第7章數(shù)據(jù)庫(kù)新技術(shù)

第7章數(shù)據(jù)庫(kù)新技術(shù)主要內(nèi)容7.1面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)7.2

分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)7.3工程數(shù)據(jù)庫(kù)7.4XML數(shù)據(jù)庫(kù)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)7.6數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)7.7知識(shí)發(fā)現(xiàn)7.1面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是依據(jù)面向?qū)ο蠓椒ㄋ⒌臄?shù)據(jù)模型，其中包括數(shù)據(jù)模式（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、建立在模式上的數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)約束。數(shù)據(jù)模式數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)約束7.1.1面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型7.1面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型比較，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型有以下幾個(gè)特點(diǎn)：面向?qū)ο竽Ｐ褪且环N層次式的結(jié)構(gòu)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是將數(shù)據(jù)與操作封裝于一體的結(jié)構(gòu)方式面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型具有構(gòu)造多種復(fù)雜抽象數(shù)據(jù)類型的能力面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型具有不斷更新結(jié)構(gòu)的模式演化能力7.1.1面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型7.1面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)OODBMS由3個(gè)主要部分組成，它們是類管理、對(duì)象管理和對(duì)象控制。類管理對(duì)象管理對(duì)象控制7.1.2面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)7.1面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)1989年12月，在第一屆演繹、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)國(guó)際會(huì)議提出了OODBS應(yīng)該具備的主要特征。這些特征分為三組：必備的（被稱作面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)所必須滿足的特性）、可選的（為了使系統(tǒng)更完善可添加的而非必備的特性）和開(kāi)放的（設(shè)計(jì)人員可以選擇的特性）。

7.1.3面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的概念與特征7.1面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)20世紀(jì)80年代成立的ODMG（ObjectDataManagementGroup），在1993年形成工業(yè)化的OODB標(biāo)準(zhǔn)——ODMG1.0，1997年推出的ODMG2.0ODMG工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)C++的擴(kuò)展主要包括C++對(duì)象定義語(yǔ)言（ObjectDefinitionLanguage，ODL）和C++對(duì)象操作語(yǔ)言（ObjectManipulateLanguage，OML），其中，OML又分為對(duì)象查詢語(yǔ)言（OQL）和對(duì)象控制語(yǔ)言（OCL）。

