GIS数据结构与算法复习
《GIS空间分析原理与方法》考试复习资料
《GIS空间分析原理与方法》期末复习资料第一章地理空间数据分析与GIS1、什么是地理空间数据分析？它是通过研究地理空间数据及其相应分析理论、方法和技术，探索、证明地理要素之间的关系，揭示地理特征和过程的内在规律和机理，实现对地理空间信息的认知、解释、预测和调控。
2、什么是地理系统数学模拟？其模拟的一般过程是？建立地理系统数学模型的过程称为地理系统的数学模拟（简称地理模型）。
地理系统数学模拟的一般过程是：①从实际的地理系统或其要素出发，对空间状态、空间成分、空间相互作用进行分析，建立地理系统或要素的数学模型；②经验检查，若与实际情况不符，则要重新分析，修改模型；若大致相符，则选择计算方法，进行程序设计、程序调试和上机运算，从而输出模型解；③分析模型解，若模型解出错，则修改模型；若模型解正确，则对成果进行地理解释，提出切实可行的方案。
3、地理空间数据挖掘的体系结构？地理空间数据挖掘是数据挖掘的一个研究分支，其实质是从地理空间数据库中挖掘时空系统中潜在的、有价值的信息、规律和知识的过程，包括空间模式与特征、空间与非空间数据之间的概要关系等。
地理空间数据挖掘的体系结构由以下四部分组成：（1）图形用户界面（交互式挖掘）；（2）挖掘模块集合；（3）数据库和知识库（空间、非空间数据库和相关概念）；（4）空间数据库服务器（如ESRI/Oracle SDE，ArcGIS以及其他空间数据库引擎）。
4、什么是地理空间数据立方体？地理空间数据立方体是一个面向对象的、集成的、以时间为变量的、持续采集空间与非空间数据的多维数据集合，组织和汇总成一个由一组维度和度量值定义的多维结构，用以支持地理空间数据挖掘技术和决策支持过程。
5、地理空间统计模型的分为几类，它们的定义分别是什么？地理空间统计模型大致可分为三类：地统计、格网空间模型和空间点分布形态。
（1）地统计：是以区域化变量理论为基础，以变差函数为主要工具，研究空间分布上既具有随机性又具有结构性的自然现象的科学。
地理信息系统算法基础复习18页
地理信息系统算法基础复习一、名词解释1.地理信息系统：是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
2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3.数据模型：对现实世界进行认知、简化和抽象表达，并将抽象结果组织成有用、能反映形式世界真实状况数据集的桥梁。
4.地图数字化：根据现有纸质地图，通过手扶跟踪或扫描矢量化地方法，生产出可在技术机上进行存储、处理和分析的数字化数据。
5. 拓扑关系：图形在保持连续状态下的变形但图形关系不变的性质。
6. 空间数据结构：对空间逻辑数据模型描述的数据组织关系和编排方式。
7 元数据：它是关于数据的数据，在地理空间信息中用于描述地理数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理方式以及数据集的其他特征，它是实现地理空间信息共享的核心标准之一。
8 .空间索引：依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构。
9.空间数据查询：其属于空间数据库的范畴，一般定义为从空间数据库中找出所有满足属性约束条件和空间约束条件的地理对象。
10.空间分析：以地理事物的空间位置和形态特征为基础，异空间数据运算、空间数与属性数据的综合运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程。
11.数字高程模型：又称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟，高程数据通常采用绝对高程。
12.数字地形分析：是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。
二、填空题1、空间实体的四个基本特征：空间位置特征、属性特征、时间特征、空间关系特征。
2、地理空间数据的概念模型分为：对象模型、场模型、网络模型。
3、空间关系是指地理空间实体之间相互作用的关系。
GIS复习
GIS复习1、地理信息系统的组成包括：计算机硬件系统、软件系统、地理空间数据库、用户/系统管理维护人员。
2、在遥感和GIS的集成中，GIS可作为遥感图像解译的工具，而遥感数据可作为GIS的数据源。
3、采用四叉树编码时，一幅2n×2n的栅格阵列，n为极限分割次数，n+1 为最大分割层数。
