CN101379463A - 自适应的数据库系统 - Google Patents

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Abstract

一种自适应关系数据库系统包括具有关系完整性的数据库模式，其中该数据库模式包括与多个属性相关联的多个实体。该数据库中的多个属性可改变，以使该数据库包括与第一时间相关联的第一组属性和与第二时间相关联的第二组属性。该第二组属性包括未被包括在第一组属性内的至少一个属性。在数据库中的多个属性被改变时数据库的关系完整性得以保持。在一实施例中，该关系数据库以矩形/表格式显示，包括第一组属性、第二组属性、以及与该第一组属性和第二组属性相关联的数据的显示。

Description

自适应的数据库系统
背景
本发明涉及数据库领域，尤其涉及具有引用完整性的自适应数据库。
现代世界中充满了数据。数据的累积和整理分析对企业、政府和其它组织极为重要。人力资源部门编译有关雇员的数据。会计部门编译有关产品订单的信息。研发部门编译有关新产品和系统的信息。
数据库尤其是关系数据库是用来组织和管理大量数据的主要工具。数据库是以计算机程序能在其中快速选择所需数据的方式组织的信息集合。一般而言，关系数据库是至少展现引用完整性的数据库。引用完整性一般是确保数据库的相关表内各行之间的关系有效、并且相关数据不会被意外删除或改变的规则体系。当在数据库内实施引用完整性时，会观察到以下规则：(i)如果一值不存在于相关表的主键列内，则该值不能被输入到表的外来键列中；(ii).如果在相关表中存在与一行相匹配的多个行，则不能从主键表中删除该行；以及(iii).如果具有主键表内主键值的行具有相关行，则该主键值不能被改变。
关系数据库通常通过首先创建一逻辑模式来设计。该逻辑模式包括多个实体的逻辑图，每个实体表示数据库内的一组逻辑相关属性。逻辑图然后被转换成物理图，其中每个逻辑实体由物理图中的一个或多个物理数据表来表示。
逻辑模式的每个实体由多个属性定义。属性是实体的特性并且属性具有值。在描述实体的给定表中，每一行通常提供有关该实体的具体记录或实例的信息，而每一列通常表示与该实体相关的一个属性。关系数据库的结构使得所选数据能易于以矩形形式呈现给数据库用户(即，数据以某一形式存在于每一行和每一列中的表，该数据可能包括空值、零值或其它默认值等)。
一旦建立了其中多个实体具有多个属性的数据库逻辑结构，并且一旦创建了物理数据库，就可用数据填充该物理数据库。数据填充过程通常随着时间的流逝进行，并且新数据被轮次性地采集并添加到数据库中。例如，人力资源部门会只需要在雇佣了新雇员或现有雇员离职时更新其数据库。另一方面，制药公司的研发部门会一天数次地将新数据添加到其数据库中。
在更新关系数据库时，关系数据库的用户会想要将附加属性添加到实体中。关于此的一常见示例是其中数个变量会影响最终实验结果的生物研究/化学实验室环境。在该环境中，在科学家查看了与第一实验相关的数据之后，他或她会发现在后续实验中获取附加数据是有利的。例如，如果在第一次试运行期间未取得有关溶剂温度的数据，则科学家会发现他或她想要将该信息列为数据库中的属性用于后续运行。当然，对大多数数据库系统而言存在其它示例。人力资源部门会发现对其数据库而言还将服务年限属性包括在雇员数据库中是有帮助的。类似地，会计部门会发现将客户第二联系人属性添加到应付帐款数据库是有帮助的。
除了添加属性和/或实体之外，还应当认识到在某些情形中删除属性或实体可能是合乎需要的。例如，产品目录数据库的用户会理解，手机属性是不值得花精力的，因为只有极少数客户会愿意分发他们的手机号码，并且甚至在从客户处获得这些号码时公司也不会通过客户的手机来联系他们。
因此，自适应关系数据库是合乎需要的，其中随着时间的流逝属性可被添加到数据库中或从中去除以符合数据库用户不断变化的需要。
在现有技术的自适应关系数据库中，当属性被添加到数据库中时，对实体中的所有记录添加该属性。如果未记录属性值或属性值未知的先前记录存在，则对记录中的该属性输入空值或默认值。当来自数据库的数据以表形式显示时，通常在该行显示空白以对记录中的该属性指示空值。
前述更新关系数据库的方法有若干问题。首先，当属性被添加到数据库中时，因为新属性必须被添加到先前存在的记录中，并且空值必须作为属性值被输入到这些先前存在的记录中，所以数据库的大小变得不必要的大。所得的大小增加的数据库不仅占用了附加的存储空间(例如磁盘空间)，而且减慢了从数据库中检索数据的速度，因为每个所得的行都比必需的大。
通过将新属性添加到先前存在的不包括该属性的记录中来更新关系数据库的第二个问题在于，数据库不反映数据采集过程的真实情况。具体地，向先前存在记录添加新属性表明实际上在取数据时就曾对该属性作出过考虑，但出于某些未知原因而没有记录。这种实际情况的曲解可能导致不正确的结论。例如，考虑包括与实验相关联的各种属性的研发数据库。在进行多个实验之后，确定应添加针对实验室温度的新属性。当该新属性被添加时，对与该属性相关联的旧记录显现空值。在某一时间之后，数据由新用户查看，他注意到许多较老的数据库条目中实验室温度为未知(“空”)。在这种情形中，查看较老数据的人可能不会认识到甚至未对这些较老数据库条目考虑过实验室温度，并且可关于在表中示出的针对较老数据库条目的空值作出错误假设。例如，查看该数据的人会错误地假设因为进行实验的实验室技术人员在记录时比较马虎而没有记录实验室温度，所以该实验室温度为未知。该假设没有反映实际情形，即甚至没有要求实验室技术人员考虑实验室温度。