7.1.4面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的查詢7.1面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)ODBS中采用了多粒度加鎖，鎖類型除了共享鎖（S鎖）和排它鎖（X鎖），還引入了一種意向鎖（Intentlock）。意向鎖有意向共享鎖、意向排它鎖和共享意向排它鎖之分。7.1.5面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的并發(fā)控制7.1面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)7.1.5面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的并發(fā)控制表7-1-鎖類型的相容性矩陣SXISIXSIXSYNYNNXNNNNNISYNYYYIXNNYYNSIXNNYNN7.2分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中各場(chǎng)地(Site)或節(jié)點(diǎn)(Node)上數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯集合。按數(shù)據(jù)冗余分類按全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)成分類按本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的配置方式分類按本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)是否全部集成到全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)中分類7.2.1分布式數(shù)據(jù)庫(kù)及其分類7.2分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)獨(dú)立性與位置透明性集中和自治相結(jié)合支持全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的一致性和可恢復(fù)性復(fù)制透明性易于擴(kuò)展性7.2.2分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)7.2分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)等型分布數(shù)據(jù)庫(kù)的分級(jí)結(jié)構(gòu)。7.2.3分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的分級(jí)結(jié)構(gòu)7.2分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)多數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的分級(jí)結(jié)構(gòu)7.2.3分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的分級(jí)結(jié)構(gòu)7.2分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)無(wú)全局概念模式的參考結(jié)構(gòu)7.2.3分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的分級(jí)結(jié)構(gòu)7.2分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)聯(lián)邦式結(jié)構(gòu)7.2.3分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的分級(jí)結(jié)構(gòu)7.2分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分布包括分割和分配兩個(gè)方面，先從邏輯上將全局概念模式，即全局關(guān)系模式，劃分成若干邏輯片斷（子關(guān)系）--分割再按一定的冗余度將片斷分配到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，這時(shí)邏輯片斷就成為具體的物理片斷--分配。7.2.4分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)分布7.3工程數(shù)據(jù)庫(kù)工程數(shù)據(jù)庫(kù)（EngineeringDatabase）是存儲(chǔ)、管理和使用工程設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，是將工程設(shè)計(jì)方法、人工智能技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來(lái)的智能化的CAD/CAM集成系統(tǒng)，適合于CAD/CAM、計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）等工程應(yīng)用領(lǐng)域。7.3.1工程數(shù)據(jù)庫(kù)基本概念7.3工程數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的表達(dá)和處理數(shù)據(jù)技術(shù)模式變化長(zhǎng)事務(wù)及并發(fā)控制7.3.2工程數(shù)據(jù)庫(kù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的比較7.3工程數(shù)據(jù)庫(kù)7.3.3工程數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)7.3工程數(shù)據(jù)庫(kù)長(zhǎng)事務(wù)指的是那些持續(xù)事件長(zhǎng)的事務(wù)，典型的長(zhǎng)事務(wù)其持續(xù)時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)到幾天不等。在解決長(zhǎng)事務(wù)等待方面可采用的方法有版本法、成組事務(wù)、軟鎖等幾種技術(shù)。7.3.4長(zhǎng)事務(wù)管理7.4XML數(shù)據(jù)庫(kù)XML（ExtensibleMarkupLanguage）即可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言，是一種基于SGML（StandardGeneralizedMarkupLanguage，標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語(yǔ)言）的簡(jiǎn)單靈活的語(yǔ)言。

XML是一種跨平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)，可運(yùn)行在任何平臺(tái)和操作系統(tǒng)上。

