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第1部分 数据库系统基础3

第1章 数据库系统导论3

1.1数据模型3

1.1.1数据模型定义与分类3

1.1.2一些典型数据模型特点综述5

1.2数据库方法特点与应用简史8

1.3数据库系统体系结构11

1.3.1DB数据的三层抽象模型11

1.3.2一种典型的DBMS实现体系结构11

1.3.3五层DBMS体系结构模型13

1.4数据库系统的发展与演化16

1.4.1五层模型体系结构的发展综述16

1.4.2层次模型与事务特性18

1.4.3体系结构变体20

1.4.4可靠性与可适应性24

1.4.5结论与展望25

习题125

第2章 关系模型与关系数据库27

2.1关系数据模型27

2.1.1关系模型基础27

2.1.2关系模型的约束及其表达29

2.1.3关系数据库33

2.2关系操作与关系查询语言34

2.2.1关系代数35

2.2.2关系演算40

2.3SQL语言43

2.3.1用DDL定义数据库44

2.3.2用DML操纵数据库45

2.3.3视图53

2.4应用关系数据库55

2.4.1DB存储过程与SQL／PSM55

2.4.2在通用编程语言中嵌入SQL命令57

2.4.3基于API接口访问数据库：ODBC和JDBC61

习题266

第3章 数据库设计68

3.1ER数据模型69

3.1.1实体类型、实体集、属性和键69

3.1.2关系、关系类型和关系集71

3.1.3ER模型的其他特性72

3.2EER数据模型76

3.2.1EER模型核心概念的形式定义77

3.2.2子类、超类与类层次结构77

3.2.3特化与泛化78

3.2.4利用union子类建模80

3.2.5值集属性与复合结构属性的建模表示81

3.2.6EER与UML类图比较82

3.2.7EER作为知识表示模型85

3.2.8为大型企业／组织进行DB概念设计86

3.3逻辑数据库设计：映射ER／EER模式到关系模式86

3.3.1映射常规实体集到关系表87

3.3.2映射关系集到关系表87

3.3.3映射弱实体集89

3.3.4映射带有聚集关系的ER图90

3.3.5映射EER扩展结构90

3.3.6ER模型至关系模型映射小结93

3.4关系模式求精与规范化93

3.4.1模式求精问题93

3.4.2函数依赖95

3.4.3基本规范范式101

3.4.4无损分解与依赖保持分解104

3.4.5分解与规范化关系模式106

3.4.6多值依赖与第四范式108

习题3111

第2部分 关系数据库系统实现117

第4章 数据存储与组织管理117

4.1物理存储介质117

4.1.1存储介质的层次117

4.1.2磁盘的物理特性118

4.1.3磁盘故障及其处理策略120

4.1.4磁盘块存取的优化123

4.2磁盘空间管理125

4.2.1磁盘空间管理器125

4.2.2利用OS管理磁盘空间126

4.2.3跟踪自由块126

4.3文件的页组织127

4.3.1堆文件127

4.3.2排序文件128

4.3.3索引文件129

4.4页表示格式130

4.4.1定长记录130

4.4.2变长记录130

4.5记录表示格式132

4.5.1定长记录的字段表示133

4.5.2变长记录的字段表示133

4.5.3跨页记录管理技术134

4.5.4巨型字段／对象管理技术135

4.5.5指针字段管理技术——指针混写136

4.6DB元信息及其存储管理137

4.7缓冲区管理138

4.7.1DB缓冲池与缓冲区管理器138

4.7.2缓冲区置换策略139

4.7.3DBMS与OS的缓冲区管理对比140

习题4141

第5章 数据库索引技术143

5.1几种文件组织方式的特性对比分析143

5.1.1文件的记录组织方式143

5.1.2各种文件组织方式的特性分析144

5.2索引技术基础146

5.2.1索引技术综述146

5.2.2顺序索引及其特性147

5.2.3创建索引语句150

5.3B＋树索引150

5.3.1B＋树概述150

5.3.2B＋树操作151

5.3.3B＋树的效率与实用化156

5.4散列索引160

5.4.1静态散列存储表160

5.4.2可扩展的动态散列161

5.4.3线性散列163

5.5位图索引166

5.5.1位图索引的结构166

5.5.2位图索引的应用167

5.5.3压缩位图167

5.5.4压缩位图的游程解码操作168

5.5.5位图索引的维护169

5.6多维空间索引169

5.6.1多维空间索引技术综述169

5.6.2网格文件176

5.6.3R树179

5.6.4k-d树与四叉树181