因此，提供其中属性的出现更佳地反映数据收集过程的实际情况的自适应关系数据库将是有利的。此外，提供属性的添加消耗数据库中较少空间的自适应关系数据库将是有利的。
发明内容
本文中公开了一种包含具有引用完整性的数据库模式的自适应数据库。该数据库模式定义多个实体和多个属性。
自适应数据库包括含多个行的至少一个实体表，该至少一个实体表的多个行包括与第一时间相关联的第一行，以及与不同于第一时间的第二时间相关联的第二行。实体属性还可在该至少一个实体表的行内提供。
该自适应关系数据库进一步包括含多个属性名称/属性值对的至少一个实体属性表。具体地，该实体属性表包括多个行，每一行包括外键值和至少一个属性名称、以及至少一个与属性名称相关联的属性值。该实体属性表的多个行包括具有第一公共外键的第一组行和具有第二公共外键的第二组行。该实体属性表的第一组行的每个行都与实体表的第一行相关联，而该实体属性表的第二组行的每个行都与实体表的第二行相关联。该实体属性表的第一组行中的行数与该实体属性表的第二组行中的行数不同。以此方式，不同数目的属性与实体表的不同行相关联。结果，与实体表的一个行相关联地存在的特定属性不会对实体表的不同行存在。
在实体属性表的外键上设置聚簇索引。聚簇索引确保给定属性集在储存数据库的硬盘上在物理上是连续的。该聚簇索引对数据库的性能产生显著的益处。
实体属性表中的数据可被透视(pivot)，以使数据能在矩形显示表中提供。显示表包括多个列标题，且来自第一组行和第二组行的属性名称被提供为多个列标题。
在本文中描述的关系数据库可被用来执行将数据储存在关系数据库中的方法。该方法包括用与多个属性相关联的数据填充数据库。然后，数据库中的多个属性随着时间的流逝而改变，使得该数据库包括与第一时间相关联的第一组属性和与第二时间相关联的第二组属性。该第二组属性包括未被包括在第一组属性内的至少一个属性。在数据库中的多个属性被改变时关系数据库的关系完整性被保持。
本文中所述的方法还可包括以矩形格式显示关系数据库的步骤。该矩形格式包括第一组属性、第二组属性、以及与该第一组属性和第二组属性相关联的数据的显示。该数据库显示包括显示中示出第一组属性和与之相关联的数据的第一部分，以及显示中示出第二组属性和与之相关联的数据的第二部分。该显示的第一部分针对未被包括在第一组属性内的至少一个属性示出空值。
附图简述
图1示出示例性数据库模式的逻辑图；
图2示出储存在具有图1逻辑图的数据库中的示例性数据集合的表式表示；
图3示出用于管理图1的逻辑图的表的物理图；
图4示出根据图2的数据导出的孔洞表；
图5示出根据图2的数据导出并与图4的孔洞表相关的孔洞属性表；
图6以矩形格式示出来自图4和图5的表的数据；
图7示出用于自适应数据库系统的用户界面的示例性页面；
图8示出用于图7的数据库系统的报告生成器的示例性页面；以及
图9示出从图8的报告生成器产生的示例性报告。
描述
参照图1，示出针对生命科学领域的示例性数据库的数据库模式20的逻辑图。数据库模式20被设计成管理从各个实验室实验中采集的数据。在示例性实验过程中，预期将进行多个实验轮次。每个轮次将包括多个实验室器皿(例如，也称为小盘的小滴定盘)。每件实验室器皿将包括多个孔洞，其中每个孔洞被配置成容纳实验化合物或其它实验材料。对每个孔洞中的内容进行的测试将产生与各孔洞中内容相关的实验结果。
因此，如图1所示，数据库的逻辑模式20由三个实体构成，包括实验轮次实体、实验室器皿实体、以及孔洞实体。每个逻辑实体由数据库中的一个或多个物理表表示，包括至少一个实验轮次表24、至少一个实验室器皿表26、以及至少一个孔洞表28。如由图1的参考线和圆圈25所示，来自实验轮次表24的每个实验轮次都与来自至少一个实验室器皿表26的多个实验室器皿相关联。此外，如由图1的参考线27所示，来自实验室器皿表26的每件实验室器皿与来自至少一个孔洞表28的多个孔洞相关联。
来自实验生物医药数据采集过程的示例数据
现在参看图2，示出其数据类型类似于可从实验生物医学过程采集的示例性数据集。该示例性数据集要在填充具有图1的数据库模式的数据库时使用。更具体地，该示例性数据集是用来填充图3的孔洞表28和孔洞属性表38的数据的表示，如以下更详细说明地。
图2的示例性数据集以表型格式而非传统表单示出。具体地，图2的数据包括指示与不同时间相关联的数据行的左侧花括号。此外，每一列不包括该列顶部的列标题。这种格式的原因将在以下段落中说明，并理解图2中出现的数据被提供为在实验过程期间采集的示例性数据集的图形显示，而不是以供分发给数据库用户的格式。
图2的示例性数据集的每一行都提供与来自特定实验轮次的特定实验器皿的特定孔洞相关联的特定“记录”或数据集合。图2的示例性表的列提供与每一行或“记录”相关联的属性。在行列交界处的特定数据条目提供属性在该行中的值。这些值可以是数字值、文本串、文本和数字的组合、空值、或本领域中公知的任何其它值。
花括号沿着图2的图形表的左侧设置以指示期间采集数据的三个不同时间帧。具体地，这些括号示出五个数据行与第一时间t1相关联，四个数据行与第二时间t2相关联，四个数据行与第三时间t3相关联。尽管在图2中没有设置示出获得特定行数据的具体时间的时间属性，但本领域技术人员将认识到时间属性和相关联的值可被添加到图2的一个或多个行以标识采集或以其它方式获得该行中数据时的具体或一般时间。例如，“时间戳”属性以及该属性的实际时间值可被添加到图2中的每一行。这种时间值的示例性格式可以是小时：分钟：日：月：年(例如：14:45:30:12:2005)。
