Prostorové databáze, prostorové indexy

1. Veronika Sládková, H2KNE1 Prostorové databáze, prostorové indexy

2. 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

3. 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

4. Prostorové databáze • Logické modely: • Relační model dat – data jsou reprezentované tabulkami • Síťový model – vztahy mezi nimi jsou reprezentovány vazbami – vztah mnohý s mnoha

5. Prostorové databáze • Hierarchický model – podobný jako síťový pouze organizovaný jako stromy

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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)

12. Relační algebra • Jazyk relačních DB systémů • Rozlišujeme: • Unární operace: • Projekce • Selekce • Binární operace: • Sjednocení • Rozdíl • Součin • Průnik • Spojení • Podíl

13. Jazyk SQL • Využití: • Definice dat • Interaktivní jazyk pro manipulaci s daty • Manipulační jazyk pro hostitelské prostředí • Definice pohledů • Autorizace, integrita • Řízení transakcí

14. Jazyk SQL • Základní části: • 1. Jazyk pro definici dat DDL • Obsahuje: jméno databázové tabulky • Definice sloupce – jméno, typ sloupce • Definice integritních omezení – primarykey, 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

15. 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

16. Prostorový jazyk SQL • 2. Binární operace • Distance – výsledkem je nezáporné reálné číslo • Směr – úhel udávající azimut • Prostorové predikáty

17. 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

18. 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

19. 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 podprostoryPodprostorům 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

20. 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

21. Prostorové indexy • Metody: • Čtyřstromy • k – d stromy • Mnohorozměrná mřížka

22. 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.

23. 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

24. Prostorové indexy • SS – stromy • R+ - stromy • Buňkové stromy