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數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理 讀者對象:本書可以作為高等院校計算機類、信息技術類、大數(shù)據(jù)類等相關專業(yè)教學用書,也可以作為培養(yǎng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)工程師的培訓教材,還可以作為數(shù)據(jù)庫應用開發(fā)人員的參考用書。 ![]()
本書作為數(shù)據(jù)科學的入門教材,以實例分析為主線,結合MySQL,系統(tǒng)地闡述了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本原理、基本技術、基本方法及應用。全書共13 章,主要內(nèi)容包括概述、關系運算、數(shù)據(jù)完整性、關系數(shù)據(jù)庫標準語言SQL、概念模型和邏輯模型、關系規(guī)范化、數(shù)據(jù)安全、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)恢復、數(shù)據(jù)庫設計、openGauss數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設計、在虛擬機上安裝CentOS,前11 章結尾均提供了基于生成式人工智能的課堂知識鞏固與課后知識拓展環(huán)節(jié)。本書以MySQL 為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)介紹數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)技術,以Python 和Java 等為主語言介紹數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)技術,并提供詳細操作和完整程序系統(tǒng)。全書以兩個實例數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)貫穿始終,內(nèi)容豐富、結構嚴謹,講解深入淺出、通俗易懂,且十分注重實用性。同時,書中提供的例題和習題取材新穎、實用,方便讀者鞏固所學知識。本書適用于高等院校計算機科學與技術、數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術、智能科學與技術、信息安全和軟件工程等相關本科專業(yè)的“數(shù)據(jù)庫原理”課程教材,也可作為從事數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)研究與應用開發(fā)的工程技術人員的參考書。
王勛,男,教授,博士研究生學歷,現(xiàn)于浙江工商大學計算機科學與技術學院擔任院長一職,兼任中國圖象圖形學會理事兼智能圖形專委會副主任、The IEEE Intelligent Informatics Bulletin編委、全國行業(yè)職業(yè)教育教學指導委員會電子信息分委員會委員、浙江省高等學校大數(shù)據(jù)與人工智能類專業(yè)教指委副主任,共出版《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理》《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理》《數(shù)據(jù)可視分析》《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理學習指導》等12部教材、專著。
第1 章 概述 ....................................................................................................................... 1
1.1 數(shù)據(jù)庫實例 ........................................................................................................................ 1 1.1.1 學生選課數(shù)據(jù)庫 ..................................................................................................... 1 1.1.2 網(wǎng)上書店數(shù)據(jù)庫 ..................................................................................................... 2 1.2 基本知識 ............................................................................................................................ 4 1.2.1 數(shù)據(jù) ......................................................................................................................... 4 1.2.2 數(shù)據(jù)庫 ..................................................................................................................... 5 1.2.3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) ..................................................................................................... 5 1.2.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) ............................................................................................................. 6 1.2.5 數(shù)據(jù)庫管理員 ......................................................................................................... 7 1.3 數(shù)據(jù)模型 ............................................................................................................................ 8 1.3.1 數(shù)據(jù)模型的概念 ..................................................................................................... 8 1.3.2 數(shù)據(jù)模型的組成要素 ............................................................................................. 8 1.3.3 數(shù)據(jù)模型的分類 ..................................................................................................... 9 1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結構 .......................................................................................................... 15 1.4.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結構 ....................................................................................... 16 1.4.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結構 ....................................................................................... 18 1.5 數(shù)據(jù)庫發(fā)展歷史 .............................................................................................................. 22 1.5.1 中國數(shù)據(jù)庫發(fā)展 ................................................................................................... 22 1.5.2 國外數(shù)據(jù)庫發(fā)展 ................................................................................................... 24 1.6 小結 .................................................................................................................................. 25 基于生成式人工智能的課堂知識鞏固與課后知識拓展........................................................ 26 習題1 ........................................................................................................................................ 34 第2 章 關系運算 ............................................................................................................. 35 2.1 關系形式化定義 .............................................................................................................. 35 2.2 關系數(shù)據(jù)語言 .................................................................................................................. 38 2.3 基本集合運算 .................................................................................................................. 39 2.3.1 笛卡兒積 ............................................................................................................... 40 2.3.2 并集 ....................................................................................................................... 40 2.3.3 差集 ....................................................................................................................... 41 2.3.4 交集 ....................................................................................................................... 41 2.4 專用關系運算 .................................................................................................................. 42 2.4.1 選擇 ....................................................................................................................... 42 2.4.2 投影 ....................................................................................................................... 43 2.4.3 連接 ....................................................................................................................... 45 2.4.4 除 ........................................................................................................................... 49 2.5 更新運算 .......................................................................................................................... 52 2.6 綜合實例 .......................................................................................................................... 54 2.7 小結 .................................................................................................................................. 57 基于生成式人工智能的課堂知識鞏固與課后知識拓展........................................................ 57 習題2 ........................................................................................................................................ 62 第3 章 數(shù)據(jù)完整性 .......................................................................................................... 64 3.1 數(shù)據(jù)完整性概覽 .............................................................................................................. 64 3.2 數(shù)據(jù)完整性內(nèi)涵 .............................................................................................................. 65 3.2.1 實體完整性 ........................................................................................................... 