无论时间属性和值是否针对特定行的数据来采集，都可以说数据集合的各个行中的数据(诸如图2中的数据)“关联于”特定时间。具体地，如在本文中使用地，“与特定时间相关联的”数据的概念是指在特定时间或时段期间获得或以其它方式与特定时段相关的数据。例如，给定表中数据行的值可被称为“关联于”获得该行数据值的时间，而不管时间戳或其它时间相关属性是否被包括在该行中。因此，图2中的数据行不显示时间属性，但不同时段关联于不同行，如括号t1、t2和t3所示。如以下更详细所述地，在一时段期间采集的属性可与在不同时段期间采集的属性不同。此外，不同事件可触发一时段的结束和随后毗邻时段的开始。
继续参看图2，每个数据行包括主键(PK)和多个属性的值，该多个属性包括孔洞索引属性(索引)和孔洞类型属性(类型)。PK值是可用于标识表的特定行的唯一值。因此，表中没有其它行会具有与其主键相同的值。索引值是标识来自实验室器皿的特定孔洞的数字值。例如，对于有96个孔洞的小盘，索引的范围将是从1到96。类型值描述孔洞在测定时的用途。与类型属性相关联的值是描述孔洞的内容的文本串。例如，特定孔洞的内容的类型值可包括文本串“正控制”、“负控制”、“空白”、“空”或“样本”。
自时间T 1 采集的数据
在图2的时间t1期间，自动化实验设备的操作人员指示该设备确定五个孔洞的光密度值。这五个孔洞与图2表中的主键010、020、030、040和050相关联。光密度属性(OD)值被关联于各个主键记录。如在表中所示，这些OD值分别被测为0.1、0.1、0.05、0.3和0.4吸光度单位。
除了索引、类型和OD的值之外，操作人员在时间t1期间不记录任何与PK 010、020和030相关联的附加信息。然而，操作人员记录与PK 040和050相关联的附加信息。具体地，与PK 040和050相关联的孔洞包括“样本”类型的内容，并且记录针对这些样本的样本标识号。这些样本标识号通常对应于来自组分库和关联数据库的化合物。因此，针对与图2表中的主键040和050相关联的行列出附加样本标识号属性(SID)值。与主键040相关联的行中的SID值为“3-1”，而与主键050相关联的行中的SID值为“3-2”。
SID值被科学家用来确定实验期间保留在孔洞内的特定化合物。这些SID值仅与类型值为“样本”的行相关联，并且不适用于具有诸如“正控制”、“负控制”、“空白”或“未占用”的类型值的其它行。其原因是与这些其它类型值相关联的孔洞内容不是样本，并且不具有关联SID。因此，如果一个行的类型值不同于“样本”，则数据库不对该行记录与SID属性值相关联的任何值。此外，应当注意，数据库甚至没有表示针对类型值不同于“样本”的那些行存在SID值。具体地，数据库不对这些行的SID属性记录空(或“未知”)值。相反，对类型值不同于“样本”的这些行甚至不存在SID属性。因此，图2的示图在列的顶部不显示用于SID值的SID标题，因为主键010、020和030甚至不与SID属性相关联。代替主键010、020和030的SID值，显示包括其内有x的框的图标以指示该属性不存在，且该属性的值对该行不存在。然后，术语“不存在图标”将被用于描述其内有“x”的框的图标，并且不存在图标旨在指示属性不存在，且在不存在图标所显示的行中不存在该属性的值。
尽管SID标题不被包括在图2列中的顶部，但它被包括在与主键040相关联的SID值之上。标题被设置在图2中的该位置以显示这是表中第一次存在SID属性或该SID属性的值。
如与时间t1相关联的行的最后一列中的不存在图标所示，将在该列中设置在附加时间期间关联于附加行的一些未知附加属性，即使该属性对与时间t1相关联的行并不存在。
自时间T 2 采集的数据
在时间t2期间，操作人员收集三个“样本”类型附加孔洞和一个“空白”类型孔洞的数据。对这些孔洞采集的信息在图2的与主键060、070、080和090相关联的行中提供。还对每个孔洞采集OD值、以及“样本”类型孔洞的SID值。因为对“空白”类型孔洞不存在SID值，所以没有SID值或属性与“空白”类型相关联。
除了在前面段落中提及的数据之外，数据显示操作人员还决定对与时间t2相关联的行添加附加属性会是有利的。具体地，操作人员决定有关孔洞中内容的量的数据对实验分析将是有利的。因此，操作人员添加量属性(VOL)并自时间t2起采集有关该属性的数据。VOL属性在图2的最右列中示出。该列的标题设置在与PK 060相关联的行之前，因为在该时间点之前该属性在图2的数据集合中不存在。因为VOL属性在时间t1期间不存在，所以与时间t1相关联的所有行在图2表的最右列中包括不存在图标。
在前面的段落中，操作人员采集附加属性值的决定是结束时段t1和开始毗邻时段t2的事件。具体地，当采集新属性VOL的值时，时段t1结束而时段t2开始。然而，应当注意，各种其它情形可触发一个时段的结束和新时段的开始，诸如特定的实验室事件的发生。例如，在生命科学环境中，超过预定温度阈值的温度尖峰可发出信号通知系统采集多个附加属性的值，诸如压力、量、荧光性、透射率、或任何数目的其它属性。作为另一示例，在量子物理环境中，检测到微中子可触发系统获取附加属性的值，诸如辐射、磁通量密度、以及许多其它属性。如在本文中使用地，术语“实验室事件”旨在指在实验环境中确定的物理条件，诸如温度尖峰、浓度梯度、特定元素的存在、或者可在实验环境中科学确定的任何其它物理条件。
除以上之外，还应当注意，系统不需要采集或记录与数据库中属性有关的时间，以便于这些属性与特定时间“相关联”。具体地，如在本文中使用地，“与特定时间相关联的”数据的概念是指在特定时间(或时段)期间获得或以其它方式与特定时间相关的数据。因此，当属性值在特定时间期间获得时属性“关联于特定时间”，或者对该特定时间指派属性值。如果在特定时间期间未获得属性值则属性不关联于特定时间，或者不对该特定时间指派属性值。当属性与特定时间相关联时，不需要在系统中记录或以其它方式标记该特定时间。
