地理数据库复习思考题答案.pdf

第一章 练习与思考 1、地理要素的特征与空间信息类型？ 地理要素是地理实体和现象的基本表示，在数据世界中地理要素包 括时间特征和属性特征。地理要素的空间特征包括空间位置和空间关 系，空间位置是一组表示地理要素空间位置的坐标序列。属性特征表示 地理要素的类型、数量、质量、状态和时间序列等属性信息。 空间信息的类型： 位置信息：在哪里？ 形状信息：什么样？ 属性信息：是什么？ 关系信息：方向、距离等 时间信息：发生、发展 2、地理空间信息的数据类型、表达方式是怎样的？（P9） 一、地图中所表示的空间信息类型有：空间几何信息、描述性信息、空 间关系信息； 地图所传递的信息是地图符号来实现的：点状符号、线状符号、面状 符号，以及地图符号的形状、尺寸、颜色、亮度、密度、图案纹理和 地图注记的字体、颜色、尺寸等。 二、计算机表达时的空间信息类型有：空间几何信息、描述性信息、空 间关系信息、时间维信息。 在计算机中，用一对或一组有序x、y 坐标记录表示空间几何信息；用 一组数字或字符的形式存储属性信息；拓扑结构定义空间关系信息等 3、地理（地图）数据的复杂性体现在哪些方面？（P11） 地图数据是空间数据，比一般信息处理中的统计数据更为复杂。其 复杂性体现在如下几 个方面： 一是数据类型繁多，既有属性数据，也有几何数据，还有表示地图 要素相互联系的 空间关系数据，以及便于图化处理的辅佐数据等，而且这些数据还随时 间的变化各自独立地 发生变化。 二是数据操纵复杂，地图的操纵不但需要一般数据检索、增加、删 除、修改等功 能，而且需要一些特有的检索方式，如定位检索、拓扑关系检索以及一 些特有的操纵方式， 如图形编辑等。 三是数据输出形式的多样性，有数据、报表，还有图形。 四是数据量大，一幅中等分辨率的栅格地图需6MB 的存储空间。 五是地图数据来源多样，不仅有测量、统计数据、文字资料，而且 有地图、遥感图像等图形图像数据。地图数据如此复杂、浩繁，给地图 数据的获取、处理带来很大难度，因而促使了能对地图数据实施有效管 理，能存储、管理大量地图数据的地图数据库系统的发展。 4、地理数据库系统的基本构成是怎样的？ 地理数据库系统通常是指带有数据库的计算机系统，它采用现代数 据库技术来管理地理 数据。广义地讲，地理数据库系统不仅包括地理数据库本身（指实际存 储在计算机中的 地理数据），还包括相应的计算机硬件系统，地理数据库软件系统和地 理数据库开发、管理和使用人员等。 5、地理数据库、地理数据库系统、地理数据库管理系统之间 有什么区别与联系？ 地理数据库系统（GDBS），有时简称“地理数据库”。它包括地理数 据库（指实际存储在计算机中的地理数据）和相应的计算机硬件系统， 地理数据库软件系统和地理数据库开发、管理和使用人员等； 地理数据库指实际存储在计算机中的与地理有关的数据集合。包括空间 数据和属性数据。 地理数据库管理系统是地理数据库系统的核心。地理数据库管理系统是 用户与操作系统之间 的一层数据管理软件，它具有地理数据定义、获取、处理及运行管理等 功能。 第二章 练习与思考（作业本已做） 6、计算第11行、第14列的Morton值，要求列出计算过程。 7、计算Morton值为87的像素的行列号，要求写出计算过程。 8、对右图进行线性四叉树编码，要求写出过程。 O O O A A O O A O O A A A A A A O B B B B B O O O B B B B A A O O O A A A A A O O O O A A O O O O O O A A A A O O O O A A A A O 第三章 练习与思考 9、栈和队列作为两种基本的线性数据结构，简要分析他们在 数据存取操作方面的差异。 栈是限定只在一端进行插入和删除的线性表。允许插入和删除的一 端叫栈顶，另一端叫 栈底。