65 3.2.2 參照完整性 ........................................................................................................... 66 3.2.3 用戶定義完整性 ................................................................................................... 67 3.3 完整性控制機制 .............................................................................................................. 68 3.4 數(shù)據(jù)完整性實現(xiàn) .............................................................................................................. 70 3.4.1 實體完整性的實現(xiàn) ............................................................................................... 71 3.4.2 參照完整性的實現(xiàn) ............................................................................................... 72 3.4.3 用戶定義完整性的實現(xiàn) ....................................................................................... 74 3.4.4 觸發(fā)器 ................................................................................................................... 76 3.5 小結 .................................................................................................................................. 77 基于生成式人工智能的課堂知識鞏固與課后知識拓展........................................................ 78 數(shù)據(jù)庫建立實驗 ....................................................................................................................... 81 習題3 ........................................................................................................................................ 82 第4 章 關系數(shù)據(jù)庫標準語言SQL .................................................................................... 84 4.1 SQL ................................................................................................................................... 84 4.1.1 ANSI SQL ............................................................................................................. 84 4.1.2 SQL 特點 ............................................................................................................... 85 4.1.3 MySQL .................................................................................................................. 85 4.2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫及表 .............................................................................................................. 86 4.2.1 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫 ........................................................................................................... 86 4.2.2 創(chuàng)建表 ................................................................................................................... 87 4.3 數(shù)據(jù)查詢 .......................................................................................................................... 92 4.3.1 集合查詢 ............................................................................................................... 93 4.3.2 單表查詢 ............................................................................................................... 95 4.3.3 多表查詢 ............................................................................................................. 102 4.4 視圖 ................................................................................................................................ 109 4.5 小結 ................................................................................................................................ 114 基于生成式人工智能的課堂知識鞏固與課后知識拓展...................................................... 114 查詢實驗 ................................................................................................................................. 119 習題4 ...................................................................................................................................... 121 第5 章 概念模型和邏輯模型 .......................................................................................... 123 5.1 概念模型 ........................................................................................................................ 123 5.1.1 概念模型的表示方法 ......................................................................................... 123 5.1.2 概念模型的實例分析 ......................................................................................... 125 5.2 邏輯模型 ........................................................................................................................ 129 5.2.1 實體轉換 ............................................................................................................. 129 5.2.2 聯(lián)系轉換 ............................................................................................................. 130 5.3 小結 ................................................................................................................................ 135 基于生成式人工智能的課堂知識鞏固與課后知識拓展...................................................... 136 習題5 ...................................................................................................................................... 138 第6 章 關系規(guī)范化 ........................................................................................................ 141 6.1 函數(shù)依賴 ........................................................................................................................ 142 6.1.1 完全函數(shù)依賴和部分函數(shù)依賴 ......................................................................... 143 6.1.2 傳遞函數(shù)依賴 ..................................................................................................... 143 6.2 數(shù)據(jù)依賴公理系統(tǒng) ........................................................................................................ 143 6.2.1 Armstrong 公理 ................................................................................................... 143 6.2.2 函數(shù)依賴集閉包 ................................................................................................. 144 6.2.3 屬性集閉包 ......................................................................................................... 145 6.2.4 最小函數(shù)依賴集 ................................................................................................. 146 6.3 范式 ................................................................................................................................ 148 6.3.1 第一范式 ............................................................................................................. 149 6.3.2 第二范式 ............................................................................................................. 149 6.3.3 第三范式 ............................................................................................................. 152 6.3.4 BC 范式 ............................................................................................................... 157 6.3.5 更高范式 ............................................................................................................. 158 6.4 關系模式分解 ................................................................................................................ 159 6.4.1 關系模式分解理論 ............................................................................................. 159 6.4.2 關系模式的分解算法 ......................................................................................... 162 6.5 小結 ................................................................................................................................ 166 基于生成式人工智能的課堂知識鞏固與課后知識拓展...................................................... 167 習題6 ...................................................................................................................................... 