《計算機輔助設計電子文檔》第三章 一程數(shù)據(jù)的處理技術(shù)

1、第三章 工程數(shù)據(jù)的處理技術(shù)在工程設計及產(chǎn)品制造過程中需要處理大量的信息數(shù)據(jù)。例如各種各樣的標準和規(guī)范、經(jīng)驗數(shù)據(jù)、實驗曲線以及大量的圖表等。在傳統(tǒng)的設計過程中，這些數(shù)據(jù)往往是以設計手冊的形式提供的，設計者需要手工進行查詢。在CAD過程中，就是要將各種各樣的信息數(shù)據(jù)存儲在計算機中，通過計算機來進行管理與處理。常用的數(shù)據(jù)處理技術(shù)有程序化、公式化、文件化及數(shù)據(jù)庫技術(shù)。第一節(jié) 工程數(shù)據(jù)的基本概念一、數(shù)據(jù)的定義 在計算機科學中，數(shù)據(jù)是計算機程序加工處理的對象或信息，這些信息可以是數(shù)字、字符（包括漢字、字母）、符號、圖形和聲音等。從工程本身來看，數(shù)據(jù)是用來描述客觀實體的某些特性或特征。所謂實體，可以是某些具

2、體的實體，也可是某個抽象的事件、活動，實體的特征稱為屬性。例如：齒輪是一個實體，描述齒輪的屬性有模數(shù)、齒數(shù)、材料、結(jié)構(gòu)尺寸和精度等。當這些屬性賦予不同的具體數(shù)值時，它就表示一個具體的齒輪實體，具體的數(shù)值稱為屬性值。模數(shù)、齒數(shù)、材料、結(jié)構(gòu)尺寸和精度是描述齒輪的數(shù)據(jù)，具體的數(shù)據(jù)就代表某一個齒輪。二、數(shù)據(jù)的類型 1）數(shù)據(jù)按性質(zhì)可分為：圖形數(shù)據(jù)和非圖形數(shù)據(jù)。圖形數(shù)據(jù)：是描述設計對象的幾何形體的數(shù)據(jù)，如結(jié)構(gòu)尺寸等；非圖形數(shù)據(jù)：又分為普通數(shù)據(jù)和標準數(shù)據(jù)，普通數(shù)據(jù)：包括產(chǎn)品設計要求，性能、經(jīng)濟指標等數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)因產(chǎn)品而異；標準數(shù)據(jù)：是固定不變的，包括設計規(guī)范和通用標準。2）數(shù)據(jù)按存取方式分為：靜態(tài)數(shù)據(jù)和動

3、態(tài)數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)：是固定不變的，即存取方式不允許隨時修改，如標準數(shù)據(jù)；動態(tài)數(shù)據(jù)：是隨機產(chǎn)生的，即存取方式允許隨時修改變動的數(shù)據(jù)。第二節(jié) 數(shù)表程序化代號材料密度/（gcm-3）12345678球墨鑄鐵工業(yè)鑄鐵碳 鋼鑄 鋼紫 銅鑄 鋁硬 鋁鎳鉻合金7.37.877.857.88.92.562.738.4一、數(shù)表的分類 機械設計中所用到的數(shù)表是多種多樣的，根據(jù)表中各數(shù)據(jù)元素和表格的維數(shù)可將數(shù)表分為簡單數(shù)表和列表函數(shù)數(shù)表，按數(shù)表的維數(shù)可分為一維數(shù)表、二維數(shù)表和多維數(shù)表。 表3-1 金屬材料的密度1）簡單數(shù)表 這種數(shù)表數(shù)據(jù)之間沒有一定的函數(shù)關系。例如各種材料的力學性能、齒輪的標準模數(shù)系列、各種材料的密度