在图2的示例中，属性索引、类型、OD和SID与时间t1相关联，而属性索引、类型、OD、SID和VOL与时间t2相关联。不需要在系统中记录或以其它方式采集这些属性的值的时间或时段。
自时间T 3 采集的数据
在时间t3期间，操作人员收集四个“样本”类型附加孔洞的数据。对这些孔洞收集的数据在图2中与PK 100、110、120和130相关联的行中示出。如该数据中所示，操作人员为这些行相关联的孔洞记录索引、类型、SID和VOL的数据。然而，操作人员决定对该时段t3而言采集OD属性的数据是不必要的。因此，在图2的列中，在关联于时段t3的行中列出OD属性的不存在图标。
再一次地，图2的不存在图标更多地反映了数据收集过程，因为这些图标指示该属性是故意从特定行中的数据略去的。因此，对此行中的数据该属性和属性值都不存在。这与对未知值简单地输入空值的传统数据填充过程不同。
在不同时间存在不同属性的以上数据采集示例代表许多学科中的数据收集过程，包括生命科学领域中的数据收集过程。数据采集过程的示例性表示/可视化在图2中示出。如图2的可视化中所示，数据采集过程的实际情况是结果所得的表具有因不存在属性引起的锯齿状边缘和/或多个空穴。现有技术的矩形可视化不包括这种锯齿状边缘或空穴。特别地，在现有技术可视化中，如果属性被包括在一个行中，则它被包括在表式可视化的所有行中，而在关于特定属性的数据为未知或未采集时使用空值。这导致属性与列同义的数据采集可视化。这种可视化不反映许多数据采集过程的真实情况。然而，如图2所示，采用本文中所述的数据采集可视化系统和方法，属性与列不同义，因为某些属性存在于某些行中但不存在于其它行中。这导致可视化中具有因不存在属性引起的锯齿形边缘和/或多个空穴的数据采集可视化。这种数据采集可视化更佳地反映了在诸如生命科学领域中的数据收集过程的真实情况。尽管有了前述能力，本文中公开的数据库系统和方法还向用户提供了在具有平滑边缘和空值的表中以传统矩形格式呈现所采集的数据的能力，如下进一步所述。这种矩形格式对许多科学家与其它数据库用户和操作人员而言通常是合乎需要的。
用于储存数据的物理图
现在参看图3，示出了用于保持图2中显示数据的表排列的物理图21。如前所述，图2中所示的数据部分是基于预期有包括实验轮次实体、实验室器皿实体和孔洞实体的三个实体的逻辑模式来采集的。如图3所示，该数据库模式的物理图预期有至少两个表以描述物理数据库中的每个实体，包括针对逻辑模式的每个实体的实体表和实体属性表。具体地，实验轮次实体由实验轮次表24和至少一个实验轮次属性表34描述。实验室器皿实体由实验室器皿表26和实验室器皿属性表36描述。孔洞实体由孔洞表28和孔洞属性表38描述。如参考线和圈25所示，每个实验轮次包括许多实验室器皿。如参考线和圈27所示，每个实验器皿包括许多孔洞。此外，如参考线和圈33所示，每个实验轮次具有许多实验轮次属性。如参考线和圈35所示，每个实验室器皿具有许多属性。如参考线和圈37所示，每个孔洞具有许多属性。
实验轮次表24包括特别且唯一地指代各个实验轮次的实验轮次主键列(实验轮次_PK)。RLTNS表24还可包括一个或多个附加列，其包括与各个实验轮次/主键相关联的其他数据。实验轮次属性表34包括外键列(实验轮次_FK)，属性名称列(实验轮次_属性)和属性值列(实验轮次_属性)。每个实验轮次外键值使实验轮次_属性表34的一行与实验轮次表24的一主键/实验轮次相关联。每个实验轮次的属性名称在实验轮次_属性表34的实验轮次_属性列中提供。实验轮次_属性表34的每个实验轮次的属性名称的属性值在实验轮次属性列中提供。
实验室器皿表26包括特别且唯一地引用每个实验室器皿的实验室器皿主键列(实验室器皿_PK)。实验室器皿表26还包括使每行/实验室器皿与实验轮次表24的一轮次相关联的实验轮次外键列(实验轮次_FK)。此外，实验室器皿表26可包括一个或多个附加列，这些附加列进一步包括与每个实验室器皿相关联的数据(例如，该轮次内实验室器皿的数目)。实验室器皿_属性表36包括实验室器皿外键列(实验室器皿_FK)、实验室器皿属性名称列(实验室器皿_属性名)、以及实验室器皿属性值列(实验室器皿_属性值)。每个实验室器皿外键值使实验室器皿_属性表36的一行与实验室器皿表26的一行/主键相关联。每个实验室器皿的属性名称在实验室器皿_属性表36的实验室器皿_属性名列中提供。实验室器皿_属性表36的每一行中的属性名称的属性值在实验室器皿_属性列中提供。
孔洞表28包括特别且唯一地指代每个孔洞的孔洞主键列(孔洞_PK)。孔洞表28还包括使各个行/孔洞与实验室器皿表26的实验室器皿相关联的实验室器皿外键列(实验室器皿_FK)。还设置孔洞索引列(孔洞索引)以标识特定实验室器皿内的孔洞号(例如96孔洞小板的1...96)。此外，孔洞表28可包括一个或多个附加列，其包括与每个孔洞相关联的其他数据。孔洞_属性表38包括孔洞外键列(孔洞_FK)、孔洞属性名称列(孔洞_属性名)、以及孔洞属性值列(孔洞_属性值)。每个孔洞外键值使孔洞_属性表36的一行与孔洞表36的一行/主键相关联。每个孔洞的属性名称在孔洞_属性表38的孔洞_属性名列中提供。孔洞_属性表38的每一行中属性名称的属性值在孔洞_属性值列中提供。实体表
现在参照图3的物理图描述图2的数据集合。具体地，图2的数据集合可由图3的孔洞表28之一和孔洞_属性表38之一管理。孔洞表29的详细示图在图4中示出，而孔洞_属性表39的详细示图在图5中示出。