174 第7 章 數(shù)據(jù)安全 ........................................................................................................... 176 7.1 數(shù)據(jù)安全標準和數(shù)據(jù)安全模型 .................................................................................... 176 7.1.1 數(shù)據(jù)安全標準 ..................................................................................................... 176 7.1.2 數(shù)據(jù)安全模型 ..................................................................................................... 177 7.2 數(shù)據(jù)安全控制 ................................................................................................................ 177 7.2.1 用戶鑒別 ............................................................................................................. 177 7.2.2 數(shù)據(jù)存取控制 ..................................................................................................... 179 7.2.3 視圖 ..................................................................................................................... 182 7.2.4 審計與數(shù)據(jù)加密 ................................................................................................. 184 7.3 SQL 注入攻擊 ................................................................................................................ 187 7.3.1 Web 應用程序與數(shù)據(jù)庫交互模型 ..................................................................... 188 7.3.2 SQL 注入攻擊原理 ............................................................................................. 189 7.3.3 SQL 注入攻擊防御措施 ..................................................................................... 190 7.4 小結 ................................................................................................................................ 190 基于生成式人工智能的課堂知識鞏固與課后知識拓展...................................................... 191 安全實驗 ................................................................................................................................. 194 習題7 ...................................................................................................................................... 195 第8 章 并發(fā)控制 ........................................................................................................... 196 8.1 事務管理 ........................................................................................................................ 196 8.1.1 事務的概念 ......................................................................................................... 196 8.1.2 事務的特性 ......................................................................................................... 199 8.2 并發(fā)控制概述 ................................................................................................................ 201 8.3 封鎖和封鎖粒度 ............................................................................................................ 203 8.3.1 封鎖 ..................................................................................................................... 203 8.3.2 封鎖粒度 ............................................................................................................. 205 8.4 封鎖協(xié)議 ........................................................................................................................ 206 8.4.1 一級封鎖協(xié)議 ..................................................................................................... 207 8.4.2 二級封鎖協(xié)議 ..................................................................................................... 207 8.4.3 三級封鎖協(xié)議 ..................................................................................................... 208 8.4.4 兩段鎖協(xié)議 ......................................................................................................... 209 8.5 并發(fā)事務的可串行化 .................................................................................................... 209 8.5.1 并發(fā)事務調度 ..................................................................................................... 209 8.5.2 并行調度與串行調度的執(zhí)行結果一致性 ......................................................... 210 8.6 活鎖和死鎖 .................................................................................................................... 211 8.6.1 活鎖 ..................................................................................................................... 212 8.6.2 死鎖 ..................................................................................................................... 212 8.7 小結 ................................................................................................................................ 214 基于生成式人工智能的課堂知識鞏固與課后知識拓展...................................................... 214 并發(fā)控制實驗 ......................................................................................................................... 216 習題8 ...................................................................................................................................... 219 第9 章 數(shù)據(jù)恢復 ........................................................................................................... 221 9.1 故障管理 ........................................................................................................................ 221 9.2 建立冗余數(shù)據(jù) ................................................................................................................ 222 9.2.1 數(shù)據(jù)轉儲 ............................................................................................................. 222 9.2.2 日志文件 ............................................................................................................. 223 9.3 恢復技術 ........................................................................................................................ 225 9.4 檢查點機制 .................................................................................................................... 227 9.5 小結 ................................................................................................................................ 229 基于生成式人工智能的課堂知識鞏固與課后知識拓展...................................................... 229 數(shù)據(jù)恢復實驗 ......................................................................................................................... 231 習題9 ...................................................................................................................................... 231 第10 章 數(shù)據(jù)庫設計 ...................................................................................................... 233 10.1 數(shù)據(jù)庫設計的方法與步驟 .......................................................................................... 233 10.1.1 數(shù)據(jù)庫設計方法 ............................................................................................... 233 10.1.2 數(shù)據(jù)庫設計步驟 ............................................................................................... 234 10.2 需求分析 ...................................................................................................................... 235 10.2.1 需求分析任務 ................................................................................................... 235 10.2.2 需求分析的方法和步驟 ................................................................................... 236 10.2.3 數(shù)據(jù)字典 ........................................................................................................... 236 10.3 概念結構設計 .............................................................................................................. 