第4章 数据组织与排序

第4章数据库和数据仓库4.1本章知识框架与学习要求数据库技术是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。

它已经成为先进信息技术的重要组成部分，是现代计算机信息系统和计算机应用系统的基础和核心。

数据库已经成为人们存储数据、管理信息、共享资源的最先进最常用的技术。

认识和掌握有关的数据库技术对学好本课程具有重要作用。

本章主要介绍了数据库技术的相关概念包括数据的组织层次、数据模型、信息模型、关系规范化等，以及数据库的设计方法，数据库仓库和数据挖掘的概念。

4.1.1 知识框架与学习要求一、数据的描述与组织（掌握）（一）三个世界1．现实世界2．信息世界3．计算机世界（二）数据组织的层次1．数据项（字段）2．记录３．数据文件４．数据库二、数据库管理技术（一）数据管理的发展（了解）1.简单应用阶段2.文件系统阶段3.数据库系统阶段（二）数据库管理系统（掌握）1．数据库系统（DBS）2．数据库管理系统（DBMS）（1）数据库的定义功能（2）数据库的操作功能（3）数据库的保护功能（4）数据库的维护功能（5）数据的存储管理三、数据模型（掌握）（一）信息模型（概念模型）1．信息模型的要素2．两个实体集之间联系的分类３．实体联系模型（E-R模型）（二）数据模型1．数据模型的三要素2．数据模型与信息模型的关系3.三种主要的数据模型（１）层次模型（Hierarchical Model）（２）网状模型（Network Model）（３）关系模型（Relational Model）（三）概念模型向关系模型的转换（四）关系的规范化1．第一范式（1NF）2．第二范式（2NF）3．第三范式（3NF）五、数据库设计（掌握）（一）数据库设计方法简述（二）数据库设计步骤六、数据仓库和数据挖掘（了解）（一）数据仓库1.数据仓库的概念2.数据仓库和数据库的区别3.数据仓库的特性4.数据仓库的基本结构5.数据仓库工具的组成（二）数据挖掘1.数据挖掘的概念2.数据仓库与数据挖掘的关系4.1.2 学习重点本章重点掌握以下几方面的内容：１．三个世界即现实世界、信息世界、计算机世界的特点及区别与联系；2.人工管理阶段、文件系统阶段及数据库系统阶段应用程序与数据关系的区别；3．数据库管理系统功能4．信息（概念）模型的要素、E-R模型的绘制方法；5．数据模型的三要素、数据模型与信息模型的关系、关系模型；6．概念模型向关系模型的转换；7．数据库设计方法和步骤4.2 教材习题与解答4.2.1 习题一、名词解释1.数据库2.记录3.DBMS4.DBS5.概念模式6.数据模型7.概念模型8.键或码9.数据操作10.1NF 11. 2NF 12.3NF 13.关系14.关系模式15.数据仓库16.数据挖掘二、简答题1. 数据库系统组织数据的特点是什么?2. 数据库系统与文件系统的区别是什么?3. 数据管理经历了哪几个阶段?各个阶段的特点是什么?4. 数据模型的三要素是什么？5. 数据库管理系统的主要功能是什么？6. 信息模型的要素有哪些？7. 试述概念模式在数据库中的重要地位。

第4章 数据结构与算法本章介绍数据结构与算法，内容包括算法和数据结构的基本概念、栈及线性链表、树与二叉树、排序技术、查找技术。

●了解数据结构与算法的基本概念。

●了解栈与线性链表的操作。

●了解树与二叉树。

●了解数据结构中的排序技术和查找技术。

4.1 算法的概念4.1.1 算法的基本概念程序是算法用某种程序设计语言的具体实现。

算法（Algorithm）是指解题方案的准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令，算法代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制。

