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《数据库原理与应用：从理论到实践》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面且深入的数据库系统知识体系，涵盖了从基础理论到实际应用开发的各个层面。我们摒弃了对特定软件版本（如Access 2007）的局限性描述，而是聚焦于数据库技术的核心概念、设计方法、查询语言的通用原理以及现代数据库管理系统的架构。本书适合作为计算机科学、信息管理等相关专业本科生和研究生的教材，同时也为希望系统学习和掌握数据库技术的IT从业人员提供了一本可靠的参考手册。 第一部分：数据库基础理论与概念 本部分奠定了坚实的理论基础，帮助读者理解数据、信息与知识之间的关系，以及数据库系统相较于传统文件系统的优越性。 数据模型概述： 详细阐述了不同数据模型的演变历程，重点介绍关系模型。深入剖析了实体-关系（E-R）模型，包括实体、属性、联系、基数约束和参与约束的精确定义和图示方法。 关系代数与元组演算： 提供了进行形式化查询的数学工具。关系代数的五种基本操作（选择、投影、并、集合差、笛卡尔积）及其导出操作（自然连接、除、交）被详尽讲解。元组关系演算和域关系演算则从一阶逻辑的角度展示了如何表达复杂查询，为后续的SQL语言学习奠定逻辑基础。 数据独立性： 区分了物理数据独立性与逻辑数据独立性，阐释了它们在保证数据安全性和系统可维护性方面的重要性。 第二部分：关系数据库设计 本部分是本书的核心内容之一，系统地指导读者如何将现实世界的业务需求转化为高效、无冗余的数据库结构。 规范化理论： 深入探讨了函数依赖（FD）的定义、闭包计算以及候选码的确定。详细讲解了第一范式（1NF）到 BCNF（巴斯-科德范式）的分解过程，以及保持函数依赖的无损连接分解算法。对于更高级的范式，如 4NF 和 5NF，也进行了理论介绍和实际应用场景的分析。 依赖的发现与冲突解决： 探讨了在大型系统中如何自动或半自动地从数据中推导出依赖关系，以及在多用户环境下，如何协调和合并来自不同部门的设计需求。 数据库设计过程： 遵循从需求分析、概念设计（E-R图绘制）、逻辑设计（E-R到关系模式的转换）到物理设计的完整流程，通过案例展示了如何应对现实世界中常见的复杂业务逻辑。 第三部分：SQL：结构化查询语言的深度解析 本书将SQL视为一种强大的、声明式的关系操作语言，而非仅仅是数据录入的工具。我们不仅覆盖了基础的 DDL、DML 和 DCL 命令，更深入探究了高级特性。 查询的高级技巧： 详细讲解了子查询、关联子查询、集合操作符（UNION, INTERSECT, EXCEPT）的正确使用，以及窗口函数（Window Functions）在复杂报表生成和排名计算中的应用。 视图与存储过程： 讨论了视图在数据抽象和安全性控制中的作用。存储过程、函数和触发器则被视为实现业务逻辑、提高性能和确保数据一致性的重要手段。着重分析了存储过程中的事务管理和错误处理机制。 数据控制语言（DCL）： 阐述了权限管理体系，包括用户创建、角色分配以及对表、视图、存储过程等对象的精确授权与回收。 第四部分：数据库的实现与管理 本部分将视角转向数据库管理系统（DBMS）的内部工作原理，帮助读者理解查询是如何被高效执行的。 存储结构与文件组织： 介绍了磁盘I/O的特性，重点分析了堆文件组织和有序文件组织。详细讲解了 B 树和 B+ 树作为索引结构的工作原理、构造过程和查询效率分析，以及位图索引在特定场景下的应用。 查询处理与优化： 这是性能优化的关键。我们将查询处理分解为解析、重写和估算执行计划三个阶段。深入探讨了查询优化器的核心思想，包括谓词下推、连接顺序选择、连接算法（嵌套循环、哈希连接、合并连接）的选择标准和成本模型。 事务管理与并发控制： 阐释了事务的 ACID 特性（原子性、一致性、隔离性、持久性）的理论意义。重点剖析了不同的并发控制协议，包括封锁协议（两阶段封锁 2PL）及其改进版本（如严格 2PL、时间戳排序协议），并分析了死锁的检测与预防机制。 恢复管理： 讲解了日志文件（如预写日志 Write-Ahead Logging, WAL）在系统崩溃恢复中的核心作用，以及检查点（Checkpoint）技术如何平衡恢复速度与系统开销。 第五部分：现代数据库技术前沿（选讲） 为了使本书内容与时俱进，本部分对当前信息技术领域中热门的数据库技术进行了介绍。 分布式数据库系统： 探讨了数据在多个节点上分布的策略（分片技术）和数据冗余的备份策略（复制技术）。简要介绍了分布式事务的挑战与两阶段提交（2PC）协议。 NoSQL 数据库概述： 简要区分了键值存储、文档数据库、列族数据库和图数据库的适用场景，帮助读者理解 RDBMS 在处理超大规模非结构化数据时的局限性及 NoSQL 解决方案的优势。 通过对上述内容的系统学习，读者将不仅能够熟练地使用关系型数据库进行数据建模和高效查询，更能深入理解数据库系统背后的运行机制，为未来从事数据库开发、管理或系统架构工作打下坚实的基础。本书强调理论与实践相结合，每一章节后附有大量的练习题和案例分析，以巩固学习效果。
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