4、等。表3-1所示為金屬材料密度數(shù)據(jù)表。2）列表函數(shù)數(shù)表 數(shù)表中的數(shù)據(jù)之間存在某種函數(shù)關系。這種數(shù)表可分為兩類：一類是數(shù)據(jù)本身有精確的計算公式或經(jīng)驗公式，由于公式復雜，為了方便計算，將其制成表格供設計人員查用，在CAD中可將公式編入應用程序進行計算，這種方法簡單，結(jié)果精確；另一類是一組離散的數(shù)據(jù)，沒有相應的計算公式，在CAD中可用程序化方法來處理。表3-2所示為三角皮帶設計中，帶輪包角系數(shù)K和帶輪包角之間的關系數(shù)表，這是一個一元列表函數(shù)表。表3-2 帶輪包角系數(shù)K和帶輪包角之間的關系（）708090100110120130140150160170180190200210220K0.560.620

5、.680.730.780.820.860.890.920.950.981.01.051.11.151.21） 一維數(shù)表 所要檢索的數(shù)據(jù)只與一個變量有關，表3-1和表3-2都是這樣的數(shù)表。2） 二維數(shù)表 所要檢索的數(shù)據(jù)與兩個變量有關。表3-3所示的齒輪傳動工況系數(shù)表 就是一個二維數(shù)表的例子。3-3 齒輪傳動工況系數(shù)表工作機載荷特性原動 工況機載荷特性 系數(shù)KKij工作平穩(wěn)中等沖擊較大沖擊j = 1j = 2j = 3工作平穩(wěn)i = 11.01.251.75輕度沖擊i = 21.251.502.00中度沖擊i = 31.501.752.253） 多維數(shù)表 所要檢索的數(shù)據(jù)與兩個以上的變量有關。在機械

6、設計中，這種數(shù)表較少見。在CAD中，常將其轉(zhuǎn)化為一維數(shù)表或二維數(shù)表進行處理。二、數(shù)表的程序化 用程序完整、準確地描述不同函數(shù)關系的數(shù)表。常用的有如下幾種方法：1）屏幕直觀輸入法 采用屏幕直觀顯示表格的方法，讓用戶自行選定所需數(shù)據(jù)。這種方法可用屏幕輸出語句顯示整個表格，程序?qū)崿F(xiàn)很簡單。2）數(shù)組存儲法 例1 將標準三角膠帶型號及斷面尺寸數(shù)表（表3-4）程序化，三角膠帶斷面如圖3-1所示。 型號頂寬a斷面高h節(jié)寬a0節(jié)高y0OABCDEF101317223238506810.513.51923.5308.51114192732432.12.34.14.86.98.311.0 表3-4 標準三角膠帶型

7、號及斷面尺寸 圖31 三角膠帶斷面圖此表只有一個自變量，即型號，且為字符型。查得的函數(shù)值即為膠帶的頂寬、斷面高等，均為離散型實型數(shù)。在程序化時可定義4個一維數(shù)組，并將表中的數(shù)值填寫在程序中使數(shù)組初始化，再定義一個整形變量i代表型號，當i = 0時代表O型，i = 1時代表A型，以此類推。下面是C語言程序片段。int i;float a7=10.0,13.0,17.0,22.0,32.0,38.0,50.0;float h7=6.0,8.0,10.5,13.5,19.0,23.5,30.0;float a07=8.5,11.0,14.0,19.0,27.0,32.0,42.0;float y07

8、=2.1,2.3,4.1,4.8,6.9,8.3,11.0;如果用戶給定i = 2（即B型），則程序可立即查出a2=17.0，h2=10.5，a02=14.0，y02=4.1。例2 將帶輪包角系數(shù)K和帶輪包角之間的關系數(shù)表（表3-2）程序化。帶輪包角和帶輪包角系數(shù)K均為數(shù)值型，可設計兩個一維數(shù)組來實現(xiàn)。查表時可根據(jù)來查K值。在實際計算中所得的實際包角可能不是表中所列的值,那么所查得的K值也不可能正好是表中之值，因此要用一元列表函數(shù)的插值法來求解。具體方法將在后面詳述。設帶輪包角為alf，包角系數(shù)為kalf，定義兩個一維數(shù)組alfi，kalfi：float alf16=70.,80.,90.,2