也就是说，能够对一定规范的输入，在有限时间内获得所要求的输出。

如果一个算法有缺陷，或不适合于某个问题，执行这个算法将不会解决这个问题。

不同的算法可能用不同的时间、空间或效率来完成同样的任务。

一个算法的优劣可以用空间复杂度和时间复杂度来衡量。

算法中的指令描述的是一个计算，当其运行时能从一个初始状态和（可能为空的）初始输入开始，经过一系列有限而清晰定义的状态，最终产生输出并停止于一个终态。

一个状态到另一个状态的转移不一定是确定的。

随机化算法在内的一些算法包含了一些随机输入。

算法具有的一些重要特性：（1）有限性。

算法在执行有限步之后必须终止。

（2）确定性。

算法的每一个步骤都是有精确的定义的。

执行的每一步都是清晰的、无二义的。

大学计算机基础84（3）输入。

一个算法具有任意个输入，它是由外部提供的，作为算法执行前的初始状态。

（4）输出。

算法一定有输出结果。

（5）可行性。

算法中的运算都必须是可以实现的。

4.1.2 算法的复杂度1．时间复杂度算法的时间复杂度采用算法执行过程中其基本操作的执行次数，即计算量来度量。

算法中基本操作的执行次数一般是与问题的规模有关的，对于节点个数为n的数据处理问题，用T(n)表示算法基本操作的执行次数。

当比较不同算法的时间性能时，主要标准是看不同算法时间复杂度所处的数量级如何。

例如：以上算法中，循环体中的代码执行了n次，因此算法的时间复杂度为O(n)。

第一章信息系统和管理一、信息的概念：1.广义上：信息是物质和能量在时间、空间上定性或定量的模型或其符号的集合，信息通常是指商业信息、情报、数据、密码及知识等。

2.我们认为，信息是关于客观事实的可通讯的知识。

（1）首先，信息是客观世界各种食物的特征与反应；（2）其次，信息是可以通讯的；（3）最后，信息形成知识。

3.分类：（1）按管理的层次：战略信息、战术信息和作业信息；（2）按应用领域：管理信息、社会信息、科技信息；（3）按加工顺序：一次信息、二次信息和三次信息；（4）按反映形式：数字信息、图像信息和声音信息。

4.特征：（1）事实性；（2）时效性；（3）不完全性；（4）等级性（战略级、战术级、作业级）；（5）变换性；（6）价值性。

二、系统1.概念：系统是由处于一定的环境中相互联系和相互作用的若干组成部分结合而成，并为达到整体目的而存在的集合。

2.按组成分类：自然系统、人造系统、复合系统。

3.特征：整体性、目的性、相关性、环境适应性。

三、信息系统1.概念：信息系统是一个人造系统，它由人、硬件、软件和数据资源组成，目的是及时、正确地收集、加工、存储、传递和提供信息，实现组织中各项活动的管理、调节和控制。

2.信息系统的发展：（1）电子数据处理系统（EDPS）：单项数据处理阶段、综合数据处理阶段；（2）管理信息系统（MIS）：高度集中、快速处理、统一使用，利用定量化的科学管理方法，通过预测、计划优化、管理、调节和控制等等手段来支持决策；（3）决策支持系统（DSS）：在人和计算机交互的过程中帮助决策者探索可能的方案，为管理者提供决策所需的信息；（4）管理信息系统发展的重要趋势是网络化四、决策1.概念：人们为达到一定的目的而进行的有意识、有选择的活动。

在一定的人力、设备、材料、技术、资金和时间因素的制约下，人们为了实现特定目标，可从多种可供选择的策略中作出决断，以求得最优或较好的过程就是决策过程。

2.决策过程四阶段：情报活动阶段、设计活动阶段、选择活动阶段、实施活动阶段。

...wd...第0章绪论1、国情：是一个国家的社会性质、政治、经济、文化等方面的根本情况和特点。

2、地理国情：是空间化、可视化的国情信息，是从地理空间角度分析、研究、描述和反映一个国家自然、经济、人文的国情信息。

3、监测：是对事物动态变化的监管和检测。

4、地理国情监测：是对地理相关的国情进展动态测绘、统计和分析研究。

〔概念本质：是地理监测在国家尺度上的一种变化监测〕5、地理国情监测的数据特点：海量性、多维性、异构性、多源性〔位置、属性和时间〕6、监测的最终目的：获取事物的动态变化信息并分析变化信息的合理性7、地理国情监测的特点：系统集成性、动态变化性、主动服务性、准确可靠性、过程完整性。