习题5183

第6章 关系操作符赋值189

6.1外部排序190

6.1.1一种简单的两路归并排序190

6.1.2多路归并排序191

6.1.3两阶段多路归并排序192

6.1.4最小化外部排序时间193

6.2关系操作符赋值实现基础195

6.2.1关系操作符赋值实现的三个基本操作195

6.2.2存取路径195

6.2.3代价计算模型196

6.2.4关系操作符赋值的实现算法分类196

6.2.5迭代器技术197

6.2.6主存散列表技术198

6.2.7本章查询用例说明199

6.3RDBMS系统的目录信息200

6.3.1存储在DB系统目录中的信息200

6.3.2DB系统目录组织结构201

6.4选择操作符赋值201

6.4.1简单扫描方法202

6.4.2利用排序特性进行选择赋值202

6.4.3利用索引进行选择赋值202

6.4.4一般的选择条件处理204

6.5投影与消除重复操作赋值206

6.5.1基于排序实现消除重复投影206

6.5.2基于散列实现消除重复投影207

6.5.3排序与散列算法比较207

6.5.4利用索引来执行消除重复投影208

6.6连接操作赋值208

6.6.1嵌套循环连接208

6.6.2基于索引的嵌套循环连接210

6.6.3排序-归并连接211

6.6.4散列连接213

6.6.5一般连接条件处理215

6.7集合操作的赋值实现216

6.7.1集合操作一趟实现算法216

6.7.2包运算的一趟实现算法217

6.7.3实现集合并与集合差的两趟算法218

6.8聚合操作符的赋值实现218

6.9各类代数操作符赋值实现小结219

6.9.1缓冲区的影响219

6.9.2各类代数操作符赋值实现小结220

习题6221

第7章 查询处理与优化223

7.1查询处理简介223

7.1.1查询预编译简介224

7.1.2从语法树生成初步的逻辑查询计划225

7.1.3将查询基本块转化为关系代数表达式226

7.2查询优化综述227

7.2.1查询赋值计划227

7.2.2流水线赋值228

7.2.3操作符的迭代器接口与存取方法229

7.2.4IBM System R优化器229

7.3关系代数等价规则229

7.3.1选择230

7.3.2投影230

7.3.3叉积与连接230

7.3.4选择、投影和连接230

7.3.5其他等价规则231

7.4基于等价和启发式规则的查询优化231

7.4.1下推选择与下推投影231

7.4.2利用索引改进计划233

7.5作为中间结果的操作符输出大小估计234

7.5.1选择输出的大小估计235

7.5.2连接大小的估计236

7.5.3消除重复操作的大小估计238

7.5.4其他操作符的结果大小估计238

7.6基于代价的枚举与优化238

7.6.1枚举候选计划239

7.6.2单关系查询优化240

7.6.3多关系查询优化242

7.7处理嵌入子查询247

7.8Oracle优化器简介249

7.8.1基于规则的优化器249

7.8.2Oracle基于代价的优化器250

7.8.3如何设定Oracle优化器的工作模式251

7.9查询处理小结252

习题7253

第8章 事务并发控制256

8.1事务并发执行管理概述256

8.1.1事务的概念与基本特性256

8.1.2调度的基本概念257

8.1.3事务的并发执行258

8.1.4优先图260

8.1.5视可串行化260

8.2基于封锁的并发控制261

8.2.1严格两阶段封锁协议261

8.2.2一般两阶段封锁协议262

8.2.3封锁管理263

8.3死锁及其处理265

8.3.1预防死锁266

8.3.2死锁检测266

8.3.3基于封锁的并发控制性能268

8.4扩展封锁处理技术269

8.4.1动态数据库与幻象问题269

8.4.2B＋树的并发控制270

8.4.3多粒度封锁272

8.5基于优化的并发控制273

8.5.1基于有效确认的并发控制273

8.5.2基于时间戳的并发控制275

8.5.3三种并发机制比较278

8.6SQL-92的事务支持279

8.6.1事务的基本特征279

8.6.2事务与约束280

习题8282

第9章 数据库恢复技术284

9.1DB恢复问题及其处理概述284

9.1.1故障类型284

9.1.2故障恢复策略285

9.1.3数据存取的有关概念286

9.1.4事务写操作相关问题286

9.2数据库日志288

9.2.1日志技术概述288

9.2.2基于WAL规则的日志289

9.2.3检查点技术289

9.3ARIES日志管理技术290

9.3.1ARIES简介290

9.3.2ARIES的检查点记录294

