(9-)對(duì)象數(shù)據(jù)模型

二面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο螅╫bject-oriented，oo）的概念起源于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言——面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言(簡(jiǎn)稱OOPL)，強(qiáng)調(diào)對(duì)象概念的統(tǒng)—，引入對(duì)象、對(duì)象類、方法、實(shí)例等概念和術(shù)語(yǔ)，采用動(dòng)態(tài)聯(lián)編和單繼承性機(jī)制。它以O(shè)OPL為核心，集各種軟件開(kāi)發(fā)工具為一體，建立OO計(jì)算環(huán)境，配有很強(qiáng)的圖形功能和多窗口用戶界面?；境霭l(fā)點(diǎn)就是以對(duì)象作為最基本的元素，盡可能按照人類認(rèn)識(shí)世界的方法和思維方式來(lái)分析和解決問(wèn)題。對(duì)象：是對(duì)客觀世界實(shí)體的抽象描述，由信息（數(shù)據(jù)）和對(duì)數(shù)據(jù)的操作組合而成。類：是對(duì)多個(gè)相似對(duì)象共同特性的描述。消息：是對(duì)象之間通信的手段，用來(lái)指示對(duì)象的操作。分公有消息和私有消息。⑴、面向?qū)ο蠓椒ㄖ械幕靖拍罘椒ǎ菏菍?duì)象接收到消息后應(yīng)采取的動(dòng)作序列的描述。實(shí)例：是由一特定類描述的具體對(duì)象。元類：是相似的類的共同屬性的抽象，元類的實(shí)例是類，類的實(shí)例是對(duì)象。

①對(duì)象與封裝性在面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)中，每個(gè)概念實(shí)體都可以模型化為對(duì)象。一個(gè)對(duì)象是由描述該對(duì)象狀態(tài)的一組數(shù)據(jù)和表達(dá)它的行為的一組操作(方法)組成的。例如，河流的坐標(biāo)數(shù)據(jù)描述了它的位置和形狀，而河流的變遷則表達(dá)了它的行為?？梢?jiàn)，對(duì)象是數(shù)據(jù)和行為的統(tǒng)一體。一個(gè)對(duì)象可定義成一個(gè)三元組：

Object＝(ID，S，M)

其中，ID為對(duì)象標(biāo)識(shí)，M為方法集，S為對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，它可以直接是一屬性值，也可以是另外一組對(duì)象的集合，因而它明顯地表現(xiàn)出對(duì)象的遞歸。

封裝的最基本單位是對(duì)象。封裝技術(shù)提高了面向?qū)ο蠓椒ㄩ_(kāi)發(fā)軟件的可重用性，從而大大提高了復(fù)雜軟件的開(kāi)發(fā)效率、質(zhì)量和可靠性，更加易于維護(hù)。

②分類

類是關(guān)于同類對(duì)象的集合，具有相同屬性和操作的對(duì)象組合在一起稱為類。屬于同一類的所有對(duì)象共享相同的屬性項(xiàng)和操作方法，每個(gè)對(duì)象都是這個(gè)類的一個(gè)實(shí)例，即每個(gè)對(duì)象可能有不同的屬性值?？梢杂靡粋€(gè)三元組來(lái)建立一個(gè)類型：

Class＝(CID，CS，CM)

其中，CID為類標(biāo)識(shí)或類型名，CS為狀態(tài)描述部分，CM為應(yīng)用于該類的操作。顯然有：S∈CS和M∈CM

(當(dāng)Object∈Class時(shí))

在實(shí)際的系統(tǒng)中，僅需對(duì)每個(gè)類型定義一組操作，供該類中的每個(gè)對(duì)象應(yīng)用。由于每個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)不完全相同，所以要分別存儲(chǔ)每個(gè)對(duì)象的屬性值。