8、地理国情监测技术开展趋势：随着数据获取技术、数据分析方法、数据表达方法等开展，向着更快、更好的方向开展。

技术集成开展、数据源的多样性、更科学的时效性监测、监测成果的共享服务、更先进的监测设备、多部门协同监测。

9、地理国情监测的内容及过程内容：土地资源调查与监测、环境调查与监测、农情监测、森林和湿地监测、灾害动态监测、水文监测、海洋监测、矿产资源调查与监测气象监测10、地理国情监测系统的功能：国情信息普查、地理国情动态监测信息系统、综合分析与决策建模。

11、地理国情监测活动涉及的关键核心技术：遥感技术〔偏重空间位置的现状、变化数据的获取〕；GIS技术〔时空数据管理、数据的分析、信息共享等〕；地理和社会经济调查与地理编码技术〔偏重属性数据的获取、属性数据的空间化技术等〕第1章地理国情普查1、地理国情普查：是一项重大的国情国力调查，是全面获取地理国情信息的重要手段，是掌握地表自然、生态以及人类活动根本情况的根基性工作。

2、地理国情普查的内容：地形地貌普查、地表覆盖普查、地理单元普查。

3、地理国情普查的对象〔范围〕：地表自然要素〔地形地貌、植被覆盖、水域、荒漠与裸露地等〕人文地理要素〔与人类活动密切相关的交通网络、居民地与设施、地理单元等〕4、地理国情普查的目标：查清我国地表自然和人文地理要素的现状和空间分布情况，为开展常态化地理国情监测奠定根基，满足经济社会开展和生态文明建设的需求，提高地理国情信息对政府、企业和公众的服务能力。

GIS课件第4章空间数据结构第4章空间数据结构空间数据结构是指对空间数据逻辑模型描述的数据组织关系和编排⽅式，对地理信息系统中数据存储、查询检索和应⽤分析等操作处理的效率有着⾄关重要的影响。

同⼀空间数据逻辑模型往往采⽤多种空间数据结构，例如游程长度编码结构、四叉树结构都是栅格数据模型的具体实现。

空间数据结构是地理信息系统沟通信息的桥梁，只有充分理解地理信息系统所采⽤的特定数据结构，才能正确有效地使⽤系统。

在地理信息系统中，较常⽤的有栅格数据结构和⽮量数据结构，除此之外还有混合数据结构、镶嵌数据结构和超图数据结构等。

空间数据结构的选择取决于数据的类型、性质和使⽤的⽅式，应根据不同的任务⽬标，选择最有效和最合适的数据结构。

4.1⽮量数据结构⽮量数据结构对⽮量数据模型进⾏数据的组织。

它通过记录实体坐标及其关系，尽可能精确地表⽰点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和⾯积的精确定义。

⽮量数据结构直接以⼏何空间坐标为基础，记录取样点坐标。

按照这种数据组织⽅式，可以得到精美的地图。

另外，该结构还可以对复杂数据以最⼩的数据冗余进⾏存贮，它还具有数据精度⾼，存储空间⼩等特点，是⼀种⾼效的图形数据结构。

⽮量数据结构中，传统的⽅法是⼏何图形及其关系⽤⽂件⽅式组织，⽽属性数据通常采⽤关系型表⽂件记录，两者通过实体标识符连接。

由于这⼀特点使得在某些⽅⾯有便利和独到之处，例如在计算长度、⾯积、形状和图形编辑、⼏何变换操作中，有很⾼的效率和精度。

⽮量数据结构按其是否明确表⽰地理实体间的空间关系分为实体数据结构和拓扑数据结构两⼤类。

4.1.1实体数据结构实体数据结构也称spaghetti数据结构，是指构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进⾏组织。

按照这种数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体⼀⼀对应，各个多边形边界点都单独编码并记录坐标。