9.4基于ARIES日志的系统崩溃恢复294

9.4.1分析阶段295

9.4.2Redo阶段297

9.4.3Undo阶段298

9.4.4重启时再次崩溃处理299

9.4.5其他相关算法以及ARIES的并发控制特性300

9.5转储备份与恢复301

9.5.1静态转储与动态转储301

9.5.2利用检查点的备份恢复301

9.6再论脏读与回滚管理302

9.6.1读未提交数据的事务302

9.6.2回滚管理304

习题9305

第3部分 对象数据库和Web数据库311

第10章 对象数据库311

10.1关系数据库的局限性311

10.2面向对象数据模型312

10.2.1对象模型概述312

10.2.2对象313

10.2.3直接量315

10.2.4对象类型316

10.2.5继承318

10.2.6数据库操作320

10.2.7封锁和并发控制321

10.2.8事务模型321

10.3对象定义语言321

10.4对象查询语言323

10.4.1OQL综述323

10.4.2OQL语言简介325

10.5C++语言绑定与OODBMS实现331

10.5.1OODBMS概述332

10.5.2C++语言绑定综述333

10.5.3C++ODL337

10.5.4C++OML340

10.5.5C++OQL343

10.6对象-关系数据库系统344

10.6.1嵌套关系表345

10.6.2复杂数据类型346

10.6.3继承348

10.6.4引用类型349

10.6.5复杂类型查询351

10.6.6函数、过程和方法352

10.6.7ADT及其封装353

10.6.8新型关系数据库354

10.6.9实现ORDBMSS面临的一些新挑战358

10.7OODBMSS与ORDBMSS对比361

习题10362

第11章 Web数据库365

11.1Web技术366

11.1.1HTML366

11.1.2HTTP协议368

11.2数据库与Web369

11.2.1基于Web的数据库应用体系结构370

11.2.2服务API与应用服务器371

11.2.3服务器侧处理技术373

11.3XML技术375

11.3.1XML文档375

11.3.2XML约束376

11.3.3XML数据模型378

11.3.4XML查询语言380

11.4基于关键字的文本搜索381

11.4.1倒排文件382

11.4.2签名索引文件383

11.5基于分级排序的网页搜索383

习题11385

第4部分 其他高级主题部分389

第12章 数据仓库与决策支持系统389

12.1数据仓库技术概述389

12.1.1决策支持查询的新特征389

12.1.2支持决策支持查询的系统类型390

12.1.3数据仓库390

12.2OLAP391

12.2.1多维数据模型391

12.2.2OLAP查询393

12.2.3与SQL操作比较394

12.2.4统计数据库395

12.2.5OLAP设计395

12.3OLAP的实现技术396

12.3.1位图索引396

12.3.2连接索引396

12.3.3文件组织397

12.3.4其他OLAP实现问题397

12.4视图与决策支持系统398

12.4.1视图、OLAP和DW398

12.4.2改写基于视图的查询398

12.4.3视图物化399

12.4.4视图物化相关问题399

12.5快速返回部分查询结果400

12.5.1TOP N查询400

12.5.2在线汇总401

习题12402

第13章 数据挖掘404

13.1数据挖掘综述404

13.2数据关联模式405

13.2.1频繁项集405

13.2.2冰川查询407

13.2.3挖掘关联规则408

13.3决策树409

13.3.1决策树与分类规则409

13.3.2构造决策树算法410

13.4聚类413

13.4.1几种典型的聚类方法414

13.4.2BIRCH聚类算法415

13.5基于序列的相似搜索415

13.5.1数据序列及其相似度定义415

13.5.2一种发现相似序列的算法416

习题13416

第14章 演绎数据库418

14.1递归查询418

14.2演绎数据库理论基础421

14.2.1最小模型语义422

14.2.2安全Datalog程序423

14.2.3不动点操作423

14.2.4最小模型与不动点模型关系424

14.3含否定的递归查询424

14.3.1范围限制与否定425

14.3.2分层概念425

14.3.3聚合操作426

14.4有效赋值递归查询427

14.4.1没有重复推导的不动点赋值428

14.4.2魔集算法428

习题14430

参考文献431