对于栈，总是取走最后插入的元素，所以栈又称“后进先出”表或 下推表。 队列是一种限定插入一端进行，而删除在另一端进行的线性表。和栈相 反，队列是一种 “先进先出”表，要求第一个进入队列的元素第一个撤走，队列中允许插 入的一端叫排尾， 允许删除的一端叫排头。 10、线性链表和栈、队列等线性数据结构相比有什么优越性？ 线性链表的结点插入和删除效率高、操作方便，各结点可以灵活地 散布在内存各处，同 时便于表的合并与分拆： （1）可以克服数组链表需要预先知道数据大小的缺点，链表结构可以 充分利用计算机内存空间，实现灵活的内存动态管理。 （2）线性链表是一种自我指示数据类型，因为它包含指向另一个相同 类型的数据的指针（链接）。链表允许插入和移除表上任意位置上的节 点，但是不允许随机存取。 11、下图为一个二叉树结构，其中的数值是节点的属性值。试 按先序遍历方式列出数据访问序列。 1 5 2 4 6 3 1、2、3、4、5、6 12、在数据的组织管理中，变长记录的定长记录组织方式有哪 些？试比较分析其优缺点。 （1）预留空间的方法取最长记录的长度作为存储空间的记录长 度，来存储变长记录。如果变长记录短于存储记录长度，那么在多余空 间处填上某个特定的空值或记录尾标志。 该方法一般在大多数记录的长度接近最大长度时使用，因为记录长度差 别越大时空间浪费越大。 （2）指针形式记录的长度相差很大时，用指针形式实现变长记录 的定长表示形式。缺点是可能在同一条链中，只有第一个记录中的属性 是有用的，后面记录中的属性空间都浪费了。为解决这个问题，可使用 改进的指针形式，在一个文件中使用固定块和溢出块。用固定块存放每 条链的第一个记录，其余记录全放在溢出块中，溢出块不存放与固定块 重复的字段值。这两种块中记录的长度可以不一样，但同一种块内的记 录是定长的 13、简要稠密索引和稀疏索引的区别和联系。（P85） 稠密索引是对主文件中每一个查找键值建立一个索引记录（索引 项），索引记录包括查找键值和指向具有该值的记录链表中第一个记录 的指针。稀疏索引是在主文件中，对若干个查找键值建立一个索引记 录，而此时索引记录的内容仍和稠密索引一样。 带稠密索引的主文件查找速度较快，带稀疏索引的文件查找较慢，但稀 疏索引的空间较小，因此插入、删除操作指针的维护量相对要少。系统 设计时可把两种索引结合起来。首先为顺序文件的每一块建立一个索引 记录，得到一个以块为基本单位的稠密索引，然后再在稠密索引基础上 建立一个稀疏索引。查找时，先在稀疏索引中找到记录所在的范围，然 后在稠密索引中确定记录在哪一块，最后在主文件的块中顺序查找，找 到所在的主记录。 第四章 练习与思考 14、地理空间数据有哪些数据模型？传统的数据模型中为什么 关系模型得到广泛推广应用？ 层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型（OO模型） 关系数据模型具有下列优点：（P108） （1）关系模型与非关系模型不同，它建立在严格的数学概念的基础上。 （2）关系模型概念单一。无论实体还是实体之间的联系都用关系表示， 对数据的检索 结果也是关系（即表）。所以其数据结构简单、清晰，用户易懂易用。 （3）关系模型的存取路径对用户透明，具有更高的数据独立性、更好的 安全保密性， 简化了程序员的工作和数据库建立、开发的工作。 所以，关系数据模型诞生以后发展迅速，深受用户的喜爱。 15、面向对象数据模型中，数据的安全性是如何实现的？ （P111） 面向对象的数据模型具有封装性，封装性是指对象内部的细节对用 户是隐藏的，用户只能见到对象封装界面上的信息，而且只能通过对象 设计者提供的消息访问该对象。封装的意义在于将对象的实现与对象应 用互相隔离。由于封装，对用户隐藏了在实现中使用的数据结构与程序 代码等细节，从而允许对操作的实现算法和数据结构进行修改，而不影 响接口，即不必修改使用它们的应用，这有利于提高数据的独立性。