例如对图4-1所⽰的多边形A、B、C、D，可以采⽤两种结构分别组织。

第1章数据库概述1．试说明数据、数据库、数据库管理系统和数据库系统的概念。

答：数据是数据库中存储的基本对象。

数据库：是存放数据的场所。

数据库管理系统：管理数据库数据及其功能的系统软件。

数据库系统：由数据库、数据库管理系统、数据库管理员和数据库应用程序共同构成的系统。

2．数据管理技术的发展主要经历了哪几个阶段？答：文件管理和数据库管理。

3．文件管理方式在管理数据方面有哪些缺陷？答：（1）编写应用程序不方便。

（2）数据冗余不可避免。

（3）应用程序依赖性。

（4）不支持对文件的并发访问。

（5）数据间联系弱。

（6）难以满足不同用户对数据的需求。

4．与文件管理相比，数据库管理有哪些优点？答：（1）相互关联的数据集合；（2）较少的数据冗余；（3）程序与数据相互独立；（4）保证数据的安全可靠；（5）最大限度地保证数据的正确性；（6）数据可以共享并能保证数据的一致性。

5．比较用文件管理和用数据库管理数据的主要区别。

答：文件系统不能提供数据的独立性，也不能提供数据共享、安全性等功能，这些需要客户端编程实现。

而数据库管理系统可以很方便地提供这些功能。

6．在数据库管理方式中，应用程序是否需要关心数据的存储位置和存储结构？为什么？答：不需要。

因为这些都由数据库管理系统来维护。

7．在数据库系统中，数据库的作用是什么？答：数据库是存储数据的仓库，其作用是存储数据。

8．在数据库系统中，应用程序可以不通过数据库管理系统而直接访问数据文件吗？答：不可以。

9．数据独立性指的是什么？它能带来哪些好处？答：数据独立性包括逻辑独立性和物理独立性两部分。

物理独立性是指当数据的存储结构发生变化时，不影响应用程序的特性；逻辑独立性是指当表达现实世界的信息内容发生变化时，不影响应用程序的特性。

这两个独立性使用户只需关心逻辑层即可，同时增强了应用程序的可维护性。

10．数据库系统由哪几部分组成，每一部分在数据库系统中的作用大致是什么？答：数据库系统一般包括3个主要部分：数据库、数据库管理系统和应用程序。

北航学院《大学计算机基础》（社会科学试验班类）课程大纲课程基本信息课程编号：B1B061080课程中文名称：大学计算机基础课程英文名称：University Computer Foundation开课学期：春季学分/学时：2.0/40（备注，其中学时按照教务处文件定义（理论学时24课堂及机房授课、实验学时16）课程性质：必修面向大类：社会科学试验班类（法学、经济学、行政管理专业）先修课程：无建议后续课程：无适用专业/开课对象：社会科学试验班类/一年级学生任课教师：欧阳元新，刘禹，吴秀娟团队负责人：曹庆华核准院长：一、课程的性质、目的和任务课程性质：本课程为面向北航学院社会科学试验班类一年级本科生的工程基础类课程，包括法学、经济学、行政管理专业。

本课程着重通过系列课内讲解和上机实践，培养学生以计算思维来解决社会科学数据分析问题的基本思维方法。

因此，课程不仅仅需要熟练掌握常用工具软件，更注重计算思维思想的培养与计算思维方法的训练——如何使用计算机实现数据处理、自动分析和结果展现。

目的和任务：随着信息社会的发展，信息素养和人文素养、科学素养一样，已成为现代人必须具备的核心素养，其代表的是信息获取、信息鉴别和信息利用的意识和能力。

而计算思维是信息素养的核心之一，其在学生综合素质中的位置将越来越重要。

计算思维包含计算机学科领域内的众多概念，在本课程中，以解决社会科学数据分析问题为导向，按照问题求解的方式表述教学内容和实施教学。

通过理论学习和实验环节，使学生理解计算思维的基本概念，掌握使用计算机实现数据处理、自动分析和结果展现的方法，具备通过自学掌握高级编辑和演示工具的能力。

具体教学目标可分解为以下5点：（1）了解计算思维，具备基本的运用计算思维思想解决数据分析问题的能力；（2）理解算法的概念，了解基本的算法控制结构，逐步理解使用计算机求解问题的一般方法；（3）能使用Python语言实现基本的程序设计；（4）能够运用Python语言进行数据自动分析和结果展现；（5）能够使用常用工具软件的基本功能，具备通过自学掌握其他高级功能的能力。