9、00.,210.,220;float kalf16= 0.56,0.62,0.68,1.1,1.15,1.2;調(diào)用一元列表函數(shù)的插值函數(shù)即可求出實際的包角系數(shù)值。例3 將平鍵剖面尺寸與軸徑關系數(shù)表（表3-5）程序化，平鍵的剖面及鍵槽如圖3-2所示。要求輸入軸徑d后，能輸出相應的鍵寬和鍵高尺寸。 表3-5 平鍵剖面尺寸與軸徑關系 單位：mm序號軸徑（d）平 鍵鍵寬（b）鍵高（h）123456789688101012121717222230303838444450234568101214234567889 圖32 平建的剖面尺寸與軸徑關系圖33 平鍵尺寸檢索程序流程圖此表的特點是軸徑d在某一范圍內(nèi)

10、對應的b，h值是相同的，故程序在檢索時應作適當?shù)呐袛嗵幚?。編程時可將它的上限或下限用一個一維數(shù)組pdi來表示，鍵寬和鍵高也分別用兩個一維數(shù)組pbi，phi表示。檢索時，根據(jù)設計中計算出來的直徑d，先判斷它位于表中軸徑的哪個范圍內(nèi)，然后由i在數(shù)組pbi，phi中確定對應的b，h值。平鍵尺寸檢索程序流程圖如圖3-3所示。 用C語言編寫的平鍵尺寸程序化及檢索程序如下：/*=Pingjian.c=*/main() int i; float d; float pd10=6.0,8.0,10.0,12.0,17.0,22.0,30.0,38.0,44.0,50.0; /*定義數(shù)組并初始化*/ float

11、pb9=2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0; float ph9=2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,8.0,9.0;loop1:printf(n); printf(n); printf( *n); printf( Please Input d(mm):); /*輸入軸徑*/ scanf(%f,&d);printf( *n);if (d=999) goto loop2; if(dpd9) /*數(shù)據(jù)越界檢查*/ printf(*n); printf(Data out of the table,please input again!n)

12、; printf(*n); goto loop1; for(i=0;ipdi&d=pdi+1) printf(n); printf( *n); printf( d=%6.2f b=%6.2f h=%6.2fn,d,pbi,phi); printf( *n); loop2: printf( *The End*n);程序運行結(jié)果如下：*Please Input d(mm)：4*Data out of the table，please input again!*Please Input d(mm)：15*d= 15.00 b= 5.00 h= 5.00* *The End*xx1x2x3xnyy1y

13、2y3yn3）插值計算法 表3-6 列表函數(shù)假設有一列表函數(shù)y=f（x），如表3-6所示。由于列表函數(shù)只能給出結(jié)點x1，x2， ，xn處的函數(shù)值y1，y2， ，yn。當自變量為結(jié)點中間值時，就要用插值計算法求取其函數(shù)值。插值法的基本思想是：在插值點附近選取幾個合適的結(jié)點，過這些結(jié)點構(gòu)造一個簡單函數(shù)P（x）代替原來的函數(shù)F（x），這樣插值點的函數(shù)值就用P（x）的值來代替。因此插值的實質(zhì)問題是如何構(gòu)造一個既簡單又具有足夠精度的函數(shù)P（x）。線性插值 即兩點插值，如圖3-4所示。已知插值點P（x，y）其相鄰兩點為 Pi（xi，yi）和Pi+1（xi+1， 圖34 線性插值幾何示意圖yi+1），近似認

14、為函數(shù)在此區(qū)間呈線型關系，根據(jù)幾何關系可求得插值點P對應于x的函數(shù)值y y yi（xxi） （3-1）該式即為線型插值公式。為了與后面的拋物線插值公式在形式上取得一致，可將公式（3-1）改寫成y yi （3-2)對于例2，若=125.4代入上式可得K=0.8416。從圖34可以看出，這種插值存在一定的誤差。當表格中自變量間隔較小，而插值精度又要求不高時，線型插值是可以滿足使用要求的。 線型插值程序的流程圖如圖3-5所示。符號說明如下： 圖35 線性插值程序流程圖x（n），y（n）一維數(shù)組，存放列表函數(shù)中的x，y值； n 列表函數(shù)中的結(jié)點數(shù)；t 插值點自變量數(shù)值；f 插值點的函數(shù)值。拋物線插值