4、网络分析是地理信息系统空间分析的重要模块，其基本思想在于人类活动总是按一定目标选择达到最佳效果的空间位置，解决的问题主要包括最佳路径选择和资源分配。
5、空间数据的拓扑关系有邻接关系、关联关系和包含关系。
6、空间数据具有空间特征、属性特征和时间特征。
7、多边形叠加按照叠加目的可分为合成叠加和统计叠加。
8、DEM的表达方法很多，最主要的三种模型是高程矩阵规则格网、等高线模型和不规则三角网。
9、空间数据的输入是建立地理信息系统的基础工作，常用的两种获得空间数据的方法是手扶跟踪数字化仪、扫描数字化。
10、多边形由矢量数据转为栅格数据称为多边形填充，就是在矢量表示的多边形边界内部的所有栅格点上赋以相应的多边形编码，形成类似的栅格数据阵列，转换的算法主要有内部点扩散算法、射线算法、扫描算法、边界代数法等。
11空间插值包括整体插值和局部插值，整体插值是用研究区所有采样点的数据进行全区特征拟合，整体插值方法包括边界内插方法、趋势面分析、变换函数插值。
12、信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，信息系统按照系统所执行的任务可分为事务处理系统、管理信息系统、决策支持系统、人工智能和专家系统。
13、随着计算机和信息技术的发展，GIS也迅速地变化，未来实用地理信息系统的发展趋势为GIS网络化、GIS标准化、数据商业化、系统专门化、GIS企业化、GIS全球化、GIS大众化。
14、地图投影的种类很多，从不同的分类角度有不同的分类方法，按构成方法分为几何投影和非几何投影，几何投影中根据几何面的形状可分为圆柱、圆锥、方位。
GIS考试重点总结复习重点
GIS考试重点总结复习重点地理信息系统的基本构成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型。
地理空间一般指上至大气电离层，下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。
其间是自然地理过程和生命及人类活动最活跃的场所。
GIS中也常用地理空间来表达空间的概念。
高程指空间某点高于或低于基准面的垂直距离，主要用来提供地形信息。
高程基准面即大地水准面。
地理空间定位框架就是大地测量控制系统，用以建立地球的几何模型来精确的测量地球上任意一点的坐标，包括平面位置和高度值。
大地测量控制系统由平面控制网和高程控制网组成。
地理空间的实体包括点、线、面、曲面和体等多种类型。
按数据发布形式，GIS中的空间数据可以分为4D数据：1、数字线画图（DLG）数据：DLG数据是现有地形图要素的向量数据，保存各要素间的空间关系和相关的属性信息，全面的描述地表目标。
2、数字栅格图（DRG）数据：DRG数据是现有的纸质地图经计算机处理后得到的栅格数据文件。
每一幅地形图在扫描数字化后，经几何纠正，并进行内容和数据压缩处理，即可以得到数字栅格图。
3、数字高程模型（DEM）数据：DEM数据是以数字形式表达的地形起伏数据。
4、数字正射影像（DOM）数据：DOM数据是对摇感数字影像，经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射投影影像数据。
矢量数据是利用欧几里得几何中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。
基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，是指将空间分割成有规则的网格，称为栅格单元，在各个栅格单元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。
地图投影就是依据一定的数学法则，将不可展开的地表曲面映射到平面上或可展开成平面的曲面（如：圆锥面，圆柱面，椭圆柱面等）上，最终在地表面点和平面点之间建立一一对应的关系。
1949年后，高斯-克吕格投影被确定为我国地形图系列中1：50万、1：20万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万及更大比例尺的数学基础。
【GIS】地理信息系统复习资料
第一章绪论1、信息的特点1)信息的客观性2)信息的适用性3)信息的传输性4)信息的共享性2、数据处理：即对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。
