数据库原理及应用(第2版普通高等教育十三五计算机类规划教材)

数据库原理及应用是将数据库基本原理、方法和应用技术相结合，以关系数据库系统为核心，完整地论述数据库系统的基本概念、基本原理的基础上，对MicrosoftSQLSERVER等主流的数据库管理系统、Visio和PowerDesigner、ASP.NET和ADO.NET等数据库设计与软件开发工具进行讲解，并对数据仓库与数据挖掘、XML数据库等数据库新技术进行介绍。主要包括主要内容包括数据模型、数据库系统的体系结构、关系数据库方法、关系数据库的结构化查询语言SQL、关系模式的规范化理论、数据库设计、数据库保护、MicrosoftSQLSERVER2012、ASP.NET和ADO.NET数据库开发技术、数据仓库与数据挖掘、XML数据库等。

胡孔法，1970年12月生，博士，教授，博士生导师。现任南京中医药大学信息技术学院院长，校特聘教授，中国中医药信息研究会理事，中国中医药信息研究会中医药信息教育专业委员会副主任委员、中国中西医结合学会信息专业委员会常务委员、中国计算机学会办公自动化专业委员会委员、中国计算机学会计算机应用专业委员会委员等；主要从事数据库与信息系统、数据仓库与数据挖掘、物联网与大数据分析等方面的教学与研究工作；先后承担了中国博士后科学基金、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省“六大人才高峰”项目等国家、省部级科研项目20余项；发表学术论文120余篇，其中已被SCI、日收录60余篇，出版教材、专著4部，取得软件著作权20余项，获全国商业科技进步奖一等奖、全国商业科技进步奖二等奖、江苏省科技进步奖三等奖、江苏省教学成果奖一等奖等各类教学科研成果奖40余项；获2009年江苏省“六大人才高峰“高层次人才、2011年江苏省“333工程”中青年科学技术带头人、2006年江苏省高校“青蓝工程”很好青年骨干教师、2006年中国信息化学术与管理带头人、2007年扬州市十大杰出青年、2011年扬州市有突出贡献中青年专家等荣誉。

前言
第1章数据库系统概述 1
1.1  数据库技术的产生与发展 1
1.1.1数据管理的发展 1
1.1.2数据和数据管理技术 2
1.1.3数据库系统的i个发展阶段 3
1.2数据库系统的基本概念 4
1.2.1数据库 4
1.2.2数据库系统 5
1.3数据库系统的特点 6
第2章数据模型 8
2.1数据模型概述 8
2.1.1数据模型的基本组成 8
2.1.2数据模型的发展 9
2.2 E-R数据模型 9
2.2.1基本概念 9
2.2.2 E-R图 11
2.2.3扩充E-R数据模型 12
2.3层次数据模型 13
2.3.1基本概念和结构 13
2.3.2数据操作 15
2.3.3数据约束 16
2.3.4层次数据模型的优缺点 17
2.4网状数据模型 17
2.4.1基本概念和结构 17
2.4.2数据操作 19
2.4.3数据约束 20
2.4.4网状数据模型的优缺点 20
2.5关系数据模型 20
2.5.1基本概念 20
2.5.2关系数据模型的数据结构 21
2.5.3数据操作 22
2.5.4数据约束 22
2.5.5关系数据模型的优缺点 23
2.6面向对象数据模型 24
2.6.1对象和对象标识符 24
2.6.2属性和方法 24
2.6.3封装和消息传递 25
2.6.4类和实例 25
2.6.5类层次结构和继承 25
2.6.6持久性和版本 26
2.6.7多态、重载、重定义与动态联编 26
2.6.8面向对象数据模型与关系数据
模型的比较 27
第3章数据库系统的体系结构 28
3.1  数据库的体系结构 28
3.1.1三级模式结构 28
3.1.2两级映像和两级数据独立性 29
3.2数据库系统 30
3.2.1 DBS的组成 30
3.2.2 DBS的全局结构 32
3.2.3 DBS结构的分类 34
3.3数据库管理系统 36
3.3.1  DBMS的工作模式 36
3.3.2 DBMS的主要功能 36