15、如圖3-6所示，在F（x）上取三點作拋物線P（x），以P（x）代替F（x）。拋物線插值可以獲得比線型插值精度高的結(jié)果。設已知三點為pi-1（xi-1，yi-1），pi（xi，yi），pi+1（xi+1，yi+1），插入值為x，則 （3-3） 在拋物線插值中，關鍵是要根據(jù)插值點x選取合適的三個點，插值區(qū)間的確定如圖3-7 所示。選取方法歸納如下：a) 若，即x靠近xi-1點，則選xi-2，xi-1，xi三個點，這時式（3-3）中的i=i-1，如圖3-7（a）所示。b) 若，即x靠近xi點，則選xi-1，xi，xi+1三個點，這時式（3-3）中的 i= i，如圖3-7（b）所示。 圖36 拋物線插

16、值幾何示意圖c) 若，即x靠近表頭，則選x1，x2，x3三個點，這時式（3-3）中的i=2，如圖3-7（c）所示。 圖37 插值區(qū)間的確定d) 若，即x靠近表尾，則選xn-2，xn-1，xn三個點，這時式（3-3）中的i=n-1，如圖3-7（c）所示。圖38 拋物線插值程序流程圖拋物線插值程序的流程圖如圖3-8所示。符號說明與線型插值相同。三、線圖的程序化 在機械設計中，經(jīng)常遇到一些線圖供查找系數(shù)或參數(shù)等使用，有些還以曲線族的形式繪出。例如圖3-9就是根據(jù)齒輪在軸上不同的布置方式，根據(jù)齒寬系數(shù)d查找齒輪載荷系數(shù)K的一族曲線。線圖的程序化有以下幾種處理方式。1） 找到線圖原來的公式，將公式編入程

17、序，這是最精確的程序化處理方法。但不是所有的線圖都存在著原來的公式，即使有，一時也難于找到。 2）將線圖離散化為數(shù)表，再用數(shù)表程序化方法加以處理。 圖39 齒輪載荷分布系數(shù)3）用曲線擬合的方法求出線圖的經(jīng)驗公式，再將公式編入程序。例4：將蝸輪的齒形系數(shù)圖（圖3-10）程序化。 線圖數(shù)表化 從曲線上選取有限點列成數(shù)表。取一個Zz，相應找到一個Yz，在取點時應根據(jù)曲線的形狀特點，Zz的間距可疏可密，如表3-7所示。 圖310 蝸輪的齒形系數(shù)表3-7 蝸輪的齒形系數(shù)Yz（變位系數(shù)0，20，h1）Zz1011121314151617181920222426Yz4.554.143.73.553.343.

18、223.072.962.892.822.762.662.572.51Zz28303540455060708090100150200300Yz2.482.442.362.322.272.242.202.172.142.122.102.072.042.04 數(shù)表程序化 利用前面介紹的程序化方法進行處理。作業(yè)：將“標準三角膠帶型號及斷面尺寸”數(shù)表程序化。要求：交互式輸入三角膠帶型號，輸出斷面尺寸。第三節(jié) 數(shù)據(jù)公式化在工程設計中，有些問題較復雜，很難用理論公式描述。在實際的工程問題中往往通過一系列試驗測得相關數(shù)據(jù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)建立一個描述工程問題的數(shù)學模型，來近似表達工程問題中各參數(shù)的相互關系，即

19、建立經(jīng)驗公式。這種建立經(jīng)驗公式的過程稱為數(shù)據(jù)公式擬合。前面介紹的插值方法是通過給定點的直線、拋物線來代替函數(shù)曲線，直線或拋物線都通過給定的結(jié)點。由于試驗、觀察和測試得到的數(shù)據(jù)總是帶有一定程度的誤差，而且這些誤差又具有隨機的性質(zhì)。因此，曲線通過所有的點不僅不能提高精度，反而會使曲線保留全部誤差的影響。為了消除誤差的干擾，數(shù)據(jù)擬合不要求曲線通過所有的點，而是盡可能接近這些點，反映給定數(shù)據(jù)的一般趨勢。下面主要介紹采用最小二乘法的曲線擬合。一、最小二乘擬合法的基本思想 圖311 最小二乘法的曲線擬合如圖3-11所示，由線圖或?qū)嶒炈胢個點的坐標值為 （x1，y1），（x2，y2），（xm，ym）設擬合