参看图4，孔洞表29包括两个列和多个行。这些列包括索引列(索引)和主键列(PK)。尽管外键列未在图4中示出，但外键列(例如，如图3所示的实验室器皿_FK)可被用来根据本文中提出的模式使孔洞表29的每一行关联到实验室器皿表26之一的一行。
图4的孔洞表29中所示的13个行根据图2的数据显示索引值和PK值。括号与这些行相关联地示出以指示这些行中的数据与特定时间相关联。尽管这些括号并非旨在表示该表包括属性值或显示该行中的数据与特定时段相关联的其它数据，但这些括号旨在用作对读者的视觉指示，指示该行中的数据与特定时间相关联，如以上参照图2所述。
图4的孔洞表29的索引列中的值标识特定实验室器皿的特定孔洞(例如96孔小板的孔洞1-96)。尽管外键值未对每一行示出，但外键值将被用来使每一行与来自图3实验室器皿表26的特定实验室器皿相关联。图3的孔洞表26的PK列中的值提供用于标识孔洞表29中每一行的主键。
实体属性表
参看图5，孔洞_属性表39包括三个列和多个行。该列包括外键列(FK)、属性名称列(属性名)、以及属性值列(属性值)。
该FK列是孔洞_属性表的第一列。孔洞_属性表39的FK列中的每个外键值标识孔洞表29中的PK值。结果，图5的孔洞_属性表39的每一行与图4的孔洞表29的一个行相关联。例如，图5的前两行在FK列中示出值“010”。该FK值“010”使得该数据与孔洞表29中具有相同PK值“010”的行相关联。因而，图5的孔洞_属性表39的前两行中的数据与图4的孔洞表29的第一行相关联。孔洞表29的第一行标识针对特定实验室器皿的第一孔洞的数据，如与PK值“010”相关联的索引值在图4中所示。
图5的孔洞_属性表的第二列标识特定实体属性的名称。例如，类型属性是在属性名列的第一行中标识的孔洞实体属性。该类型属性是在图2所示的数据集合中标识的属性之一。属性名列的第二行标识孔洞实体的不同属性。具体地，属性名列的第二行标识OD属性(即光密度属性)。
图5的孔洞_属性表39的第三列提供针对在表39的第二列中命名的特定属性的值。例如，值“正控制”在属性值列的第一行中提供。因而，“正控制”是在列2中命名的类型属性的值。同样，值“0.1”在属性值列的第二行中提供。因而，“0.1”是在列2中命名的OD属性的值。当然，如前所述，使用每一行的外键，该数据容易与在图4的孔洞表29中标识的特定实验室器皿的第一孔洞相关联。在一实施例中，孔洞_属性表39还可包括一属性类型列。该列可被用于标识属性值列中的各个值所属的域。例如，属性类型可以是“串”、“浮点数”、“整数”或数据库中通用的其它域类型。这种属性类型标识符在执行诸如算术运算的各种数据库运算时可对数据库有用。
图2中示出的所有数据已用上述方式转换成图4和5中所示的两个表。如前所述，图2的数据在不同行中包括不同数目的属性(即在不同时间对不同孔洞存在的不同属性)。因此，应当注意，图5的孔洞_属性表39中具有相同外键的行的数目将基于对特定孔洞存在的属性的数目改变。因而，如果图2中的数据行除主键和索引属性(在图4的孔洞表29中示出)外还包括两个属性，则图5的孔洞_属性表39中仅需要两个数据行，以表示两个属性和这两个属性的值。然而，如果对于图2中表示的特定孔洞存在除主键和索引属性之外的三个属性，则在图5的孔洞_属性表39中需要三个数据行，以表示这些属性和这些属性的值。例如，在图2中对于索引“1”，只存在两个属性(即类型和OD)。因而，在图5的孔洞_属性表39中存在两个具有外键“010”的行，该外键“010”与图4的孔洞表29中的索引“1”相关联。然而，在图2中对于索引“4”，存在三个属性(即类型、OD和SID)。因而，在图5的孔洞_属性表39中存在三个具有外键“040”的行，该外键“040”与图4的孔洞表29中的索引“4”相关联。
基于以上描述，可看出本文中所述的数据库被配置成针对逻辑模式的每个实体提供实体表(例如表29)和实体属性表(例如表39)。该实体表包括多个行，且每一行都包括一主键。该实体属性表包括多个行，且每一行都包括一外键、至少一个属性名称、以及至少一个与该属性名称相关联的属性值(即外键列、属性名称列、和属性值列)。因而，实体属性表的每一行包括实体的多个属性名称/属性值对，且在该表的每一行中储存至少一个属性名称/属性值对。
还是如以上描述所说明地，实体属性表的多个行包括具有关联于实体表的主键之一的第一公共外键的第一组行。实体属性表的多个行还包括具有关联于实体表的不同主键的第二公共外键的第二组行，其中第一组行中行的数目与第二组行中行的数目不同。该安排提供了其中与特定实体相关联的属性可变化的数据库。属性可基于该属性对特定数据集合的适用性而变化。或者，属性可基于科学家或其它数据库用户的期望而时常变化。
聚簇索引
在一实施例中，图5的孔洞_属性表39中所包含的数据对外键(FK)索引。该索引是本领域中众所周知的聚簇索引。聚簇索引提供与外键相关联的数据在存储介质(例如硬盘)上的连续储存。具体地，聚簇索引确保给定的一组属性在硬盘上是物理连续的。聚簇索引的使用产生显著的性能好处。例如，使用聚簇索引使得数据库的SQL搜索能以比用非聚簇所以可能的速度更快地执行。
图4的孔洞表29也可被索引。例如，孔洞表可对主键(PK)索引。与孔洞属性表上的索引相似，孔洞表的索引可以是聚簇索引。
透视操作
本文中所述的储存在数据库中的数据可以诸如标准电子表的矩形格式呈现给用户。为了以矩形表单呈现数据，用户执行本领域中众所周知的“透视”操作。透视操作使用SQL语句执行。在执行时，“透视”操作可操纵从一个或多个表中选择的数据进入新表以呈现给用户。新表的形式由用户确定。