③概括在定義類型時(shí)，將幾種類型中某些具有公共特征的屬性和操作抽象出來(lái)，形成一種更一般的超類。例如，將GIS中的地物抽象為點(diǎn)狀對(duì)象、線狀對(duì)象、面狀對(duì)象以及由這三種對(duì)象組成的復(fù)雜對(duì)象，因而這四種類型可以作為GIS中各種地物類型的超類。例如，建筑物是飯店的超類，因?yàn)轱埖暌彩墙ㄖ?。子類還可以進(jìn)一步分類，如飯店類可以進(jìn)一步分為小餐館、普通旅社、賓館、招待所等類型。所以，一個(gè)類可能是某個(gè)或某幾個(gè)超類的子類，同時(shí)又可能是幾個(gè)子類的超類。

概括超類：在定義類型時(shí)，將幾種類型中某些具有公共特征的屬性和操作抽象出來(lái)，形成一種更一般的超類。設(shè)有兩種類型：

class1=（CID1，CSA，CSB，CMA，CMB）

class2=（CID2，CSA，CSC，CMA，CMc）

可形成一種超類：

Superclass（CID，CSA，CMA）其中SID為超類的標(biāo)識(shí)號(hào),此時(shí)

class1=（CID1，CSB，CMB）

class2=（CID2，CSC，CMC）

class1和class2稱為Superclass的子類（Subclass）。

一個(gè)類可能是某個(gè)或某幾個(gè)超類的子類，同時(shí)又可能是幾個(gè)子類的超類。

④繼承 建立超類實(shí)際上是一種概括，避免了說(shuō)明和存儲(chǔ)上的大量冗余。由于超類和子類的分開(kāi)表示，所以就需要一種機(jī)制，在獲取子類對(duì)象的狀態(tài)和操作時(shí)，能自動(dòng)得到它的超類的狀態(tài)和操作。這就是面向?qū)ο蠓椒ㄖ械哪Ｐ凸ぞ摺^承，它提供了對(duì)世界簡(jiǎn)明而精確的描述，以利于共享說(shuō)明和應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。⑤聚集

聚集是將幾個(gè)不同特征的對(duì)象組合成一個(gè)更高水平的復(fù)合對(duì)象。每個(gè)不同特征的對(duì)象是該復(fù)合對(duì)象的一部分，它們有自己的屬性描述數(shù)據(jù)和操作，這些是不能為復(fù)合對(duì)象所公用的.例如，弧段聚集成線狀地物或面狀地物，簡(jiǎn)單地物組成復(fù)雜地物。在聚集這兩種對(duì)象中，是用“傳播”作為傳遞子對(duì)象的屬性到復(fù)雜對(duì)象的工具。即是說(shuō)，復(fù)雜對(duì)象的某些屬性值不單獨(dú)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，而是從它的子對(duì)象中提取或派生。例如，一個(gè)多邊形的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并不直接存于多邊形文件中，而是存于弧段和節(jié)點(diǎn)文件中，多邊形文件僅提供一種組合對(duì)象的功能和機(jī)制，通過(guò)建立聚集對(duì)象，借助于傳播的工具可以得到多邊形的位置信息。

GIS中的各種地物，在幾何性質(zhì)方面不外乎表現(xiàn)為四種類型，即點(diǎn)狀地物、線狀處物、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物，因而這四種類型可以作為GIS中各種地物類型的超類。

⑵面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)（1）具有表示和構(gòu)造復(fù)雜對(duì)象的能力。（2）封裝性和信息隱蔽技術(shù)提供了模塊化機(jī)制。（3）繼承和類層次技術(shù)提供了重用機(jī)制。小結(jié)： 關(guān)系數(shù)據(jù)模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)基本上適應(yīng)于GIS中屬性數(shù)據(jù)的表達(dá)與管理。若采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，語(yǔ)義將更加豐富，層次關(guān)系也更明了?？梢哉f(shuō)，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是在包含關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的功能基礎(chǔ)上，增加面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的封裝、繼承和信息傳播等功能。第3節(jié)空間數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模型設(shè)計(jì)（一）關(guān)系數(shù)據(jù)模型基本概念（二）依賴 數(shù)據(jù)依賴 函數(shù)依賴 基本依賴 完全函數(shù)依賴 傳遞函數(shù)依賴 多值依賴（三）范式