20、公式為 y = f（x），因此每一結(jié)點處的偏差為 Dif（xi）yi i1，2，m 偏差的平方和為 Di2 （f（xi）yi）2 要求：各結(jié)點的偏差的平方和為最小，因此稱為最小二乘擬合。 擬合公式的類型通常選取初等函數(shù)，如對數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、代數(shù)多項式等。本書主要討論最小二乘法的多項式擬合方法。二、最小二乘法的多項式擬合設擬合公式為 y = f（x）= a0a1xa2x2anxn =ajxj j=0，1，n （1）已知m個點的值為（x1，y1），（x2，y2），（xm，ym），且mn，結(jié)點的偏差平方和為 Di2（f（xi）yi）2 ajxijyi2 i=1，2，m；j=0，1，n （2）在式（

21、2）中，xi， yi是已知的，是aj的函數(shù)，即是多項式f（x）系數(shù)的函數(shù)。當為極小時，將a0，a1，a2，an值代入（1）式中，就可以得到一個滿足要求的多項式。下面的問題就是求多項式的系數(shù)aj的值。若使為極小，aj必須滿足下列方程組0 j = 0，1，n （3）由式（2）得 j=0，1，n （4）求偏導數(shù)，并整理后得 （5）將式（5）寫成方程組如下 （6）其中均為i =1，2，m求和。公式（6）中待求的系數(shù)（a0，a1，an）共（n+1）個，方程也是（n+1）個，因此解此聯(lián)立方程，就可求得各系數(shù)值。三、列主元素高斯消去法求解線性聯(lián)立方程組求解線性聯(lián)立方程組有兩種方法：消去法（直接解法）和迭代法

22、（間接法）。下面舉例說明列主元素高斯消去法求解線性聯(lián)立方程組。首先用一個具體的四階方程組作為例子說明高斯消去法的實質(zhì)。假設有一四階方程組如下所示： 其求解步驟如下：1）把系數(shù)矩陣和等式右邊向量組成增廣矩陣 其中ai,5bi（i1，2，3，4）2）第一次消元使a111，ai10（i2，3，4）。其方法是從第2行減去2倍的第1行，從第3行減去1倍的第1行，從第4行減去3倍的第1行，得到如下矩陣： 3）第二次消元使a221，重復步驟2）的過程使ai20（i3，4）。得到如下矩陣： 4）第三次消元使a331，并同時使ai30（i4）。得到如下矩陣：5）第四次消元使a441，得到如下矩陣：由此得到與原方

23、程組等價的上三角形方程組： x1x2x3 x410表3-8 試驗數(shù)據(jù) x2x30x41x30x43 結(jié)點號x坐標y坐標1-342-223-1340051-162-273-5x45 6）通過回代過程可得出： X例5 有一組試驗數(shù)據(jù)如表3-8所示，用二次曲線擬合表中所列數(shù)據(jù)。設擬合公式為：ya0a1xa2x2 由試驗數(shù)據(jù)及擬合公式知：m7，n2代入公式（6）得到如下三個方程組： （j0） （j1） （j2）將xi，yi的值代入得： 按照高斯消元法求解三階方程組得：A最后得到擬合后的經(jīng)驗公式為：y 最小二乘法多項式擬合的程序流程圖如圖3-12所示。圖中各符號說明如下：圖312 最小二乘法多項式擬合程

24、序流程圖x，y一維數(shù)組，分別存放試驗數(shù)據(jù)中的xi，yi 值， 共m個。m表格中（xi，yi）的點對數(shù)，即結(jié)點數(shù)。n多項式系數(shù)（a0，a1，an）的個數(shù)，為多項式的冪次加1。ann1二維數(shù)組，其中n1=n+1，即比n方陣多出一列，該列開始存放公式（6）中右邊的系數(shù)值，運算結(jié)束時存放多項式的系數(shù)值。其余n行n列存放公式（6）等式左邊各系數(shù)。 采用最小二乘法進行多項式擬合時，所采用的多項式的冪次不能太高，一般小于7，可先用較低的冪次，如果誤差較大再提高。另外有時一組數(shù)據(jù)或一條線圖不能用一個多項式表示其全部，可分段處理，分段大都發(fā)生在拐點或轉(zhuǎn)折之處。如想提高某區(qū)間的擬合精度，應在區(qū)間上采集更多的點。第

