sdílená, bezpečná

Databázový systém zahrnuje:
▪
▪
▪
▪
Technické prostředky
Data
Programové vybavení
Uživatele


Obsahuje datové modely( kolekce
konceptuálních nástrojů pro popis objektů)
Dělíme na dvě skupiny:
 Logické modely – modely založené na objektech
- modely založené na záznamech
 Modely fyzických dat – popisují data na fyzické
úrovni

Logické modely:
 Relační model dat – data jsou reprezentované
tabulkami
 Síťový model – vztahy mezi nimi jsou
reprezentovány vazbami – vztah mnohý s mnoha
 Hierarchický model – podobný jako síťový pouze
organizovaný jako stromy

1. Jazyk pro definici dat (DDL)
▪ Specifikace schématu databáze
▪ Výsledkem jsou informace uložené ve slovníku dat

2. Jazyk pro manipulaci s daty (DML)
▪ Poskytuje prostředky pro databázové operace

3. Jazyk pro řízení dat
▪ Pro řízení přístupu k datům
▪ Integritní omezení

4. Transakční zpracování

Obecné rozdělujeme:
 Procedurální – určují, která data jsou třeba a jak je
získat
 Neprocedurální – stanoví, která data jsou zapotřebí,
jsou obecně snadnější,ale efektivní

Uživatelé databáze:
 Administrátor – zajišťuje centrální kontrolu nad daty a
programy, plní rozhodnutí správce
 Aplikační programátoři – vytváření aplikační
programy s využitím jazyka pro manipulaci s daty
 Znalí uživatelé – formulují požadavky
 Naivní uživatelé – komunikují se systémem
Relace R je konečná podmnožina kaztézského
součinu domén Di , příslušejících jednotlivých
atributů Ai
 Relačním schématem rozumíme výraz ve tvaru
R(A:D), kde R je jméno schématu a A:D je
konečná množina výrazů, v němž je každému
atributu přiřazena jeho množina přípustných
hodnot – domén
 Dále definuje pojem entita – jednoznačně
identifikovatelný objekt
 Atribut – vlastnost entity, jejíž hodnotu chceme
mít v databázi


Mezi jednotlivými entitami existují vztahy =
asociace a jsou charakterizovány:
 Stupněm – kardinalitou
 Členstvím – souvisí s atributy vztahů
 Podle počtu účastníků:
▪ Unární – relace sama se sebou
▪ Binární – mezi dvěma entitami
▪ Ternární – X dělá Y pro Z

Podle asociace účastníků:
 1:1 – jedna n-tice první relace má vztah s právě
jednou n-ticí druhé relace
 1:N – jedna n-tice první relace má vztah s několika
n-ticemi druhé relace
 M:N – několik n-tic první relace má vztah s
několika n-ticemi druhé relace

Členství:
 Povinné
 Volitelné

E-R diagramy – grafický vyjadřovací
prostředek (jazyk), který slouží k popisu
konceptuálního schématu databáze
 Identifikují datové objekty – co je entita a co je
atribut
 Definují vztahy mezi entitami (relace)


Jazyk relačních DB
systémů
Rozlišujeme:
 Unární operace:
▪ Projekce
▪ Selekce
 Binární operace:
▪ Sjednocení
▪ Rozdíl
▪ Součin
▪ Průnik
▪ Spojení
▪ Podíl

Využití:
 Definice dat
 Interaktivní jazyk pro manipulaci s daty
 Manipulační jazyk pro hostitelské prostředí
 Definice pohledů
 Autorizace, integrita
 Řízení transakcí

Základní části:
 1. Jazyk pro definici dat DDL
▪ Obsahuje: jméno databázové tabulky
▪ Definice sloupce – jméno, typ sloupce
▪ Definice integritních omezení – primary key, unique
 Jazyk pro manipulaci dat DML
▪ Operace: Select, Update, Delete, Insert
▪ Agregační funkce: Slouží k výpočtům z tabulek – Count,
AVG, MIN, MAX, SUM
▪ Pomůcky: Aktualizace, Odstranění, Vložení