此 外，对象封装后成为一个自含的单元，对象只接受已定义好的操作，其 他程序不能直接访问对象中的属性，从而提高了程序的可靠性。 16、数据库的数据独立性包含什么含义？是如何实现的。 （P116） 数据独立性包含了数据的逻辑独立性和物理独立性。有了数据独立性， 数据库系统就把 用户数据与物理数据完全分开，使得用户摆脱了烦琐的物理存储细节。 子模式/模式映射保证数据库逻辑独立性的实现，当为了某种需要而改 变数据库的模式时，只需要对子模式/模式映射进行修改，而子模式 （局部逻辑数据库）保持不变，这种局部的逻辑数据独立于全局逻辑数 据的特征叫做数据的逻辑独立性。 模式/存储模式映射保证了数据的物理独立性的实现。当为了某种需要 而改变物理数据库的存储结构和存取策略时，只需要对模式/存储模式 映射进行修改，而模式（概念数据库）保持不变（子模式也不变），这 种全局的逻辑数据独立于物理数据的特征叫做数据的物理独立性。 17、什么是多态性？试举一个地理空间信息领域数据表达或数 据操作的多态性的实例。 多态性是一个与类相关的概念，同一类的所有对象在收到同一条消息 时，将采取同样的动作；不同类的对象在接收到同一条消息时可能采取 不同的动作。不同对象对同一条消息采取不同的动作，这种情形就称为 多态性。一般而言，多态性是指事物以多种形态存在，在程序设计语言 中，则指数据具有多种类型或一个名字具有多种语义。 第5-8章 练习与思考 18、以地理要素图层为例，说明数据操纵的内容。（P133） （P120） 仿照此例写：数据操纵的内容包括新建数据区（对数据区进行定义，一 个数据区对应一个数据库文件）、打开数据区、关闭数据区；在一个打 开的数据区中进行数据块（如图幅）的新建、打开、关闭；在一个打开 的数据块内进行要素层定义、打开、关闭、控制（包括层删除、层排 序、可视和可编辑标志等）、维护；要素层的维护是在可视和可编辑的 要素层上进行的，内容包括点、线、面要素数据编辑与更新。地图数据 的操纵也包括数据选择与查询，在可视化条件下，对空间数据（图形） 和属性数据（属性表）的选择，选择方式包括不同要素层中单目标选 择、同一要素层中多个目标选择（包括单选、圆形选择、矩形选择和多 边形选择），通过给定的条件进行选择和查询（SQL 查询），选择和查 询结果形成一个新的要素层作为被选择要素层的一个映射供其他功能使 用，也可以存储为一个物理要素层。 19、地理数据库管理系统最基本的功能是什么？（P128）为 什么成为性能优化的重点？ GDBMS 包括地图数据定义、数据输入与装载、数据编辑与更新、数据处 理与空间关系建 立、数据检索查询、数据操纵、数据输出与符号化、数据维护和运行管 理、地理数据访问引 擎和地理数据访问对象等功能。 地理数据库在长期的运行过程中，需要利用地理数据库管理系统对数据 记录进行插入、修改和删除操作，这会降低存储效率，浪费存储空间， 影响系统性能。地理数据库管理系统作为地理数据库系统的核心部分自 然是性能优化的重点。 20、地理数据模型结构。 21、在地理空间数据模型中分类模型、分层模型、属性模型和 关系模型。 没有理解题目表达的意思 22、地理数据库管理系统有哪几种实现方式，试比较它们的优 缺点。 （1）基于文件系统地理数据库管理系统的设计和实现： 优点:方式灵活，每个软件厂商可以任意定义自己的文件格式、管理各 种数据。适合非结构数据：在存储需要加密的数据以及非结构化的、不 定长的几何坐标记录时十分有益。 缺点：开发量大：需要开发者实现属性数据的更新、查询、检索等操 作，增加属性数据管理的开发量，不利于软件、数据的共享。 （2）基于通用数据库系统的地理数据库管理系统的设计和实现包括： 二元化管理、集成化管理和面向对象数据库的管理。 