数据库应用、设计与实现

近几年数据管理技术发展迅猛，从大数据管理和数据库应用、设计和实现的角度，梳理数据库系统原理课程的知识点体系，调整教材结构，丰富教材内容，乃大数据时代数据库教学的尝试和实践。本书正是基于此目标编写的，全书内容主要包括5大部分，靠前部分是基本概念和基础知识，第二部分是SQL语言及其应用，第三部分是数据库设计，第四部分是DBMS实现技术，第五部分是大数据新技术简介。本书可以作为高等学校计算机、软件工程、信息管理和信息系统等相关专业数据库课程教材，也可供从事数据库系统、信息系统、Web系统、“互联网+”平台系统研究、开发与应用的工程技术人员、科技工作者以及其他相关人员参考阅读。

党德鹏，教授，博导。2003年6月于华中科技大学计算机学院获工学博士学位；2005年6月于清华大学计算机系博士后流动站出站，获博士后证书；2005年7月入北京师范大学信息学院工作；2006年7月晋升副教授；2007年8月任系主任；2010年入选“教育部新世纪很好人才支持计划”；2012年7月晋升教授。目前担任中国计算机学会数据库专业委员会委员、中国计算机学会服务计算专业委员会委员、中国计算机学会YOCSEF委员、国家自然科学基金评审专家、北京市海淀区科学技术委员会科技项目评审专家、北京师范大学继续教育与教师培训学院网络教学指导委员会委员、中国计算机学会不错会员。研究方向：移动实时数据库；数据管理、分析与服务软件；计算机技术在应急、国防、教育等领域的应用。先后在IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems、Physica A、Journal of Systems & Software、计算机学报、计算机研究与发展等靠前外重要学术期刊和会议上发表学术论文40余篇，获批中国软件著作权登记5项。