25、四節(jié) 數(shù)據(jù)文件化前面介紹的數(shù)據(jù)存取方法，是將數(shù)據(jù)以數(shù)組的形式直接存放在內(nèi)存中，然后被應用程序直接調(diào)用。這種方法的不足之處在于：數(shù)據(jù)占內(nèi)存容量大；數(shù)據(jù)在應用程序中，其它程序應用不方便；不便于修改等。因此它只適用于數(shù)據(jù)量小，變化小的情況。文件是數(shù)據(jù)管理的一種形式，它能獨立于應用程序單獨存在。數(shù)據(jù)文件化管理方法將數(shù)據(jù)存于外存儲器中，使用時調(diào)入內(nèi)存，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在內(nèi)外存之間的交換。一、數(shù)據(jù)文件的組成 1數(shù)據(jù)項：一個數(shù)據(jù)稱為一個字段或數(shù)據(jù)項；2記錄：若干個相互關聯(lián)的數(shù)據(jù)項組成一個記錄；3文件：同類若干個記錄就組成了文件。二、數(shù)據(jù)文件的類型 數(shù)據(jù)文件按組織形式和管理方式可分為順序文件和隨機文件。1順序文件又稱

26、文本文件，文件中的各個記錄以其輸入的先后次序按順序存放。存取順序文件必須從頭至尾一個接一個地讀寫，因此效率不高。2隨機文件又稱記錄文件，它在寫入一個數(shù)據(jù)項的同時，還給這個數(shù)據(jù)項登記一個編號即記錄號，以后再使用時就可根據(jù)記錄號去查找記錄，故存取速度比順序文件要快得多。 三、數(shù)據(jù)文件的應用程序下面以平鍵數(shù)表為例說明用C語言編寫順序數(shù)據(jù)文件的建立與讀取程序。1順序文件的建立在用文件對平鍵數(shù)表進行處理時，每一個記錄的數(shù)據(jù)項個數(shù)是相同的。因此將軸徑d的選擇范圍定義成兩個數(shù)組pd19，pd29。源程序如下：/*=PjWrite.c=*/#include stdio.hmain() int i; FILE

27、*fp; float pd19=6.0,8.0,10.0,12.0,17.0,22.0,30.0,38.0,44.0; /*定義數(shù)組并初始化*/ float pd29=8.0,10.0,12.0,17.0,22.0,30.0,38.0,44.0,50.0; float pb9=2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0; float ph9=2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,8.0,9.0; if (fp=fopen(pj.txt,w)=NULL) /*以“寫”方式打開“pj.txt”數(shù)據(jù)文件*/ printf(Cannot open t

28、his filen); exit(0); for(i=0;i=8;i+) fprintf(fp,%f,%f,%f,%fn,pd1i,pd2i,pbi,phi); /*向“pj.txt”寫入數(shù)據(jù)*/ fclose(fp); /*關閉文件*/程序經(jīng)編譯、連接運行后，生成數(shù)據(jù)文件pj.txt，具體內(nèi)容如下：6.000000,8.000000,2.000000,2.0000008.000000,10.000000,3.000000,3.00000010.000000,12.000000,4.000000,4.00000012.000000,17.000000,5.000000,5.00000017.0

29、00000,22.000000,6.000000,6.00000022.000000,30.000000,8.000000,7.00000030.000000,38.000000,10.000000,8.00000038.000000,44.000000,12.000000,8.00000044.000000,50.000000,14.000000,9.0000002順序文件的讀取源程序如下：/*=pjread.c=*/#include stdio.hmain() int i; float d; float pd19; /*定義數(shù)組*/ float pd29; float pb9; float

