本书以理论讲解和实际应用相结合的编写理念，介绍了数据、信息、知识、智能之间的关系，主要包括数据库系统的基础篇、使用篇、智能管理篇和智能应用篇，较全面地介绍了数据库基本概念和体系结构、数据库前沿技术发展、关系数据库理论、数据库管理系统配置、各种常用数据库对象的创建和管理、存储过程、自定义函数和触发器的程序设计、智能安全管理机制、数据库备份和恢复策略、基于云管理的数据库系统应用开发，并给出了详细的实例讲解及运行结果。
  本书以基于云管理的无人驾驶园区智能交互系统为例，介绍其数据库系统设计与开发过程，并贯穿全书始终。同时紧密围绕智能时代特点，介绍了数据库相关领域的前沿技术发展，如大数据技术、云数据库、搜索引擎技术等，内容翔实、可操作性强，并配有 PPT和学习案例等资源，便于学习者巩固知识。
  本书适合作为计算机科学与技术、软件工程、智能科学与技术、人工智能等相关专业本科生、研究生的数据库类课程的教材，也可供相关技术人员学习参考。

随着智能时代到来，对海量数据的存储、云管理与智能化信息处理变得越来越重要，人们希望能有效地组织、管理、存储和使用这些数据信息，并对其进行有效的分析和数据挖掘，合理呈现数据内容，从而创造新的价值。随着各高校计算机科学与技术、软件工程等专业教学改革以及人工智能等专业的申报获批，对数据库系统的使用和智能化管理被列入重要的专业课程教学内容。本书主要涵盖四篇，分别为数据库系统基础篇、数据库系统使用篇、数据库系统智能管理篇和数据库系统智能应用篇，系统介绍了数据库的基本概念和知识、前沿技术发展，以 Microsoft SQL Server 为例进行系统配置、各种常用数据库对象的创建和管理、数据库程序设计、智能化安全设置、备份与恢复策略、基于 MVC 的云管理数据库系统设计与开发过程。编者以主持开发的基于云管理的无人驾驶园区智能交互系统中数据库分析、设计和开发为例，将科研项目的实际应用转变为教学案例，在各章节进行详细讲解，给出了详尽的实例及操作过程，我们编写本书，希望能满足广大师生学习工科数据库类课程时对专业理论结合实际工程项目技术的需求。
本书内容
第一篇，数据库系统基础篇：主要介绍数据库系统的基本概念、数据和数据模型、关系数据库的特点和理论、数据库体系结构、前沿技术发展、关系数据库理论等。
第二篇，数据库系统使用篇：以 Microsoft SQL Server 为例，介绍数据库的结构特点及安装配置过程、数据库使用与管理、数据类型、数据表使用与管理、索引的创新、数据完整性约束、Transact-SQL 简单查询与高级查询、视图的创建与应用意义。
第三篇，数据库系统智能管理篇：介绍数据库系统存储过程、自定义函数和触发器的程序设计、智能安全管理机制、身份验证模式、角色的使用及权限管理、数据库备份设备的创建、备份和恢复操作、备份恢复综合策略设计。
第四篇，数据库系统智能应用篇：主要介绍云数据的发展和特点、基于 MVC 架构的应用系统设计，以基于云管理的无人驾驶园区智能交互系统为例介绍云数据库系统设计与开发过程。
本书特色
本书内容充实，层次清晰，既有大量应用实例分析，又有丰富的操作插图，具有如下特点：
（1）紧密围绕智能时代特点，介绍数据库相关领域的前沿技术发展，涉及大数据技术、云数据库、搜索引擎技术等。
（2）以基于关系型数据库领域的软件—微软家族的 SQL Server 为数据库开发及应用环境，可满足各种类型的用户和不同软件供应商的要求。
（3）采用 Python、Django 开发框架进行应用系统的开发。
（4）理论内容参考了国内外大量数据库系统经典书籍，知识点翔实。
（5）实践部分以实验实例的方式进行设计，具有上手操作容易、深入浅出的特点。
（6）教学内容紧密结合实际应用，以基于云管理的无人驾驶园区智能交互系统的数据库
设计与应用为教学案例贯穿始终，介绍了数据库系统的开发、管理及其应用设计的全过程。
教学建议
本书的教学学时分配建议如下：
篇 章节 学时分配
讲课 实验
第 1 篇数据库系统基础篇
第 1 章数据库系统概述 2
第 2 章关系数据库 2
第 3 章关系数据库理论 2 2
第 2 篇数据库系统使用篇
第 4 章Microsoft SQL Server 概述 2 2
第 5 章数据库使用与管理 2 2
第 6 章数据表使用与管理 4 2
第 7 章Transact-SQL 查询 4 4
第 8 章视图 2 2
第 3 篇数据库系统智能管理篇
第 9 章数据库系统程序设计 4 4
第 10 章数据库系统安全管理 4 2
第 11 章数据库系统备份与恢复 4 2
第 4 篇数据库系统智能应用篇 第 12 章云端数据库智能应用与管理 6 4
学时合计 38 26
本书各章均配有习题，大部分章节配有较翔实的实验指导，帮助读者在学习完本章内容再进行复习，并通过各实验环节进行实践，加深理解。本书适合作为高等院校计算机科学与技术、软件工程、智能科学与技术、人工智能等工科专业本科生、研究生的数据库应用课程教材，也可作为从事智能系统分析、云数据库设计与开发等相关技术人员的专业参考书。