图6示出在“透视”操作之后来自图4和5的数据可能的显现的示例。可注意到，在图6表中呈现的数据类似于图2表中的数据。然而，与图2的表不同，图6表是具有平滑边缘的矩形，且在表中不包括任何空穴(诸如由图2不存在图标所表示的那些空穴)。
来自图5的孔洞属性表39的属性名称被列示为图6矩形表中的列标题。具体地，时间t1包括第一组属性名称(即类型、OD和SID)，时间t2包括第二组属性名称(即类型、OD、SID和VOL)，而时间t3包括第三组属性名称(即类型、SID和VOL)。来自这些属性名称组的并集的属性名称(即类型、OD、SID和VOL)被设置为图6中的列标题。如果对于图6表的特定行和列属性不存在，则对于该属性由该行中的空白显示空值。尽管在此情形中向用户呈现了空值或空白值，但用户能查看下层表(例如孔洞表29或孔洞_属性表39)以确定是(i)属性对该行存在但值为未知，还是(ii)属性甚至对该行不存在。
再一次应当注意，在图2中呈现的信息是实际上在数据库中存在的数据的表式可视化。作为对比，图6是数据库中数据(即图2的数据)的矩形格式的表示。图6的矩形格式是操作人员、科学家和数据库的其它用户优选的格式，因为标准矩形表是众所周知并理解的。然而，如上所述，矩形表中表示空值的空白常常不反映数据收集过程的真实情况。本文中所述的数据库系统和方法更相近地表示真实的数据收集过程。本文中所述的透视数据库中数据的动作是使得数据库中的数据能以传统方式传达给用户(如果需要的话)的有用工具。
示例性操作人员界面
以上所述的数据库被配置成与在显示屏上呈现的操作人员界面一起使用。操作人员界面被设计成使用户能控制自动化实验室测试装置(未示出)并将所采集的数据储存在数据库中。
该自动化实验室测试装置被配置成根据各个用户定义的实验步骤来处理各个测试样本。在执行各个实验步骤时，该自动化实验装置获取与样本相关的各个测量值。所获得的测量值是与数据库中的各个属性相关联的值。在一实施例中，自动化实验室测试装置可被配置成针对各组和每组所定义的实验步骤，无条件地获取多个预定属性的值并将这些值储存在数据库中。
协同上述数据库，操作人员界面被配置成使用户能动态选择要与给定实验实体相关联的多个属性。例如，操作人员界面被配置成使用户能动态选择图1逻辑模式的实验轮次实体的属性。如果自动化实验室测试装置被配置成针对各组和每组实验步骤无条件地获取多个预定属性的值，则用户可对给定系列的实验步骤添加附加属性。随后，用户可从该系列实验步骤中去除一个或多个附加属性。
除以上之外，用户界面被配置成使用户能创建数据库中数据的表式报告。这些表式报告可包括来自数据库中一个或多个表的数据。电子表软件程序可被用于提供这些报告，诸如来自微软公司的EXCEL电子表。
参照图7-9示出示例性用户界面。如图7所示，在屏幕左侧向用户呈现一组图标202。在屏幕右侧是要执行的实验步骤列表204。屏幕左侧上的各个图标202表示可在特定实验方法期间执行的一个步骤或一系列步骤。例如，给定图标可指示一仪器执行任务，诸如图标206可用来指示自动化仪器将液体从一个位置传送(transfer)到另一位置。或者，给定步骤可用来执行一些管理或数据相关功能，诸如图标208用来创建用户的定制数据日志(custom data log)。
如图7所示，这组图标202还包括用来将新属性添加到实验方法的注释(annotate)图标210。用注释图标210添加的新属性是除由自动化实验室仪器针对每组实验步骤自动采集的预定的一组属性之外的属性。为便于将属性添加到实验步骤列表204中，用户点击注释图标210并将该图标拖至实验步骤列表204。然后用户输入属性名称和属性值以与该属性相关联。例如，在图7的位置212处，用户输入注释图标210并定义新属性“Run.Operator Name(实验轮次操作人员名字)”。对于该特定实验轮次，属性“Run.Operator Name”的值为“Zigon”。此外，在实验步骤列表204中的位置214处，用户添加新属性“Run.Is.Validated”(实验轮次.是.获批的)。对于该特定实验轮次，用户将此值设为“FALSE(假)”。
一旦新属性与特定的一组所定义的实验步骤相关联，该属性就归于该组实验步骤，直到用户决定删除该属性。例如，假定对于使用同一组定义实验步骤的后续实验轮次，用户决定不再需要属性“Run.Operator Name”。在该情形中，用户将简单地点击紧接于步骤列表204中位置212处的属性“Run.OperatorName”的图标，并将该图标拖回屏幕左侧202。该图标从使用此组实验步骤的这个和后续实验轮次中删除属性，除非该属性后来被再次添加。
在运行如图7所示的步骤系列之后，用户可建立报告以显示实验轮次的结果。用于创建报告的示例性屏幕在图8中示出。如图8所示，用户首先选择他或她想要获得报告的实体。该选择可从图8中的“Report on(报告)”下拉菜单140作出。除图7所示的“Runs(实验轮次)”实体之外，下拉菜单还列出“Labware(实验室器皿)”和“Wells(孔洞)”实体，如关联于图1的逻辑模式所述。当然，本文中所述的数据库系统并不限于特定的数据库模式，且在下拉菜单140中列出的实体取决于数据库的逻辑模式的实体。