第1章绪论/1
1.1什么是数据库系统1
1.1.1数据库1
1.1.2DBMS2
1.1.3DBS2
1.2为什么需要数据库系统3
1.2.1DBS前的困境3
1.2.2DBS的吸引力4
1.3数据抽象5
1.3.1四层抽象5
1.3.2数据抽象的表达6
1.3.3三层模式和两级映射7
1.4DBMS8
1.4.1数据定义语言10
1.4.2数据操作语言10
1.4.3数据保护语言10
1.4.4查询处理10
1.4.5存储管理11
1.4.6保护管理11
1.4.7物理数据结构11
1.4.8立足点12
1.5DBS12
1.5.1硬件12
1.5.2软件13
1.5.3用户13
1.5.4工作过程14
1.5.5在网络上15
1.6数据库技术发展趋势16
习题17〖1〗数据库应用、设计与实现目录[3]〖3〗第2章关系模型/18
2.1关系结构与约束18
2.1.1关系与表18
2.1.2关系键20
2.1.3约束21
2.2关系操作21
2.2.1基本关系代数运算21
2.2.2附加关系代数运算27
2.2.3扩展关系代数运算30
习题33
第3章PostgreSQL数据定义与操作/34
3.1SQL与PostgreSQL34
3.1.1SQL发展史34
3.1.2PostgreSQL35
3.1.3数据库语言组成35
3.1.4数据库语言特点36
3.1.5考试系统数据库36
3.2数据定义38
3.2.1SQL的基本数据类型38
3.2.2表的创建、修改和撤销39
3.3投影与广义投影42
3.4选择43
3.5集合操作47
3.6联接查询48
3.6.1笛卡儿积49
3.6.2内联接49
3.6.3外联接50
3.6.4按属性联接51
3.7更名51
3.8聚集查询52
3.8.1基本聚集52
3.8.2分组53
3.8.3排名54
3.8.4分窗55
3.9基本查询语句的一般形式56
3.10嵌套查询57
3.10.1子查询作为表57
3.10.2子查询作为集合58
3.10.3子查询作为标量60
3.10.4关系除62
3.11递归查询64
3.12数据修改65
3.12.1数据插入65
3.12.2数据删除66
3.12.3数据更新67
习题68
第4章PostgreSQL应用/70
4.1应用体系结构70
4.1.1C/S结构70
4.1.2B/S结构71
4.2嵌入式pgSQL73
4.2.1pgSQL的宿主使用73
4.2.2嵌入式pgSQL的使用技术74
4.2.3动态SQL语句76
4.3JDBC编程79
4.3.1JDBC基础79
4.3.2JDBC程序80
4.3.3预备语句81
4.3.4元数据82
4.3.5Java应用连接访问数据库实例82
4.3.6Java小应用连接访问数据库实例83
4.3.7JSP连接访问数据库实例85
4.3.8Servlet连接访问数据库实例86
4.4函数92
4.4.1PL/pgSQL的块结构92
4.4.2变量常量的定义和赋值92
4.4.3控制结构93
4.4.4存储函数95
习题96
第5章PostgreSQL数据保护/98
5.1数据保护98
5.2视图99
5.2.1视图的创建和撤销99
5.2.2对视图的操作100
5.3访问控制101
5.3.1授予权限101
5.3.2收回权限103
5.4完整性约束103
5.4.1约束含义103
5.4.2声明及检验104
5.5触发器109
5.5.1定义触发器109
5.5.2激活触发器112
5.5.3删除触发器112
5.6事务112
习题114
第6章数据库设计: 实体联系方法/115
6.1数据库设计过程115
6.2ER模型的基本元素116
6.3ER图118
6.4属性的分类119
6.5联系的设计120
6.6弱实体集123
6.7特殊化与一般化124
6.8将ER模式变换为关系模式125
习题128
第7章数据库设计: 属性联系方法/130
7.1问题的提出130
7.2数据依赖132
7.2.1函数依赖的定义132
7.2.2函数依赖的逻辑蕴涵133
7.2.3函数依赖的推理规则133
7.2.4属性集的闭包135
7.2.5函数依赖集的最小依赖集136
7.2.6多值依赖137
7.3模式分解137
7.3.1无损联接分解139
7.3.2分解无损联接检验139
7.3.3保持函数依赖的分解143
7.4范式145
7.4.1第一范式(1NF)145
7.4.2第二范式(2NF)146
7.4.3第三范式(3NF)146
7.4.4BC范式(BCNF)147
7.4.5第四范式147
7.5规范化148
7.6大数据与反规范化149
习题149
第8章存储和存取/152
8.1存储器件152
8.2磁盘152
8.3DBMS文件管理154
8.4数据库文件组织154
8.4.1行存储154
8.4.2列存储158
8.5文件中元组组织158
8.6索引160
8.6.1稠密索引和稀疏索引161
8.6.2多级索引162
8.6.3B+树索引163
8.6.4哈希方法165
8.7数据字典的存储167
习题167
第9章查询处理与优化/169
9.1查询处理过程及查询优化问题169
9.2关系代数表达式的等价变换与优化171
9.2.1关系代数表达式等价变换规则171
9.2.2关系代数等价变换的启发式规则174
9.3实现关系运算的算法与优化174
9.3.1选择运算的算法与优化174
9.3.2联接运算的算法与优化175
9.4表达式的求值方法与优化177
9.4.1实体化178
9.4.2流水线178
9.5基于代价的定量优化178
习题179
第10章事务处理/181
10.1事务概念181
10.1.1如果没有事务181
10.1.2事务及其特性182
10.2并发执行和调度185
10.2.1并发执行185
10.2.2可串行化187
10.3并发控制189
10.3.1锁189
10.3.2两阶段封锁190
10.3.3死锁191
10.4故障恢复191
10.4.1恢复准备191
10.4.2恢复处理194
10.5小结196
习题196
第11章大数据技术/198
11.1大数据特征198
11.2大数据关键技术198
11.3分布式文件系统199
11.3.1计算机集群199
11.3.2分布式文件系统200
11.4NoSQL数据模型200
11.4.1键值存储200
11.4.2列族存储201
11.4.3文档存储201
11.4.4图存储203
11.5大数据计算203
11.5.1批处理 204
11.5.2流式计算205
11.6大数据应用206
11.6.1基于内容推荐206
11.6.2协同过滤推荐207
11.6.3小结209
习题209
附录实验/210
实验一Access数据库210
实验二PostgreSQL基础和安装210
实验三数据库的基本操作211
实验四数据表的基本操作212
实验五数据备份与还原214
实验六简单数据查询216
实验七高级数据查询217
实验八Java连接数据库218
实验九简单的PL/pgSQL程序219
实验十索引和视图220
实验十一PostgreSQL权限管理221
实验十二触发器222
实验十三性能优化222
实验十四事务与并发控制223
实验十五PowerDesigner224
实验十六综合应用224
实验评分标准225
实验报告要求225
实验报告模板226
参考文献/227