本书由北京工业大学马楠教授任主编，并负责全书的主审、定稿，北京联合大学商新娜副教授任副主编。第 1、2 章由马楠编写；第 3~8、10 章由马楠、商新娜、吴祉璇、刘畅、穆尧、陈光、徐成、汪成共同编写；第 9、11、12 章由马楠、吴祉璇共同编写。张欢、徐歆恺、张冰峰、陈阳、关蕊等负责部分文字整理等工作。
本书的编写得到了中国工程院院士、中国人工智能学会名誉理事长李德毅院士，中国工程院院士、中国人工智能学会理事长、清华大学信息学院院长戴琼海院士的悉心指导和帮助，在此表示最衷心的谢意，同时感谢中国铁道出版社有限公司提供了大力支持。
本书部分内容得到国家自然科学基金面上项目“无人车多视视频信息获取与定位关键技术”（项目编号：61871038）和北京市自然科学基金面上项目“面向无人驾驶的复杂场景行为识别”（项目编号：4222025）的资助。
感谢为此书付出辛苦的老师和同学们。由于数据库技术在智能时代不断发展，书中难免存在不妥之处，恳请广大读者批评指正。
编者
2022 年 10 月

第 1 篇数据库系统基础篇
第 1 章数据库系统概述  2
1.1数据和数据管理.. 2
1.1.1数据和信息. 2
1.1.2数据处理和数据管理. 3
1.2数据模型. 5
1.2.1数据模型的概念 5
1.2.2数据模型的组成要素. 5
1.2.3数据模型的分类 6
1.3数据库系统 8
1.3.1数据库系统的概念.. 8
1.3.2数据库系统的组成.. 9
1.4数据库体系结构.. 9
1.4.1数据库系统的三级模式结构 9
1.4.2数据库系统的两级映射功能和数据独立性 10
1.4.3数据库外部的体系结构.. 10
1.5数据库前沿技术发展.. 13
1.5.1数据库技术的发展 13
1.5.2数据仓库与数据挖掘.. 14
1.5.3大数据技术及应用 17
1.5.4搜索引擎技术发展 18
小结.. 21
习题.. 22
本章参考文献 22
第 2 章关系数据库.. 24
2.1关系模型.. 24
2.1.1关系模型数据结构与形式化定义.. 24
2.1.2关系模式、关系子模式和存储模式.. 26
2.2关系模型完整性 26
2.3关系代数运算 27
2.3.1关系代数概述. 27
2.3.2传统的集合运算. 28
2.3.3专门的关系运算. 28
2.4关系数据库设计方法及步骤 30
2.4.1数据库设计概述. 31
2.4.2数据库需求设计. 33
2.4.3数据库结构设计. 35
2.4.4数据库实施.. 41
2.4.5数据库的运行和维护.. 42
2.5关系数据库特点 43
小结.. 43
习题.. 44
本章参考文献 44
第 3 章关系数据库理论 . 45
3.1规范化问题的提出.. 45
3.2函数依赖.. 46
3.2.1函数依赖的定义. 46
3.2.2函数依赖的推理规则.. 46
3.2.3平凡函数依赖和非平凡函数依赖.. 47
3.2.4完全函数依赖与部分函数依赖 47
3.2.5传递函数依赖. 47
3.3关系模式的码 47
3.4关系模式的范式 48
3.4.1第一范式.. 48
3.4.2第二范式.. 48
3.4.3第三范式.. 48
3.4.4BCNF 范式.. 49
3.4.5多值依赖与第四范式.. 50
3.5关系模式的规范化.. 50
3.5.1关系模式规范化的目的和原则 50
3.5.2关系模式规范化的步骤.. 51
3.5.3关系模式规范化的要求.. 51
小结.. 51
习题.. 52
本章参考文献 52
第 2 篇数据库系统使用篇
第 4 章Microsoft SQL Server 概述  54
4.1SQL Server 的发展过程.. 55
4.2SQL Server 产品介绍 55
4.2.1SQL Server 的特征与新增功能. 55
4.2.2SQL Server 不同版本介绍 57
4.3安装 SQL Server. 58
4.3.1安装 SQL Server 的硬件配置需求 58
4.3.2对 Windows 操作系统版本的要求 59
4.3.3安装 SQL Server 的软件要求. 59
4.3.4SQL Server 2019 的安装. 59
小结.. 63
习题.. 63
实验 1：安装 Microsoft SQL Server. 63
本章参考文献 63
第 5 章 数据库使用与管理 .. 65
5.1SQL Server 数据库结构.. 65
5.1.1文件和文件组. 65
5.1.2页和盘区.. 68
5.1.3事务日志.. 69
5.2创建与管理 SQL Server 数据库 70
5.2.1创建数据库.. 70
5.2.2查看数据库信息. 75
5.2.3数据库收缩.. 77