3、地理信息的特点:1）空间分布性2）具有多维结构的特征3）时序特征十分明显4、地理数据：是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。
5、地理信息系统：它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
6、简述GIS的构成。
它的的基本功能有哪些？硬件系统、软件系统、空间数据库、应用模型、用户基本功：数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编辑。
第二章地理信息系统的数据结构1、矢量表示法：采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素。
2、栅格表示法：采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素。
3、空间数据的基本特征。
1)属性特征：描述空间对象的特性，即是什么。
如对象的类别、等级、名称、数量等。
2)空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者用拓扑关系表示，如交通学院与电力学院相邻等。
3)时间特征：描述空间对象随时间的变化。
4、拓扑关系的类型1）拓扑邻接：相同拓扑元素之间的关系。
2）拓扑关联：不同拓扑元素之间的关系。
3）拓扑包含：同类但不同级元素之间的关系。
5、空间数据拓扑关系意义1）根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系。
2）有利于空间要素的查询。
3）可以利用拓扑关系数据作为工具，重建地理实体。
6、建立如下图所示的拓扑关系的全显式表达。
（方向自己给定）弧段与结点关系表多边形与弧段关系表结点与弧段关系表弧段与多边形7、栅格数据单元值的确定方法有哪些？①中心点法：②面积占优法：③重要性法：④百分比法：8、如何确定合理的网格尺寸？为了逼近原始数据精度，除了采用这几种取值方法外，还可以采用缩小单个栅格单元的面积，增加栅格单元总数的方法。
GIS复习资料
GIS复习资料（简答题）Ch11、定义地理空间数据。
答：描述地球表面空间要素的位置和特征的数据。
2、阐释空间数据和属性数据是GIS数据的重要组成部分。
答：3、解释矢量数据和栅格数据之间的不同。
答：（1）定义不同：矢量数据模型：采用点及其x、y坐标来构建点、线和面空间要素的一种空间数据模型。
栅格数据模型：一种用格网和像元来表示要素空间变化的空间数据模型。
它用格网中的像元表示点要素。
（2）矢量数据模型用来表示具有清晰空间位置和边界的具体要素，适用于表示离散要素，而栅格数据模型用来表示如高程、降水等连续要素。
（3）对于栅格数据，每个像元有一个数值对应于该位置的空间要素属性。
像元与像元值紧密捆绑在一起。
对于矢量数据，与空间要素有关联的属性数据数量可能明显不同。
一个路段可以只有长度和限速的属性，而一个土壤多边形可能有数十个理化性质、解释和性能数据。
（4）与矢量数据模型不同，栅格数据模型从GIS出现以来一直保持相同的概念和数据结构，但存储和压缩栅格数据的方法在过去30年中不断变化。
（4）优缺点不同优点缺点1）数据量小1）数据结构复杂矢量数据2）便于网络分析2）数学模拟和空间分析极困难3）图形显示质量好精度高3）不易同RS结合4）便于面向对象的数据表示4）硬软件技术要求高5）投影转换容易1）数据结构简单1）数据量大栅格数据2）便于空间分析和数学模拟2）投影转换复杂3）易同RS结合3）图形质量差4）输出快、成本低4）现象识别效果差5）难以进行网络分析4、解释地理相关数据模型和基于对象数据模型之间的不同。
答：地理相关数据模型：一种矢量数据模型，将空间要素的空间数据和属性数据分别存储，两者通过要素ID连接起来。
基于对象数据模型：一种用对象来组织空间数据的数据模型，它将空间数据和属性数据存储在同一个系统内。
并将空间要素看作具有相关属性和方法的对象。
Ch21、解释地图投影的重要性。
答：投影过程就是从球形的地球表面到平面的转换。
GIS复习题整理的部分答案
1.初步理解下述名词：信息、数据、地理信息、地理信息系统信息：是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表达事件、事物、现象等的内容、数量或特征。
具有客观性、适用性、可传输性和共享性。
来源于数据,是数据的内涵，是用数据来表达的。
数据(Data)-通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