XML文檔就是指由XML標(biāo)記語(yǔ)言所定義的符合XML規(guī)范的文本文檔。

7.4.1XML技術(shù)7.4XML數(shù)據(jù)庫(kù)DTD（DocumentTypeDefinition，文檔類型定義）是用來(lái)定義文檔所具有的邏輯結(jié)構(gòu)的，是XML文檔的數(shù)據(jù)模型。DOM（DocumentObjectModel，文檔對(duì)象模型）是訪問(wèn)和維護(hù)HTML和XML文檔的應(yīng)用程序接口。XPath（XMLPathLanguage）是一種對(duì)XML文檔的內(nèi)容進(jìn)行定位、檢索的語(yǔ)言，是后續(xù)更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)檢索語(yǔ)言如XQuery的基礎(chǔ)。XQuery是一種將查詢表示成表達(dá)式的功能語(yǔ)言，它支持幾種表達(dá)式，因此，它的查詢可以有幾種不同的形式。7.4.1XML技術(shù)7.4XML數(shù)據(jù)庫(kù)XML數(shù)據(jù)庫(kù)是一種Web數(shù)據(jù)庫(kù)，它是可以對(duì)XML文檔進(jìn)行存取管理和數(shù)據(jù)查詢的數(shù)據(jù)庫(kù)，是一個(gè)能夠在應(yīng)用中管理XML數(shù)據(jù)和文檔的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。XML數(shù)據(jù)庫(kù)是一組XML文檔的集合，并且是持久的和可操作的；有專門(mén)的DBMS管理（不是XML文件系統(tǒng)）；文檔都是有效的（即符合某一模式）；文檔的集合可能基于多個(gè)模式文件（即文件擴(kuò)展名為.xsd），多個(gè)模式文件之間可能有語(yǔ)法和語(yǔ)義上的相互聯(lián)系。7.4.2XML數(shù)據(jù)庫(kù)7.4XML數(shù)據(jù)庫(kù)原生XML數(shù)據(jù)庫(kù)支持XML的數(shù)據(jù)庫(kù)混合XML數(shù)據(jù)庫(kù)7.4.3XML數(shù)據(jù)庫(kù)分類7.4XML數(shù)據(jù)庫(kù)外層主要提供了一個(gè)可以給用戶和應(yīng)用程序查詢、修改的接口概念層涉及XML數(shù)據(jù)的組織、存儲(chǔ)粒度的設(shè)計(jì)等，然后在數(shù)據(jù)模型中提供操作來(lái)存儲(chǔ)、查詢和操作數(shù)據(jù)。內(nèi)層主要是提供XML文檔的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括元素、屬性、字符數(shù)據(jù)表等最基本的組成單元，XML數(shù)據(jù)庫(kù)的靈活性也主要表現(xiàn)在這一級(jí)7.4.4XML數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)7.4XML數(shù)據(jù)庫(kù)7.4.4XML數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)模糊數(shù)據(jù)庫(kù)指能夠處理模糊數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。模糊數(shù)據(jù)庫(kù)的研究與實(shí)踐就是為了解決模糊數(shù)據(jù)的表達(dá)和處理問(wèn)題，使得數(shù)據(jù)庫(kù)描述的模型能更自然、更貼切地反映客觀世界。把不完全性、不確定性、模糊性引入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，從而形成模糊數(shù)據(jù)庫(kù)。7.5.1模糊數(shù)據(jù)庫(kù)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)前模糊數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容包括：模糊數(shù)據(jù)庫(kù)的形式定義；模糊數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型（如屬性值模糊的FVRDM、元組值模糊的FTRDM）；模糊數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言設(shè)計(jì)；模糊數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法及模糊數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)等。7.5.1模糊數(shù)據(jù)庫(kù)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)演繹的含義是根據(jù)已知的事實(shí)和規(guī)則進(jìn)行推理，回答用戶提出的各種問(wèn)題。演繹數(shù)據(jù)庫(kù)是指具有演繹推理能力的數(shù)據(jù)庫(kù)。演繹數(shù)據(jù)庫(kù)可包含三方面內(nèi)容；實(shí)數(shù)據(jù)（事實(shí)）、規(guī)則及虛數(shù)據(jù)。7.5.2演繹數(shù)據(jù)庫(kù)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)7.5.2演繹數(shù)據(jù)庫(kù)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)模糊演繹數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)融合模糊信息處理與推理技術(shù)，特別是模糊推理技術(shù)后的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，在模糊數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中加入模糊推理機(jī)制而來(lái)。模糊演繹數(shù)據(jù)庫(kù)模型是模糊邏輯數(shù)據(jù)模型的一種特例。7.5.3模糊演繹數(shù)據(jù)庫(kù)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是支持空間數(shù)據(jù)管理，面向地理信息系統(tǒng)、制圖、遙感、攝影測(cè)量、測(cè)繪和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等學(xué)科的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)性。海量化。運(yùn)算符不閉合。7.5.4空間數(shù)據(jù)庫(kù)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)與科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是指面向統(tǒng)計(jì)分析與科學(xué)研究而建立的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)要求能對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如求數(shù)據(jù)的平均值、最大值、最小值、總和等。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)可分為兩類，即微觀數(shù)據(jù)和宏觀數(shù)據(jù)?？茖W(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)可分為文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)值數(shù)據(jù)庫(kù)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)等7.5.5統(tǒng)計(jì)與科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)態(tài)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)的時(shí)間屬性引入數(shù)據(jù)模型，從而支持有效時(shí)間和事務(wù)時(shí)間，支持時(shí)態(tài)查詢處理的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)就是一種時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，支持歷史數(shù)據(jù)的查找和操作。對(duì)時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的研究主要集中在時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)模型和查詢語(yǔ)言，時(shí)態(tài)查詢處理和支持時(shí)間屬性處理的索引方法上。7.5.6時(shí)態(tài)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)結(jié)合實(shí)時(shí)處理技術(shù)產(chǎn)生的。它適用于處理不斷更新的快速變化的數(shù)據(jù)及具有時(shí)間限制的事務(wù)處理。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)RTDB（Real-TimeDataBase）是數(shù)據(jù)和事務(wù)都有定時(shí)特性或顯示的定時(shí)限制的數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)重要特性就是實(shí)時(shí)性，包括數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和事務(wù)實(shí)時(shí)性。7.5.7實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)主存數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是將所管理的全部數(shù)據(jù)或大部分?jǐn)?shù)據(jù)存于物理內(nèi)存，從而獲得非常高的存取速度的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。近年來(lái)，存儲(chǔ)芯片集成度不斷提高，價(jià)格不斷低廉，存儲(chǔ)容量不斷增大，在主存中存放越來(lái)越大的數(shù)據(jù)庫(kù)已成可能。7.5.8主存數(shù)據(jù)庫(kù)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)（MobileDatabase）是指在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，其數(shù)據(jù)在物理上分散而在邏輯上集中涉及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域7.5.9移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)7.5.9移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)7.5其他數(shù)據(jù)庫(kù)與分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)相比，移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：移動(dòng)性與位置相關(guān)性。頻繁的斷接性。網(wǎng)絡(luò)條件的多樣性。系統(tǒng)規(guī)模龐大。系統(tǒng)的安全性和可靠性較差。資源的有限性。網(wǎng)絡(luò)通信的非對(duì)稱性。