第4章电子表格系统Excel2003开场白和结束语，请统一采用如下说法：课程开场白：同学们好，我是徐老师，接下来我将和同学们一起来完成《计算机文化基础》课程的学习。

我们这次课主要讲解电子表格系统Excel 2003的基本知识和操作技巧。

本章的内容需要记忆性的内容不是很多，需要理解和掌握的操作技巧比较多，在学习时，同学们需要灵活掌握。

下面就具体看一下我们需要学习的内容。

第4章电子表格系统Excel 2003为什么学习Excel 2003呢？微软公司的Microsoft Excel 2003是电子表格应用软件，具有强大的数据计算与分析处理功能，可以把数据用表格和各种图表的形式表现出来，使得制作出的表格图文并茂，它广泛应用与办公、金融、财会和统计等领域。

Excel 在同学们的学习和日常生活中都是比较实用的工具。

本章学习哪些内容呢？本章主要介绍Excel2003文档的基本概念和基本操作，然后对数据的编辑、公式与函数的使用、工作表的美化、数据的处理、图表的建立与编辑等内容进行全面的介绍。

通过本章的学习，使读者了解电子表格的基本知识，能熟练运用Excel制作出漂亮、实用的电子表格。

第1节Excel2003概述，介绍了Excel的四大功能和Excel应用程序界面的组成情况。

第2节Excel2003的基本操作，介绍Excel 2003的启动和退出、工作簿的新建和打开、单元格和单元格区域的选择、工作表及工作表的管理、插入（删除）行、列和单元格、使用公式和批注等内容及相关的操作技巧。

第3节格式化工作表包括格式化数据、调整单元格的行高和列宽和自动套用格式和条件格式等。

第4节数据清单，主要讲解了数据清单的概念和相关操作、对数据的排序和筛选以及分类汇总等。

第5节使用图表，收件介绍了图表的基本情况，然后讲解建立图表、编辑图表和格式化图表等。

第6节打印，主要包括对页面的设置、分页符的使用、打印预览和打印工作表。

第7节Word2003和Excel2003的协同操作部分主要介绍了Excel与Word之间的信息共享方式等。

大数据时代第四章第四章大数据的管理第一节大数据的生命周期管理当前，社会各界已经充分认识到大数据的价值并努力通过各种手段从不同角度去挖掘大数据的价值。

大数据的生命周期管理能够实现数据存储和利用的动态化管理，通过对数据价值的评估而制定不同的管理策略，从而提高数据资源的利用率和可用性。

一、数据生命周期管理及其阶段划分数据生命周期管理（DataLifeCycleManagement）来源于信息生命周期管理（InformationLifeCycleManagement）。

信息生命周期管理的理念是由美国存储公司StorageTek于2002年提出来的，其基本思想是，信息是・86・有生命的，处于不同阶段的信息应为组织提供不同的价值，因此应该对信息进行贯穿其整个生命的管理，包括从创建和使用到归档和处理。

此后，IBM、HP等公司又进一步提出了信息生命周期管理解决方案，信息生命周期管理的思想开始被学界和业界所接受。

从本质上说，数据生命周期管理是信息生命周期管理的深化和扩展，尽管到目前为止，还没有一个统一的数据生命周期管理的定义，但对数据生命周期管理的核心的认识却基本上是一致的，也就是：数据从产生到被删除销毁的过程中，具有多个不同的数据存在阶段，在每一个阶段上，数据的价值是不同的，数据生命周期管理就是要在数据存在的不同阶段，根据数据价值的不同而采取不同的管理策略，使数据在每一个阶段均能产生最大的效益，同时又能降低组织利用这些数据所需要的成本。

与信息生命周期管理不同，数据生命周期管理更强调数据对于组织的重要战略意义，在数据创建到最终消亡的生命周期中，数据利用者应根据数据价值的变化对数据进行动态管理，提升数据服务水平与数据使用效率，从而实现降低成本、提高效率的目标。

在数据生命周期管理实践中，数据存储和备份规范是保障和基础，数据管理和维护是执行方法，通过高效的数据管理和维护，不断提升数据服务水平，使数据的价值得到最大化利用。