二元化管理的缺点：需要经常进行地物ID的查找匹配（既包括从给定地 物查找记录，也包括根据给定的记录查找相应的地物），查询、其他运 算等操作速度较慢。 集成化管理： 优点：可以认为一个目标对应于数据表中的一条记录，它带来的最直接 的好处是避免了对“连接关系”的查找。 缺点：采用集成化的全关系地理数据管理，由于几何数据等不定长，会 造成存储效率的低下。此外，现有的SQL并不支持空间数据的检索，需 要软件开发者自己开发空间数据访问接口，如果要支持空间数据共享， 需要对SQL进行扩展。 面向对象的数据库的管理： 优点：对各种数据的一致的访问接口以及部分空间模型服务，不仅实现 了数据共享，而且空间模型服务也可以共享。 缺点：目前对象数据库管理系统还未成熟，许多技术问题仍然需要进一 步研究。 23、在进行地理数据库系统的数据库管理系统设计时要考虑哪 些因素？ （）系统的数据量的大小，考虑产品本身在系统中独立使用或用作后 台（server）时 适宜处理或管理的空间数据量。如果产品被用作前端，则可不考虑本因 素。 （）用户数的多少； （）网络环境是什么； （）投资规模的大小； （）GDB 在整个系统中所处的位置，也就是说，这是一个纯粹的GDB 系统还是 GDB 与其他系统相结合而成的综合信息系统。 （6）如果是综合系统，是以GDB 为主体还是以其他的系统为主体； （7）系统的性能指标。 第9章 练习与思考 24、数据分片与数据分配的异同。 数据分片和数据分配都是对数据进行划分分布。在分布式数据库系统 中，先将逻辑数据库中的全局关系划分片成若干个逻辑片段，再按分配 策略将这些片段分散存储在各个场地； 数据分片时一个全局关系中的数据必须完全划分为若干片段，不允许某 些数据属于全局关系但不属于任何片段也不允许一个全局关系的数据既 属于全局关系的某一个片段又属于其他 片段。但在数据分配中，数据库可以分成若干个可相交的子集，每一子 集安置在一个或多个场地上，但是每一场地未必保存全部数据；数据也 可以在各个场地中重复存储，每个场地上都有一个完整的数据副本。 25、查阅资料，了解什么是系统可靠性和可用性。分析分布式 数据库系统比集中式数据库系统在可靠性和可用性方面的优 势。 可靠性高是分析分布式数据库系统的一个优点。由于数据具有多个副 本，当系统 局部出现故障时，所需要的数据可从其他场地获得。可靠性处理模块负 责不断地监视系统的 各个部分是否有故障出现。当故障修复后，可靠性处理模块负责将该部 分重新并入系统，使 之继续有效地运行，并保持数据库的一致性状态。 26、分布式地理空间数据库中系统性能的优化关键是什么？有 哪些方法？ 分布式数据库系统中系统性能的优化关键是：查询执行时通信代价最 小。 解决方法： 第10-12章 练习与思考 27、空间数据元数据的作用是什么？（P241） （1） 帮助用户获取数据通过元数据，用户可对空间数据库进行浏 览、检索和研究等； （2） 空间数据质量控制； （3） 在数据集成中的应用 数据库层次的元数据记录了数据格式、空间坐标体系、数据的表达形 式、数据类型等信 息；系统层次和应用层次的元数据则记录了数据使用的软硬件环境、数 据使用规范、数据标 准等信息。这些信息在数据集成的一系列处理中，如数据空间匹配、属 性一致化处理、数据 在各平台之间的转换使用等是必须的。这些信息能够使系统有效地控制 数据流。 （4） 数据存储和功能实现 元数据系统用于数据库的管理，可以避免数据的重复存储，减少用户查 询数据库及获取数 据的时间，从而降低数据库的费用。元数据的开发和利用将大大增强数 据库的功能并降低数据库的建设费用。 28、地理信息标准化的意义和作用是什么？(P246) 地理信息的标准化的作用和意义体现在两个方面： 1、 有利于空间数据的生产及交换 地理信息的标准化，通过制定相应的标准，可以控制数据质量、规 范数据库设计、规范数据档案、实现数据格式标准化、数据可视化 的标准化以便于进行数据产品的