7.5.9移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)7.6數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)（DataWarehouse）是一個(gè)面向主題的（SubjectOriented）、集成的（Integrate）、相對(duì)穩(wěn)定的（Non-Volatile）、反映歷史變化（TimeVariant）的數(shù)據(jù)集合，用于支持管理決策。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)用于支持決策，面向分析型數(shù)據(jù)處理，它不同于企業(yè)現(xiàn)有的操作型數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是對(duì)多個(gè)異構(gòu)的數(shù)據(jù)源有效集成，集成后按照主題進(jìn)行了重組，并包含歷史數(shù)據(jù)，而且存放在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)據(jù)一般不再修改7.6.1什么是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)7.6數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)擁有以下四個(gè)特點(diǎn)：面向主題。集成的。相對(duì)穩(wěn)定的。反映歷史變化。7.6.1什么是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)7.6數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)7.6.1什么是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)表7-2操作型數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)之間的區(qū)別對(duì)比內(nèi)容數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)內(nèi)容與業(yè)務(wù)相關(guān)的操作型數(shù)據(jù)；企業(yè)每天運(yùn)作產(chǎn)生的細(xì)節(jié)性數(shù)據(jù)歷史的、存檔的、歸納的、計(jì)算的數(shù)據(jù)；決策相關(guān)信息數(shù)據(jù)目標(biāo)面向業(yè)務(wù)操作程序、重復(fù)處理面向主題域、管理決策分析應(yīng)用數(shù)據(jù)特性動(dòng)態(tài)變化、按字段更新靜態(tài)、不能直接更新、只定時(shí)添加數(shù)據(jù)模型關(guān)系層次結(jié)構(gòu)關(guān)系的、多維的數(shù)據(jù)訪問(wèn)經(jīng)常是隨機(jī)地讀寫(xiě)操作一般是只讀操作使用頻率高中到低數(shù)據(jù)訪問(wèn)量每個(gè)事務(wù)只訪問(wèn)少量記錄有的事務(wù)可能要訪問(wèn)大量記錄關(guān)系結(jié)構(gòu)3NF（第三范式）星型/雪花/混合7.6數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理OLAP服務(wù)器前端工具7.6.2數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)7.6數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)7.6.2數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)7.6數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)提供了標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)表和圖表功能數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)支持多維分析。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)?？傊?，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的主要作用是通過(guò)多維模式結(jié)構(gòu)、快速分析計(jì)算能力和強(qiáng)大的信息輸出能力為決策分析提供