1NF 2NF 3NF BCNF關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)范化理論(1)第一范式（1NF）定義：如果一個(gè)關(guān)系模式R的所有屬性都是不可分的基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，則R屬于1NF。第一范式是對(duì)關(guān)系模式的最起碼的要求。不滿足第一范式的數(shù)據(jù)庫(kù)模式不能稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。以下“工資”表具有組合數(shù)據(jù)項(xiàng)，不屬于第一范式。職工編號(hào)姓名工資基本工資職務(wù)工資工齡工資001趙軍2000500500002劉娜1800400300003李東2300700800…………………………將“工資”表規(guī)范化為第一范式：職工編號(hào)姓名基本工資職務(wù)工資工齡工資001趙軍2000500500002劉娜1800400300003李東2300700800…………………………滿足第一范式的關(guān)系模式不一定就是一個(gè)好的關(guān)系模式。(2)第二范式(2NF)

定義：若關(guān)系模式R是1NF，并且每一個(gè)非主屬性都完全函數(shù)依賴于R的碼，則R屬于2NF。例如，對(duì)于學(xué)生關(guān)系：學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,課程號(hào),課程名稱,成績(jī))

碼:（學(xué)號(hào)，課程號(hào)）因此:學(xué)號(hào)、課程號(hào)是主屬性，性別、課程名稱、成績(jī)是非主屬性。存在部分函數(shù)依賴：學(xué)號(hào)→姓名學(xué)號(hào)→性別課程號(hào)→課程名稱存在非主屬性對(duì)碼的部分函數(shù)依賴，因此不是2NF改進(jìn)方法：對(duì)該關(guān)系進(jìn)行分解，生成若干關(guān)系，以消除部分函數(shù)依賴。分解為以下三個(gè)關(guān)系：學(xué)生基本信息（學(xué)號(hào)，姓名，性別）課程（課程號(hào)，課程名稱）選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）可以看出，在這三個(gè)關(guān)系中不存在部分函數(shù)依賴，因此問(wèn)題得到了解決。實(shí)際上，這里就是把描述不同主題的內(nèi)容分別用不同的關(guān)系來(lái)表示。(3)第三范式(3NF)

定義：如果關(guān)系模式R是第二范式，且每個(gè)非主屬性都非傳遞函數(shù)依賴于主碼，則R屬于3NF。也可以說(shuō)，如果關(guān)系R的每一個(gè)非主屬性既不部分函數(shù)依賴于主碼，也不傳遞函數(shù)依賴于主碼，則R屬于3NF。例如，關(guān)系Housing是學(xué)生住宿收費(fèi)表，SID為學(xué)生編號(hào)，Sname為學(xué)生姓名，Building為樓的編號(hào)，F(xiàn)ee為每季度需支付的費(fèi)用。假設(shè)一個(gè)學(xué)生只住在一個(gè)大樓里，一個(gè)大樓只有一種收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。SIDSnameBuildingFee10TomA110011JerryA110012KateB120013TonyB120014JohnC130015MaryD1400主碼:SID

存在函數(shù)依賴：

SID→Building

Building→Fee

即存在非主屬性Fee對(duì)碼SID的傳遞函數(shù)依賴，因此關(guān)系Housing不是第三范式。SIDSnameBuildingFee10TomA110011JerryA110012KateB120013TonyB120014JohnC130015MaryD1400

該關(guān)系存在插入異常、刪除異常等問(wèn)題。例如，如果SID為15的學(xué)生退學(xué)了，則不僅刪除了該學(xué)生的信息，同時(shí)刪除了D樓的收費(fèi)信息，出現(xiàn)了刪除異常。如果新建了一個(gè)大樓，還沒(méi)有學(xué)生入住，則該新樓的信息也無(wú)法插入到表中，也就是出現(xiàn)了插入異常。同樣，如果有400名學(xué)生住在同一個(gè)樓里，則該樓的信息就要重復(fù)400次，因此也存在數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題。改進(jìn)方法：將關(guān)系Housing分解為兩個(gè)關(guān)系。SIDSnameBuilding10TomA11JerryA12KateB13TonyB14JohnC15MaryD“Stu-Housing”關(guān)系：“Housing-Fee”關(guān)系：BuildingFeeA1100B1200C1300D1400分解后的關(guān)系解決了插入異常、刪除異常、數(shù)據(jù)冗余的問(wèn)題關(guān)系變得