（如文字、数字、符号、语言、图像等）,是一种未加工的原始材料。
地理信息(GI)－是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等数字、文字、图像、和图形等的总称。
具有地域性/空间定位性、多维结构性/层次性、时序性（动态变化性）、数据量大、载体多样性地理信息系统（GIS）－是指在计算机软硬件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据继续采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统2.GIS由哪几部分组成？其基本功能是什么系统硬件，系统软件，空间数据，应用人员，应用模型。
基本功能：数据采集与编辑，数据储存与管理，数据处理与变换，空间分析和统计，产品制作与显示，二次开发和编程。
1.栅格数据和矢量数据是如何分别表达地理空间的？地理空间的表达是地理数据组织、存储、运算、分析的基础，其表达方法有：矢量法：以坐标序列描述地理实体的空间特征，包括0维矢量、一维矢量、二维矢量、三维矢量。
集中表现地理实体的形状特征以及不同实体之间的空间关系。
点、线、面实体的矢量表达。
栅格法：以栅格单元（象元）及其属性值来描述地理实体的空间特征。
描述地理实体的级别分布特征及其位置。
点、线、面实体的栅格表达。
2.何为栅格数据结构和矢量数据结构，各有什么特点？又如何获取栅格数据和矢量数据？矢量数据结构定义：矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。
点：空间的一个坐标点；线：多个点组成的弧段；面：多个弧段组成的封闭多边形；矢量数据结构特征;无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；处理嵌套多边形比较麻烦矢量数据结构获取方法:定位设备（全站仪、GPS、常规测量等）地图数字化,间接获取,栅格数据转换.空间分析叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）栅格数据结构定义:以规则像元阵列表示空间对象的数据结构，阵列中每个数据表示空间对象的属性特征。
GIS空间分析与建模期末复习
空间分析与建模复习名词解释：空间分析：采用逻辑运算、数理统计和代数运算等数学方法，对空间目标的位置、形态、分布与空间关系进行描述、分析和建模，以提取和挖掘地理空间目标的隐含信息为目标，并进一步辅助地理问题求解的空间决策支持技术。
空间数据结构：是对空间数据的合理组织，是适合于计算机系统存储、管理和处理地图图形的逻辑结构，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述与表达。
空间量测：对数据库中各种空间目标的基本参数进行量算与分析，元数据：描述数据与其环境的数据。
空间元数据：关于地理空间数据和相关信息的描述性信息。
空间尺度：数据表达的空间范围的相对大小以与地理系统中各部分规模的大小尺度转换：信息在不同层次水平尺度范围之间的变化，将某一尺度上所获得的信息和知识扩展或收缩到其他尺度上，从而实现不同尺度之间辨别、推断、预测或演绎的跨越。
地图投影：将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影。
地图代数：作用于不同数据层面上的基于数学运算的叠加运算重分类：将属性数据的类别合并或转换成新类，即对原来数据中的多种属性类型按照一定的原则进行重新分类滤波运算：通过一移动的窗口，对整个栅格数据进行过滤处理，将窗口最中央的像元的新值定义为窗口中像元值的加权平均值邻近度：是定性描述空间目标距离关系的重要物理量之一，表示地理空间中两个目标地物距离相近的程度。
缓冲区分析、泰森多边形分析。
缓冲区：是指为了识别某一地理实体或空间物体对其周围地物的影响度而在其周围建立的具有一定宽度的带状区域。
缓冲区分析：对一组或一类地物按缓冲的距离条件，建立缓冲区多边形，然后将这一图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠加分析，得到所需结果的一种空间分析方法泰森多边形：所有点连成三角形，作三角形各边的垂直平分线，每个点周围的若干垂直平分线便围成的一个多边形网络分析：是通过研究网络的状态以与模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，对网络结构与其资源等的优化问题进行研究的一种空间分析方法。