3.4 DBMS的系统结构 38
3.4.1  DBMS的进程结构和多线索结构 38
3.4.2 DBMS的组成 38
3.4.3 DBMS的层次结构 40
3.5  几种典型结构的DBMS 41
3.5.1 C/S结构的DBMS 41
3.5.2基于Web的数据库系统 43
第4章关系数据库方法 47
4.1  关系数据库的基本概念 47
4.1.1关系的形式化定义 47
4.1.2关系模式、关系子模式和存储
模式 49
4.1.3关系模型的完整性规则 51
4.1.4关系数据库模式 52
4.2关系代数 53
4.2.1关系代数的五个基本操作 53
4.2.2关系代数的组合操作 57
4.2.3关系代数表达式应用举例 61
4.3关系演算 62
4.3.1元组关系演算 62
4.3.2域关系演算 63
4.4关系查询优化 64
4.4.1查询优化的一般策略 64
4.4.2关系代数优化 65
4.4.3基于存取路径的规则优化 69
第5章关系数据库的结构化查询
语言 76
5.1 SQL概述 76
5.2 SQL的数据定义语言 77
5.2.1数据类型 77
5.2.2数据库模式的定义 78
5.2.3基本表的定义 79
5.2.4基本表的修改和删除 82
5.2.5索引的建立和删除 83
5.3 SQL数据更新 84
5.3.1元组插入 84
5.3.2元组删除 85
5.3.3元组修改 85
5.4 SQL数据查询 86
5.4.1    SQL查询语句的格式 86
5.4.2简单查询 87
5.4.3复杂查询 89
5.5 SQL聚集函数 96
5.5.1聚集函数的运算符 96
5.5.2数据分组 96
5.5.3数据排序 97
5.6 SQL中的视图 98
5.6.1视图定义 -98
5.6.2视图查询 99
5.6.3视图更新 一100
5.6.4视图删除 一100
5.6.5视图的作用 ”101
第6章关系模式的规范化理论 102
6.1  关系模式设计中的问题 102
6.2函数依赖 103
6.2.1函数依赖定义 -103
6.2.2关键字和超关键字 104
6.3数据依赖的公理系统 105
6.3.1  函数依赖的逻辑蕴涵 105
6.3.2 Armstrong公理系统 105
6.3.3  函数依赖集的等价和覆盖 109
6.4关系模式的分解及其问题 110
6.4.1分解的无损连接性 111
6.4.2保持函数依赖性 116
6.5关系模式的规范化 118
6.5.1范式 一118
6.5.2模式分解的算法 120
6.6多值函数依赖与4NF l24
6.6.1 BCNF关系模式存在的问题 124
6.6.2多值函数依赖 124
6.6.3 4NF 125
6.7连接依赖和5NF．    126
第7章数据库设计 127
7.1数据库设计概述 127
7.1.1数据库系统生存期 127
7.1.2数据库设计方法 l28
7.1.3数据库设计的基本过程 129
7.2规划 130
7.3需求分析 131
7.3.1需求描述与分析 131
7.3.2需求分析阶段的输入和输出 132
7.3.3需求分析的步骤 132
7.3.4数据字典 136
7.4概念设计 138
7.4.1概念设计的必要性 138
7.4.2概念设计的主要步骤 139
7.4.3采用E-R模型方法的数据库概念
设计 一140
7.5数据库逻辑结构设计及优化 148
7.5.1逻辑设计环境 148
7.5.2   E-R模型向关系模型的转换 l48
7.5.3用关系规范化理论对关系数据
模型进行优化 151
7.6数据库的物理设计  153
7.7数据库的实现 153
7.8数据库的运行与维护 153
7.9 PowerDesigner辅助设计工具 154
7.9.1绘制E-R图 154
7.9.2后台生成SQL数据库及
数据表 157
第8章数据库保护 161
8.1事务 161
8.1.1事务的定义 161
8.1.2事务的ACID准则 161
8.2数据库完整性 162
8.2.1  完整性子系统和完整性规则 162