2 oblasti jazyka:
 Dotazovací
 Prezenční


Rozšíření SQL – Spatial, Operace, Predikáty
Operace:
 1. Unární:
▪ Topologické – určují dimenzi, hranici, vnitřek
▪ Aritmetické – Délka(pro 1D objekty), Plocha (2D obj.), Objem
(3D obj.)
▪ Kombinace – obvod, extrémní souřadnice, doplněk, konvexní
obal
 2. Binární operace
▪ Distance – výsledkem je nezáporné reálné číslo
▪ Směr – úhel udávající azimut

Prostorové predikáty

Grafický reprezentační jazyk GPL
 Instrukce:
▪ SET – nastavení parametrů
▪ CANCEL – jejich zrušení
▪ SHOW – ukáže aktuální hodnotu
▪ PERMANENT – uloží pro příští práci se systémem
▪ IMMEDIATELY – podle změny se překreslí aktuální
výsledek dotazu
 Zobrazovací mód:
▪ Udává jak se zobrazují výsledky sekvence dotazů
▪ Možnosti:
▪ Alpha – konvenční alfanumerické zobrazování
▪ 5 grafických módů:
 New - začít kreslit
 Overlay – přídáváme výsledky do kresby
 Remove – odstraňujeme výsledky z kresby
 Intersect – na kresbě zůstanou objekty
 Hightlight – zvýraznění výsledků na kresbě
 Vizuální proměnné:
▪
▪
▪
▪
SET LEGEND
Měřítko
Výřez
Kontext

Prostorové datové struktury (indexy)
 Cíl: rychlý přístup k fyzicky uloženým datům 2 přístupy:
1.Transformace prostorových objektů do jiné dimenze -> body
2.Prostor je dělen staticky nebo dynamicky na podprostory
Podprostorům se přiděluje určitá část vnější paměti



Transformační přístup
Záznam – bod mnohorozměrného prostoru,
Problém: Nezachovává topologii (sousedství)
 Příklady:
▪ MĚSTO(Název, Počet_obyvatel, Adresa_magistrátu, Rozloha)
▪ Bod 4-rozměrného prostoru (sloupce tabulky – osy)
▪ Úsečka (x1, y1, x2, y2) – transformace z 2D do 4D
Dělení prostoru:
1. Nepřekrývající se oblasti: Prostor P je rozdělen do
navzájem disjunktních podprostorů.

 2 typy metod:
▪ duplikace objektů
▪ stříhaní objektů (clipping) Příklady: R+ stromy, buňkové stromy, kd-stromy

Příklady: R+ stromy, buňkové stromy, k-d-stromy
2. Pokrývající se oblasti :Každý objekt je obsažen právě
v jednom z podprostorů P, který tvoří pokrývající
oblast objektu Pokrývající oblast - MOO

Příklad: R stromy

Metody:
 Čtyřstromy
 k – d stromy
 Mnohorozměrná mřížka

R- stromy – Guttmann (1984)









Uzel – 1 stránka paměti
Uzel vnitřní (I, ukazatel)
Uzel vnější (I, Id)
I má obecně tvar (I0, I1,..., Ik-1)
Ii je interval [ai, bi] popisující ohraničení objektu v dimenzi i.
Pro k = 2 potř
R strom – dynamická struktura
Delete – slévání stránek
Insert – štěpení stránek
MOO se v podstromech mohou překrývat (složité
vyhledávání - nejednoznačnost) ebujeme 4 parametry.

R- Stromy - vlastnosti
 každý vnitřní uzel má n bezprostředních následníků, n <
m1, m >,
 každý listový uzel obsahuje n indexových záznamů n <
m1, m>,
 kořen má nejméně dva bezprostřední následníky, není-li
listem,
 všechny cesty v R-stromu jsou stejně dlouhé. m1= m/2, m =
řád stromu

SS – stromy

R+ - stromy

Buňkové stromy