具体描述
《数据库系统设计与应用教程》简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的数据库系统设计与应用的学习路径。全书内容紧密围绕现代信息技术的核心——数据库技术，从理论基础到实际操作，层层递进，力求帮助读者构建坚实的理论框架，并掌握高效的实践技能。 第一部分：数据库基础理论与模型 本书伊始，便着重于奠定坚实的理论基础。我们首先阐述了信息时代的背景下，数据与数据库的根本重要性，清晰界定了数据、信息、知识乃至数据管理系统的基本概念。 数据模型演进： 我们系统地梳理了数据模型的发展脉络，从早期的网状模型、层次模型，到影响深远的关系模型，再到面向对象和半结构化数据模型（如XML/JSON）。重点深入剖析了关系模型的数学基础，包括集合论、谓词逻辑在数据库中的应用。读者将在此部分掌握关系代数和元组演算等形式化语言，理解数据模型的抽象层次和表达能力。 关系模式与规范化： 关系模式的定义、属性域、主键、外键等核心概念被详尽阐述。随后，我们重点讲解了数据库设计的基石——数据依赖（函数依赖、多值依赖等）。基于依赖理论，本书系统地介绍了数据库规范化理论，从第一范式（1NF）到BCNF、4NF，乃至5NF，详细剖析了为什么要进行规范化、规范化的过程及其对消除数据冗余和保证数据一致性的关键作用。每种范式都辅以大量的实际案例进行图解和分析。 第二部分：数据库系统的架构与实现 理论讲解完成后，本书将视角转向数据库系统的物理实现层面，关注数据如何在存储介质上高效组织和访问。 存储结构与文件系统： 深入探讨了数据如何在磁盘等外部存储设备上组织。内容涵盖数据页、记录的存储方式（定长、变长记录）、文件的组织结构（堆文件、顺序文件、散列文件等）。特别强调了数据库管理系统（DBMS）如何管理文件系统，以及缓冲池管理在提升I/O效率中的核心作用。 索引技术精讲： 索引是提高查询性能的关键。本书对主流的索引结构进行了详尽的介绍和比较。这包括经典的B+树（作为关系型数据库中最常用的索引结构）、哈希索引的原理与适用场景。对于B+树，不仅讲解了其结构特性，还细致分析了其插入、删除、查找操作的算法过程，以及多级索引的工作机制。 事务管理与并发控制： 事务是保证数据库正确性的核心概念。本书围绕ACID特性（原子性、一致性、隔离性、持久性）展开论述。重点分析了数据库在多用户并发访问环境下面临的数据不一致性问题（如脏读、不可重复读、幻读）。随后，系统介绍了各种并发控制协议，如封锁协议（两阶段封锁2PL）、时间戳协议，以及多版本并发控制（MVCC）的基本思想及其在现代数据库系统中的广泛应用。 故障恢复机制： 探讨了系统在发生故障后如何恢复到一致状态。内容涵盖日志记录技术（如REDO/UNDO日志）、检查点（Checkpoint）机制，以及基于日志的恢复算法，确保数据在非正常情况下仍能保持持久性。 第三部分：数据库查询与编程 本部分将理论知识转化为实际操作能力，聚焦于如何有效地提取和操作数据。 SQL语言深度解析： SQL是数据库操作的通用语言。本书以ANSI/ISO标准SQL为基础，系统讲解了数据定义语言（DDL）、数据操纵语言（DML）、数据控制语言（DCL）的全部功能。在DML部分，我们不仅涵盖了基础的SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE，更着重讲解了复杂的连接操作（内连接、外连接、交叉连接）、分组聚合函数、子查询、视图的创建与使用。特别强调了优化器对SQL语句的执行计划分析，指导读者编写出高性能的查询语句。 查询优化基础： 介绍关系代数表达式的等价变换规则，以及如何利用这些规则将低效的查询转化为高效的执行路径。简要介绍启发式查询优化和基于成本的优化策略。 程序化数据访问： 讲解了如何通过高级编程语言（如Java、Python等主流语言）访问数据库。内容涵盖JDBC/ODBC等标准的连接技术，以及如何使用预编译语句（PreparedStatement）进行参数化查询，有效防止SQL注入等安全问题。 第四部分：数据库设计方法论与前沿展望 为了培养读者的系统化设计能力，本书引入了成熟的数据库设计方法论。 数据库设计全过程： 遵循从需求分析、概念设计、逻辑设计到物理设计的完整生命周期。概念设计部分将重点讲解实体-联系（E-R）模型，包括实体、属性、联系的表示方法，以及如何处理多对多关系、约束条件的建模。随后，详细介绍E-R图到关系模式的转换过程，包括对“弱实体集”和“泛化/特化”的正确处理。 面向对象的数据库与新型数据模型： 鉴于现代应用对非结构化和半结构化数据的处理需求，本书增加了对NoSQL数据库的介绍，对比了键值存储、文档数据库（如MongoDB）、列式数据库以及图数据库的基本特性、适用场景及与传统关系数据库的异同。 大数据环境下的数据管理： 简要概述了Hadoop生态系统（如HDFS、MapReduce）在处理海量数据时的角色，以及数据仓库和商业智能（BI）的基本概念，引导读者了解传统OLTP系统向现代数据分析系统的演进方向。 总结： 本书结构严谨，内容翔实，理论与实践相结合，配有大量的精选习题和上机实践指导，旨在培养具备扎实的数据库理论功底和熟练的数据库应用开发能力的复合型人才。无论是高等院校相关专业的学生，还是从事信息系统开发与维护的工程师，都能从中受益匪浅。
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