8.2.2 SQL中的完整性约束 163
8.2.3 SQL3触发器 164
8.3数据库安全性 165
8.3.1数据库安全性级别 165
8.3.2数据访问权限 一165
8.3.3 SQL中的安全性机制 166
8.4数据库恢复技术 167
8.4.1恢复的定义、原则和实现方法 167
8.4.2故障恢复方法 167
8.4.3具有检查点的恢复技术 168
8.5并发控制 169
8.5.1并发所引起的问题 169
8.5.2封锁 一170
8.5.3活锁和死锁 172
8.5.4死锁的防止、检测和处理 173
8.5.5并发调度的可串行化 174
8.5.6两段封锁协议 175
第9章Microsoft SQL Server 2012 177
9.1 SQL Server简介 177
9.1.1  Micriosoft SQL Server 2012的
特点 177
9.1.2 Micriosoft SQL Server 2012环境
介绍 177
9.1.3   Micriosoft SQL Server 2012的工具
介绍 一178
9.2数据库的创建、修改和删除 181
9.2.1创建SQL Server数据库 181
9.2.2分离和附加SQL Server数据库 183
9.2.3删除数据库 186
9.3表和主键的创建 186
9.3.1表的创建 186
9.3.2主键的创建 186
9.3.3用SQL语句方式创建表 188
9.4数据的插入、修改、删除和
查询 189
9.4.1数据的插入 ”189
9.4.2数据的修改 19l
9.4.3数据的删除 一l91
9.4.4数据的查询 “191
9.5数据库的备份和恢复 192
9.5.1数据库的备份 一192
9.5.2数据库的恢复 一194
9.6高级应用技术 197
9.6.1存储过程 197
9.6.2触发器 一201
第10章  ASP. NET和ADO．NET数据库
开发技术 一206
10.1  ASP. NET基础知识 一206
10.1.1  Visual Studio．NET的特色 206
10.1.2.NET Framework 207
10.1.3 ASP. NET开发环境介绍 208
10.2  ADO. NET介绍 208
10.2.1  ADO. NET与数据管理简介 208
10.2.2  ADO. NET命名空间 209
10.3连接数据库 209
10.3.1  连接Microsoft SQL Server
数据库 一209
10.3.2  连接到Microsoft Access
数据库 一214
10.4读取和操作数据 215
10.5数据集 218
10.5.1使用DataAdapter类 219
10.5.2  使用DataTables、DataColumns和
DataRows 一219
10.6 DataReader类 221
10.7  DataGrid和GridView控件 223
10.8 DataList控件 226
第11章数据仓库与数据挖掘 238
11.1概述 238
1 1.2数据仓库的概念 239
11.2.1数据仓库的定义 239
11.2.2数据仓库的结构 241
1 1.3数据仓库的设计与实现 246
11.3.1数据仓库的设计原则 246
11.3.2数据仓库的三级数据模型 247
11.3.3数据仓库的设计步骤 248
11.3.4数据仓库的实现结构 251
11.4数据挖掘 251
11.4.1数据挖掘定义 251
11.4.2数据挖掘技术的应用
研究现状 252
11.4.3数据挖掘的主要技术 253
11.4.4数据挖掘的过程 256
11.4.5  DM与OLAP   257
第12章XML数据库 258
12.1引言 258
12.2 XML文档 259
12.3 XML文档类型定义 262
12.3.1元素定义 263
12.3.2属性定义 -264
12.4 XML模式 265
12.5 XPath查询语言．    269
