Prostorové databáze, prostorové indexy

Veronika Sládková, H2KNE1

Prostorové databáze

Databáze:▪ Stálá data využívaná aplikačními systémy

dané instituce (u klasických databází strukturovaná)▪ Integrovaná, sdílená, bezpečná

Databázový systém zahrnuje:▪ Technické prostředky▪ Data▪ Programové vybavení▪ Uživatele

Prostorové databáze

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

Prostorové databáze

Logické modely: Relační model dat – data jsou

reprezentované tabulkami

Síťový model – vztahy mezi nimi jsou reprezentovány vazbami – vztah mnohý s mnoha

Prostorové databáze

Hierarchický model – podobný jako síťový pouze organizovaný jako stromy

Databázové jazyky

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

Databázové jazyky 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

Relační model dat 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

Relační model dat

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

Relační model dat

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

Relační model dat

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)

Relační algebra Jazyk relačních DB

systémů Rozlišujeme:

Unární operace:▪ Projekce▪ Selekce

Binární operace:▪ Sjednocení▪ Rozdíl▪ Součin▪ Průnik▪ Spojení▪ Podíl

Jazyk SQL

Využití: Definice dat Interaktivní jazyk pro manipulaci s daty Manipulační jazyk pro hostitelské

prostředí Definice pohledů Autorizace, integrita Řízení transakcí

Jazyk SQL

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

Prostorový jazyk SQL 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

Prostorový jazyk SQL

2. Binární operace▪ Distance – výsledkem je nezáporné reálné

číslo▪ Směr – úhel udávající azimut

Prostorové predikáty

Prostorový jazyk SQL

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

Prostorový jazyk SQL 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 indexy 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

Prostorové indexy 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,

k-d-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

Prostorové indexy

Metody: Čtyřstromy k – d stromy Mnohorozměrná mřížka

Prostorové indexy 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.

Prostorové indexy 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

Prostorové indexy

SS – stromy

R+ - stromy

Buňkové stromy