在选择针对所需报告的实体之后，用户点击“Fields(域)”选项卡142。在点击“Fields”选项卡142之后，向用户呈现已对该实体采集的可用数据库域(即属性)的框144。然后用户选择属性之一并点击“Add(添加)”按钮150以将所选属性移入“Selected Fields(所选域)”框146。“Selected Fields”框146列出将在报告中对其提供数据的所有属性。“Selected Fields”框146中的属性是任何时间对该实体采集的所有属性的并集。来自“Avaiable Fields(可用域)”框144的属性可通过点击“Add All(添加全部)”按钮152被添加到“Selected Fields”框。如果用户想要从“Selected Fields”框146移除任何属性，则用户点击移除(remove)按钮154。通过点击“Remove All(移除全部)”按钮156，可从“SelectedFields”框中移除所有属性。
用户还具有将在报告中显示哪些数据的选择权。例如，通过点击“filters(过滤器)”选项卡143，用户可从报告中滤除不相关于实验轮次1到10的信息。当然，如果需要，则用户可获取包括对所有实验轮次、实验室器皿或孔洞的信息的报告。
图9示出图8中所请求数据的示例性电子表报告。所请求的每个属性被列示在该表每一列的顶部。表的每一行提供特定实体记录的值。例如，如图9所示，该报告提供关于七个不同实验轮次的信息。在各行中针对实验轮次起始时间、实验轮次结束时间、实验轮次方法、实验轮次用户、以及实验轮次步骤完成属性的信息。如果任一这些属性对各个实验轮次不同，则将在属性不存在的行的列中显示空值，与图6所示的空值相似。然而，在图9所示的示例性报告中，对于所有行存在全部属性，因此不需要空值。
尽管已参照某些优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员可以理解，其它实现和调整是可能的。例如，尽管本文中已关于生命科学领域中的特定应用描述了数据库系统和方法，但该数据库系统和方法能被用于生命科学领域或其它不相关领域中的许多其它应用中。此外，有利的是本文中所述的各个进步可在不结合上述其它方面的情况下获得。因此，所附权利要求的精神和范围不应限于本文中所包含的优选实施例的描述。

Claims (33)

1.一种将数据储存在数据库中的方法，所述数据库包含具有引用完整性的数据库模式，且所述数据库模式包括与多个属性相关联的多个实体，所述方法包括：
a)用与所述多个属性相关联的值填充所述数据库的表；以及
b)随时间的流逝改变所述数据库的表中的所述多个属性，以使所述数据库的表包括与第一时间相关联的第一组属性和与第二时间相关联的第二组属性，所述第一时间与所述第二时间不同，其中所述第二组属性包括包含在所述第一组属性中的至少一个属性和未包含在所述第一组属性中的至少一个属性，且其中所述数据库的所述引用完整性在所述数据库的表中的所述多个属性被改变时得以保持。
2.如权利要求1所述的方法，还包括透视所述数据库中的数据以使所述数据库的表中的数据以矩形格式显示。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述以矩形显示透视结果的步骤包括多个列标题，其中每个列标题从所述第一组属性和所述第二组属性的并集中引用所述属性之一。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述矩形显示包括与所述第一时间相关联的第一多个行，以及与所述第二时间相关联的第二多个行。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述矩形显示中，与所述第一时间相关联的第一多个行的各个行中，具有针对未包括在所述第一组属性中的至少一个属性的列标题的所述列中设置空值。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述空值在所述矩形显示中被示为空白。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据库还包括与第三时间相关联的第三组属性，其中所述第三组属性包括未包括在所述第一组属性和所述第二组属性中的至少一个属性，且其中所述第三组属性不包括被包括在所述第一组属性或所述第二组属性中的至少一个属性。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据库是关系数据库。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二时间由实验室事件的发生触发。
10.一种包含具有引用完整性的数据库模式的数据库，所述数据库模式定义多个实体和多个属性，所述数据库包括：
a)包括多个行的至少一个实体表，所述至少一个实体表的多个行包括与第一时间相关联的第一行，以及与不同于所述第一时间的第二时间相关联的第二行；以及
b)包括多个行的至少一个实体属性表，所述实体属性表的每一行包括属性名称和与所述属性名称相关联的属性值，所述实体属性表的所述多个行包括第一组行和第二组行，其中所述实体属性表的所述第一组行的每一行与所述第一时间相关联，并且所述实体属性表的所述第二组行的每一行与所述第二时间相关联，且其中所述第二组行中的所述属性名称包括未在所述第一组行中发现的至少一个属性名称。
11.如权利要求10所述的数据库，其特征在于，所述第一组行中的所述属性名称包括未在所述第二组行中发现的至少一个属性名称。
12.如权利要求10所述的数据库，其特征在于，所述实体属性表包括外键列，且所述实体属性表的每一行包括外键值。
13.如权利要求12所述的数据库，其特征在于，所述实体表的每一行包括多个主键值之一，并且其中来自所述实体属性表的每个外键值引用所述实体表的所述主键值之一。
14.如权利要求12所述的数据库，其特征在于，所述数据库包括对于所述实体属性表的所述外键列的索引。
15.如权利要求14所述的数据库，其特征在于，所述索引是聚簇索引。