12.6 XQuery查询语言 270
12.7 XML应用 271
12.7.1  基于XML的数据交换与异构
数据集成 271
12.7.2 XML索引与查询处理 272
12.7.3 XML文档聚类 275
12.7.4 XML流处理 276
参考文献 278

前    言20世纪60年代末，数据库技术是作为数据处理中的一门新技术发展起来的。时至今日，数据库技术已形成了较为完整的理论体系，是计算机软件领域的一个重要分支。
    随着数据库系统的推广，计算机应用已深入人类社会的各个领域，如当前的管理信息系统( MIS)、企业资源规划(ERP)、计算机集成制造系统(CIMS)、地理信息系统(GIS)、决策支持系统( DDS)等都是以数据库技术为基础的。此外，我国实施的国家信息化、“金”字工程、数字城市等都是以数据库为基础的大型计算机系统。目前，数据库的建设规模和性能、数据库信息量的大小和使用水平已成为衡量一个国家信患化程度的重要标志。我国高等院校从20世纪80年代开始就把数据库原理及应用作为计算机类专业的主要课程之一。目前，数据库原理及应用课程是各大高等院校计算机类专业、信息管理与信息系统以及相关专业的一门重要专业基础课程。
    本书很好地将数据库基本原理、方法和应用技术相结合，以关系数据库系统为核心，在全面解析数据库系统的基本概念及基本原理的基础上，对Microsoft SQL Server等主流数据库管理系统、Visio和PowerDesigner、VS. net等数据库设计与软件开发工具进行讲解，并对数据仓库与数据挖掘、XML数据库等新技术进行了介绍，旨在让高等院校计算机类专业、信息管理与信息系统以及相关专业的本科生以及广大软件设计与开发工程技术人员在学习本书后，能熟练使用现有的数据库管理系统和软件设计与开发工具，进行数据库结构的设计和数据库应用系统开发。
    本书共分12章。第1章数据库系统概述，介绍数据库系统基本概念，并讨论了数据管理和数据库系统的发展过程。第2章数据模型，着重介绍E-R数据模型、层次数据模型、网状数据模型、关系数据模型、面向对象数据模型等的基本概念和设计方法。第3章数据库系统的体系结构，主要介绍数据库系统的三级模式结构，DBS、DBMS、DBMS的系统结构等内容。第4章关系数据库方法，介绍关系数据库的基本概念、代数运算、关系演算、关系查询优化等内容。第5章关系数据库的结构化查询语言，主要介绍SQL概述、SQL的数据定义语言、SQL数据更新、SQL数据查询、SQL聚集函数、SQL中的视图等内容。第6章关系模式的规范化理论，主要介绍函数依赖、范式和模式设计方法等关系模式规范化理论。第7章主要介绍数据库设计、概念设计、数据库的物理设计、PowerDesigner辅助设计工具等内容。第8章主要介绍数据库完整性、数据库安全性、数据库恢复技术和并发控制等数据库保护措施。第9章主要介绍关系数据库系统Microsoft SQL Server的基本知识，并以MicrosoftSQL Server 2012为背景，介绍了数据库系统设计方法和SQL Server的高级应用技术。第10章主要介绍ASP. NET和ADO. NET基础知识、ASP. NET连接数据库方法、ADO. NET读取和操作数据库数据等基于．NET的数据库开发技术。第11章主要介绍数据仓库和数据挖掘的基本概念、数据仓库设计方法与实现过程、数据挖掘的主要技术和过程。第12章主要介绍XML文档、XML模式、XPath查询语言、XQuery查询语言等知识，并给出了XML在数据管理方面的应用实例。
    本书第1~6章、第11章由胡孔法编写，第7章由胡晨骏编写，第8章由张福安编写，第9章和第10章由余侃侃编写，第12章由朱新山编写。
    作者结合自己在读硕士和博士期间所从事的数据库及信息系统方面的研究成果以及十余年的软件开发与设计经验和多年的教学经验，完成了本书的编写。
    本书可作为计算机及相关专业的本科生教材，也可供研究生、广大软件设计和开发人员参考。书中如有不足之处，敬请广大读者指正。
    作者