238 10.3.1 概念結構設計方法 ........................................................................................... 238 10.3.2 概念結構設計步驟 ........................................................................................... 239 10.4 邏輯結構設計 .............................................................................................................. 242 10.4.1 邏輯結構設計的內(nèi)容 ....................................................................................... 242 10.4.2 外模式設計 ....................................................................................................... 242 10.5 物理結構設計 .............................................................................................................. 243 10.5.1 物理結構設計的內(nèi)容 ....................................................................................... 244 10.5.2 存取方法 ........................................................................................................... 244 10.5.3 存儲結構 ........................................................................................................... 246 10.5.4 評價物理結構 ................................................................................................... 246 10.6 數(shù)據(jù)庫實施 .................................................................................................................. 246 10.6.1 數(shù)據(jù)庫引擎和數(shù)據(jù)源配置 ............................................................................... 246 10.6.2 存儲過程和函數(shù) ............................................................................................... 247 10.6.3 流程控制 ........................................................................................................... 249 10.6.4 游標 ................................................................................................................... 253 10.6.5 設計應用程序 ................................................................................................... 254 10.6.6 數(shù)據(jù)庫測試與試運行 ....................................................................................... 258 10.7 系統(tǒng)運行與維護 .......................................................................................................... 258 10.8 小結 .............................................................................................................................. 259 基于生成式人工智能的課堂知識鞏固與課后知識拓展...................................................... 260 數(shù)據(jù)庫設計實驗 ..................................................................................................................... 262 習題10 .................................................................................................................................... 263 第11 章 openGauss 數(shù)據(jù)庫 .......................................................................................... 265 11.1 系統(tǒng)架構 ...................................................................................................................... 265 11.2 優(yōu)勢特點 ...................................................................................................................... 266 11.3 運行環(huán)境和技術指標 .................................................................................................. 267 11.4 基本功能 ...................................................................................................................... 268 11.5 安裝部署 ...................................................................................................................... 269 11.5.1 獲取安裝包 ....................................................................................................... 269 11.5.2 配置安裝環(huán)境 ................................................................................................... 270 11.5.3 安裝數(shù)據(jù)庫 ....................................................................................................... 272 11.6 數(shù)據(jù)庫連接 .................................................................................................................. 275 11.6.1 gsql 客戶端連接 ................................................................................................ 275 11.6.2 應用程序接口 ................................................................................................... 276 11.7 創(chuàng)建和管理數(shù)據(jù)庫 ...................................................................................................... 278 11.8 數(shù)據(jù)庫遷移 .................................................................................................................. 280 11.9 小結 .............................................................................................................................. 280 基于生成式人工智能的課堂知識鞏固與課后知識拓展...................................................... 280 數(shù)據(jù)庫遷移實驗 ..................................................................................................................... 282 習題11 .................................................................................................................................... 282 第12 章 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設計 ........................................................................................ 283 12.1 DBMS ........................................................................................................................... 283 12.1.1 DBMS 的功能 ................................................................................................... 283 12.1.2 DBMS 的系統(tǒng)結構 ........................................................................................... 284 12.1.3 DBMS 的工作過程 ........................................................................................... 288 12.1.4 DBMS 的設計 ................................................................................................... 290 12.2 DBVAS 的設計與實現(xiàn) ................................................................................................ 293 12.2.1 DBVAS 的系統(tǒng)結構 ......................................................................................... 294 12.2.2 DBVAS 的文件系統(tǒng) ......................................................................................... 297 12.2.3 DBVAS 的DDL 設計 ....................................................................................... 304 12.2.4 DBVAS 的DML 設計 ...................................................................................... 310 12.2.5 DBVAS 的DCL 設計 ....................................................................................... 314 12.2.6 DBVAS 的GUI 設計 ........................................................................................ 315 12.2.7 DBVAS 的實現(xiàn) ................................................................................................. 322 12.3 小結 .............................................................................................................................. 324 DBMS 設計實驗 ..................................................................................................................... 324 習題12 .................................................................................................................................... 324 第13 章 在虛擬機上安裝CentOS ................................................................................. 326 13.1 虛擬機VirtualBox 下載及安裝 ................................................................................... 326 13.2 CentOS 鏡像文件下載 ................................................................................................. 327 13.3 在VirtualBox 下安裝CentOS 操作系統(tǒng) .................................................................... 327
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