30、 ph9; FILE *fp; if(fp=fopen(pj.txt,r)=NULL) /*以“讀”方式打開“pj.txt”數(shù)據(jù)文件*/ printf(Cannot open this filen); exit(0); printf(n); printf(n); printf( * TURBO C *n); printf( Please Input d(mm):); /*輸入軸徑*/ scanf(%f,&d); printf( *n); for(i=0;ipd1i&d=pd2i) /*檢索數(shù)據(jù)，并顯示檢索結(jié)果*/ printf(n); printf( *n); printf( d=%f b=%

31、f h=%fn,d,pbi,phi); printf( *n); printf( *The End*n); fclose(fp); /*關閉文件*/程序經(jīng)編譯連接后，運行結(jié)果如下：* TURBO C *Please Input d(mm):15*d=15.000000 b=5.000000 h=5.000000* 作業(yè)：編寫“標準三角膠帶型號及斷面尺寸”數(shù)表的順序數(shù)據(jù)文件的建立及讀取程序。要求：交互式輸入三角膠帶型號，輸出斷面尺寸相關尺寸。第五節(jié) 數(shù)據(jù)庫技術(shù) 數(shù)據(jù)庫技術(shù)是在文件系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的一種數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)。數(shù)據(jù)庫：是若干文件的集合，建立數(shù)據(jù)庫的目的是對所有數(shù)據(jù)實行統(tǒng)一的、集中的、獨

32、立的管理。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）：是數(shù)據(jù)庫管理軟件，它的功能是：維護數(shù)據(jù)庫；接受用戶提出的訪問（查詢）數(shù)據(jù)的請求；協(xié)助用戶建立和使用數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫技術(shù)：是研究數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的技術(shù)。一、數(shù)據(jù)庫管理方式的特點 數(shù)據(jù)文件化是由文件管理系統(tǒng)來管理數(shù)據(jù)，其管理方式如圖313所示。數(shù)據(jù)的文件化管理的特點：數(shù)據(jù)可以用統(tǒng)一的格式，以文件形式存于計算機外存儲器內(nèi)，因而數(shù)據(jù)和程序之間有了相對獨立性；文件之間彼此孤立，文件內(nèi)部無結(jié)構(gòu)信息，數(shù)據(jù)共享范圍有限；文件管理系統(tǒng)缺乏對數(shù)據(jù)進行集中管理的能力；數(shù)據(jù)的操作離不開應用程序，即數(shù)據(jù)文件與應用圖313 數(shù)據(jù)文件化管理方式程序有依賴關系。數(shù)據(jù)庫管理方式克服了文件管理方式的

33、不足，其特點如下： 對數(shù)據(jù)實行統(tǒng)一、集中、獨立的管理； 應用程序與數(shù)據(jù)不相互依賴，即數(shù)據(jù)可獨立于應用程序存在，應用程序也不必隨著數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化而修改； 建立檢索、增刪、修改等操作靈活而方便，具有全屏幕編輯功能等； 在描述數(shù)據(jù)的同時，也描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化； 數(shù)據(jù)共享性好，冗余度低，具有安全性和完整性。圖314 數(shù)據(jù)庫管理方式數(shù)據(jù)庫管理方式如圖3-14所示。數(shù)據(jù)庫的以上特點是由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS保障的，因而DBMS是數(shù)據(jù)庫的核心。因此，數(shù)據(jù)庫是一個通用的、綜合性的、數(shù)據(jù)獨立性高、冗余度小且互相聯(lián)系的數(shù)據(jù)文件的集合，它按照信息的自然聯(lián)系來構(gòu)造數(shù)據(jù)，用各種存取方法來對數(shù)據(jù)進行操作以滿

34、足實際需要。數(shù)表程序化、數(shù)據(jù)文件化和數(shù)據(jù)庫技術(shù)都是數(shù)據(jù)管理的方法，各有特點和應用場合。一般情況下：若管理的數(shù)據(jù)只需在系統(tǒng)內(nèi)和程序間共享，則可采用文件管理方式；若數(shù)據(jù)在系統(tǒng)間共享、交換，則需采用數(shù)據(jù)庫管理方式；若數(shù)據(jù)無需共享，數(shù)據(jù)量也不大，操作也不復雜，則用程序化管理方式。總之，要具體問題，具體分析。二、數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個核心問題就是如何表示和處理實體間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)模型：表示實體及實體間聯(lián)系的模型。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎，每一種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都是基于某種數(shù)據(jù)模型的。常用的數(shù)據(jù)模型有層次型、網(wǎng)絡型和關系型。（1）層次型 層次型模型是用樹型結(jié)構(gòu)來表示實體之間聯(lián)系的模型，如圖