16.一种将数据储存在数据库中的方法，所述数据库包含具有引用完整性的数据库模式，且所述数据库模式定义多个表，所述方法包括：
a)用数据填充实体表，所述实体表包括多个行，所述实体表的所述多个行各自包括主键值；
b)用数据填充实体属性表，所述实体表包括多个行，所述实体属性表的所述多个行各自包括外键值、属性名称和属性值；其中所述实体属性表的所述多个行包括具有公共第一外键值的第一组行，以及具有不同于第一外键值的公共第二外键值的第二组行，其中所述第一组行中的行的数目与所述第二组行中的行的数目不同。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，来自所述第一组行的至少两个属性名称与来自所述第二组行的至少两个属性名称相同。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一组行中的属性名称的数目大于所述第二组行中的属性名称的数目。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一组行中的属性名称的数目少于所述第二组行中的属性名称的数目。
20.如权利要求16所述的方法，还包括透视所述实体属性表中的数据以使所述数据在具有呈现为列标题的属性名称的矩形表中显示的步骤。
21.一种包括多个表的数据库，所述数据库包括：
a)包括多个行的至少一个实体表，所述至少一个实体表的多个行各自包括主键值以使所述实体表的第一行包括第一主键值，而所述实体表的第二行包括第二主键值；以及
b)包括多个行的至少一个实体属性表，所述实体属性表的每个行包括外键值、至少一个属性名称、以及与所述属性名称相关联的至少一个属性值；其中所述实体属性表的所述多个行包括(i)具有与所述实体表的所述第一主键值相关联的第一公共外键值的第一组行；(ii)具有与所述实体表的所述第二主键值相关联的第二公共外键值的第二组行；其中所述第一组行的行的数目与所述第二组行的行的数目不同。
22.如权利要求21所述的数据库，其特征在于，所述第一组行中的数据与第一时段相关联，而所述第二组行中的数据与不同于第一时段的第二时段相关联。
23.如权利要求21所述的数据库，其特征在于，所述实体属性表的每一行中的属性值通过所述外键值与小盘的多个孔洞之一相关联。
24.一种管理数据库内数据的方法，所述数据库包含具有引用完整性的数据库模式，且所述数据库模式包括与多个属性相关联的多个实体，所述方法包括：
a)采集包括第一组属性名称和与所述第一组属性名称的各个属性相关联的属性值的第一组数据；
b)采集包括第二组属性名称和与所述第二组属性名称的各个属性相关联的属性值的第二组数据，其中所述第二组属性名称包括未包括在所述第一组属性名称中的至少一个属性名称；
c)将所述第一组数据和所述第二组数据储存在数据库表中；以及
d)将所述数据库表透视到矩形显示表中，所述显示表包括多个列标题，所述多个列标题包括所述第一组属性名称和所述第二组属性名称的并集。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一组数据与第一时间相关联，而所述第二组数据与不同于所述第一时间的第二时间相关联。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述数据库表是实体属性表，且所述实体属性表的每一行包括一属性名称/属性值对。
27.如权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述显示表中，所述显示表的与所述第一组数据相关的一行中，与未包括在所述第一组属性名称中的至少一个属性名称相关联的列处插入空值。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述空值通过空白显示。
29.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述数据库表的每一行包括外键值，且所述数据库表通过所述外键值索引。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述数据库表使用聚簇索引进行索引。
31.一种将数据储存在数据库中的方法，所述数据库包含具有引用完整性的数据库模式，且所述数据库模式包括与多个属性相关联的多个实体，所述方法包括：
a)用与所述多个属性相关联的值填充所述数据库的表；以及
b)基于实验室事件的出现改变所述数据库表中的所述多个属性以使所述表包括：被包括在包含在所述实验室事件发生之前采集的数据的第一组行内的第一组属性，以及被包括在包含在所述实验室事件发生之后采集的数据的第二组行内的第二组属性，其中所述第二组属性包括被包括在所述第一组属性内的至少一个属性和未被包括在所述第一组属性内的至少一个属性，且其中所述数据库的引用完整性在所述数据库表中的所述多个属性被改变时得以保持。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述实验室事件是检测到预定温度。
33.如权利要求31所述的方法，还包括基于后续实验室事件的发生进一步改变所述数据库表中的所述多个属性，以使该表将第三组属性包括在包含在所述后续实验室事件发生之后采集的数据的第三组行中的步骤，其中所述第二组属性包括被包括在所述第三组属性内的至少一个属性和未被包括在所述第三组属性内的至少一个属性。
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