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什么是“结构”
结构是指组成整体的各元素的搭配和安排
什么是数据结构？
数据结构是组成数据整体的各元素的搭配和安排。
“数据结构”的意义
“数据结构”并不关注数据整体中各个元素的具体数值，而是关注元素之间的关联方式。
同一类型信息的不同实体所对应的数据整体，在元素的具体数字上可能并不一致，但在结构（关联方式）上往往具有相当的一致性。
数据结构中的基本概念和术语
数据(Data)：是客观事物的符号表示。
在计算机科学中指的是所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的总称
数据元素(Data Element)：是数据的基本单位，在程序中通常作为一个整体来进行考虑和处理
数据项(Data Item)：一个数据元素可由若干个组成。
数据项是数据的不可分割的最小单位。
数据项是对客观事物某一方面特性的数据描述
数据的逻辑结构和存储结构
“算法”：将信息处理过程转换为运算过程的理论。
算法的表达：形式化方式（流程图，伪代码）——算法的设计
计算机程序代码和机器码——算法的实现
数据结构的形式化表达的基本规则是什么？
概念明确化，信息符号化，结构规则化
算法的特征
自主、序贯、操作指令
算法的要求：
IPO
正确性：对于任意符合预定义要求的输入数据，算法给的对应输出结果都应该是正确的（符合预定义）；
确定性：算法的每步操作都必须有明确的、与执行者无关的结果；
可计算性：算法的每步操作最终都由有限几种运算操作组成；
有穷性：对于任意输入数据，算法都能在运行有限次操作后结束，尽管“有限次”可能是个非常庞大的数字；
文件头
存储与文件基本特征相对应的数据（元数据）
信息记录
几何体空间坐标记录，相当于文件的正文
.shp文件的文件头可以进一步分解为更细致的结构
任何.shp文件的文件头都具有相同的长度和结构
总体上看，文件头包含基本识别信息和空间信息概况两部分
#.shp文件的空间信息记录这部分内容没有固定的长度，其长度由存储的几何体数量和几何体具体特征决定；
#总体上是由同类型的几何体空间定位坐标记录依次排列连接而成；
#虽然长度不固定，但是空间信息记录仍然遵循统一的格式，每一个单独的几何体记录都由记录头信息和记录信息两部分组成。
是文件中真正的空间信息部分；
每一个几何体信息分为两部分：开始的部分为int ShapeType之后是空间坐标记录
结构化算法设计的基本思路
自顶向下
逐层分解
每一个层次都只包含尽量简洁的流程表达，用层次化分解应对算法的复杂性
中间层次中多采用描述性的文字而不是计算式表达框图含义
图的基本定义
设集合V表示所有的节点（顶点），集合E表示所有的边；
无向图记做G(V,E)，图中任一条边都可以用节点的无序对表示，记做eij=[vi,vj]或者eij=[vj,vi]；
有向图记做D(V,E)，图中任一条边都要用节点的有序对表示，记做eij=<vi,vj>或者eij=(vi,vj)；为了区分，一般将有向图中的边称为“弧”；
如果图中既有有向边也有无向边则称为混合图，混合图可以通过将无向边拆成两条方向相反的有向边的方法转换成有向图
赋权图
图中的每一条边（弧）eij均有一个权数wij相对应的图称为赋权图；
图的几种常见存储结构：邻接矩阵，邻接链表，Arc-Node表
邻接矩阵
在无向图中，如果节点vi和vj之间存在一条边，则称vi与vj互相邻接；
在有向图中，如果节点vi到vj之间存在一条弧，则称vi与vj邻接；
将图的节点按顺序编号为(1,2,…,n)，构造一个n*n矩阵，其行和列均与节点一一对应，如果i节点与j节点邻接，则矩阵(i,j)单元赋值为1，反之赋值为0，这样的矩阵称为图的“邻接矩阵”；
二维的邻接矩阵可以按行扫描的方式存储到一维的线性存储空间中。
链表：分散式存储结构
计算机通过“存储地址”来读写数据，因此如果在数据元素中加入若干表达地址的数据项，就可以将数据元素分散存储在不连续的位置，并通过表达地址的数据项将它们关联起来形成数据结构；
为了提高存储效率，使用分散结构时，一般在数据元素中加入的地址数据项数目是固定的；
一种常见的情况是使用一个地址数据项，这样的分散结构就构成了链表。
链表的优势在于存储数据可以动态添加和删除；
利用链表可以有效降低邻接矩阵中由不邻接节点对带来的冗余数据。
Arc-Node存储结构
ArcGIS中采用Arc-Node数据结构存储网络数据集
Arc-Polygon数据结构的拓扑检查。