35、3-15所示，它體現(xiàn)了記錄之間“一對多”的關系。層次型結(jié)構(gòu)的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、清晰，適用于記錄之間本身就存在一種自然的層次關系，但它難于處理記錄之間的復雜聯(lián)系。圖315 層次型模型層次模型必須滿足兩個條件：一是只有一個根結(jié)點；二是根以外的其它結(jié)點有且僅有一個父結(jié)點。按照層次模型建立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為層次模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。（2）網(wǎng)絡型 指事物之間為網(wǎng)絡的組織結(jié)構(gòu)，如圖3-16所示，它體現(xiàn)了事物之間“多對多”的關系。如果取消層次模型中的兩個限制條件，即可以有：一個以上的結(jié)點無父結(jié)點；至少有一個結(jié)點有多于一個的父結(jié)點，便形成了網(wǎng)絡模型。因此，層次型模型是網(wǎng)絡型模型的一種特例。網(wǎng)絡型模型能處理事物之間非常

36、復雜的聯(lián)系，但其模型結(jié)構(gòu)極其復雜。按照網(wǎng)絡型模型建立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為網(wǎng)狀模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。圖316 網(wǎng)絡型模型（3）關系型 它是以集合論中的“關系”的概念為理論基礎，把信息集合定義為一張二維表的組織結(jié)構(gòu)，每一張二維表稱為一個關系，其中表中的每行為一個記錄，每列為數(shù)據(jù)項。表39所示為齒輪零件表數(shù)據(jù)庫。表3-9 齒輪零件表零件號材料牌號模數(shù)齒數(shù)外徑孔徑齒寬100420Cr32478.025.020.0108345338120.030.020.0200845248100.025.020.0202435Cr428120.030.025.0202545530160.035.030.0作為一個“關系型”的二

37、維數(shù)表，必須滿足如下條件：a. 表中每一列必須是基本數(shù)據(jù)項，而不應是組合項；b. 表中每一列必須具有相同的數(shù)據(jù)類型；c. 表中每一列必須有一個唯一的屬性名；d. 表中不應有內(nèi)容相同的行；e. 行與列的順序均不影響表中所表示的信息含義。關系型模型的特點：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)獨立性高，操作算法成熟、完善?；陉P系模型建立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。目前國內(nèi)普遍應用的FOXBASE、FOXPRO、ORACLE等都是關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。近幾年來，隨著計算機輔助技術(shù)的發(fā)展，三種數(shù)據(jù)模型均不能充分、有效地描述工程數(shù)據(jù)，許多研究機構(gòu)都在探討構(gòu)造新的數(shù)據(jù)模型，如面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫（object-Oriented

38、Data Base，OODB）提出的語義數(shù)據(jù)模型和對象關系模型等。相關技術(shù)正在研究和探討中。三、 數(shù)據(jù)庫管理軟件 常用的數(shù)據(jù)庫管理軟件很多，如dBASE、dBASE、FoxBASE、FoxPRO、Access、SQL-Server等。目前用的比較多的是FoxPRO、Access、SQL-Server等。具體到某個數(shù)據(jù)庫管理軟件的操作請參考相關參考書，限于篇幅所限，此處不再贅述。四、工程數(shù)據(jù)庫簡介數(shù)據(jù)庫最初只是用于管理商用事務中的數(shù)據(jù)，而CAD所涉及的數(shù)據(jù)具有形式多樣、關系復雜、動態(tài)性強等特點。因此專門服務于工程應用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)稱為工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，簡稱EDBMS（Engineering DBMS）。（1）工程數(shù)據(jù)分析 在工業(yè)領域中，由于數(shù)據(jù)庫要支持從設計到生產(chǎn)制造的整個過程，因此工程數(shù)據(jù)是非常多樣和復雜的，一般可分為如下四類