5.2.4数据库重命名. 78
5.2.5删除数据库 . 79
5.2.6优化数据库.. 79
5.3设置数据库选项 79
5.3.1使用 Transact-SQL 语言设置数据库选项 79
5.3.2使用 SQL Server Management Studio 设置数据库选项 80
小结.. 81
习题.. 81
实验 2：创建和管理 SQL Server 数据库. 82
本章参考文献 84
第 6 章数据表使用与管理 . 85
6.1字段数据类型 85
6.1.1字符型数据类型. 85
6.1.2数字型数据类型. 86
6.1.3二进制型数据类型 86
6.1.4时间 / 日期型数据类型 87
6.1.5货币型数据类型. 88
6.1.6Unicode 数据类型 88
6.1.7特殊数据类型（时间戳、大值、系统视图 systypes 和 types） 88
6.1.8自定义数据类型. 89
6.2数据表操作. 91
6.2.1创建表 91
6.2.2修改表结构.. 97
6.2.3表的重命名.. 99
6.2.4删除表  100
6.2.5查看表属性 101
6.3添加、修改和删除表记录. 102
6.3.1使用 Transact-SQL 语言添加、修改、删除表记录.. 102
6.3.2使用 SQL Server Management Studio 添加、修改、删除表记录. 104
6.4索引的创建与管理 104
6.4.1SQL Server 索引概述.. 104
6.4.2索引分类 106
6.4.3创建索引 108
6.5实现数据完整性约束 112
6.5.1实现数据完整性约束的对象.. 112
6.5.2数据完整性约束的类型 113
6.5.3使用约束实现数据完整性.. 113
小结 126
习题 126
实验 3：创建和维护 SQL Server 数据表.. 126
实验 4：设计和实现数据完整性 129
本章参考文献. 131
第 7 章Transact-SQL 查询..132
7.1SELECT 语句概述 132
7.2WHERE 子句.. 136
7.2.1使用比较运算符.. 136
7.2.2使用逻辑运算符组合条件.. 137
7.2.3使用范围查询条件. 137
7.2.4使用模式匹配查询条件 139
7.2.5使用 IS NULL 条件 140
7.3使用 ORDER BY 进行数据排序. 141
7.4使用聚集函数实现汇总结果查询 141
7.4.1常用聚集函数介绍. 141
7.4.2聚集函数查询实例. 142
7.5使用 Transact-SQL 进行高级查询.. 142
7.5.1GROUP BY 子句实现对查询结果分组 142
7.5.2使用 UNION 子句合并查询结果. 144
7.5.3使用联接进行多表查询 145
7.5.4嵌套查询 148
7.5.5使用 IN 或 NOT IN. 148
7.5.6使用 EXISTS 或 NOT EXISTS 关键字. 150
7.5.7使用 any 或 all. 150
小结 152
习题 152
实验 5：数据表查询 153
本章参考文献. 154
第 8 章视图 .155
8.1视图的概念及特点 155
8.2设计不同类型的视图 157
8.2.1创建视图的原则.. 157
8.2.2创建视图 158
8.3查看视图信息. 161
8.4修改视图定义. 164
8.5重命名、修改与删除编辑视图 165
8.5.1重命名视图 165
8.5.2修改视图 165
8.5.3删除视图 166
8.6对视图数据操作. 167
8.7使用视图加强数据安全性. 169
小结 169
习题 170
实验 6：视图的创建与管理. 170
本章参考文献. 171
第 3 篇数据库系统智能管理篇
第 9 章数据库系统程序设计174
9.1存储过程 174
9.2自定义函数.. 178
9.3触发器 182
小结 184
习题 185
实验 7：数据库程序设计.. 185
本章参考文献. 188
第 10 章 数据库系统安全管理 ..190
10.1数据库系统安全性智能管理机制. 190
10.2SQL Server 的身份验证. 192
10.2.1Windows 与 SQL Server 身份验证模式 192
10.2.2选择身份验证模式.. 192
10.3用户登录账户管理. 194
10.3.1用 Windows 组或用户账户登录 SQL Server 数据库管理系统.. 194
10.3.2用 SQL Server 登录账户登录 SQL Server 数据库管理系统.. 195
10.3.3授权用户登录账户访问数据库.. 197
10.4角色. 198
10.4.1固定服务器角色 199
10.4.2固定数据库角色 201
10.4.3设置用户自定义数据库角色 203
10.4.4设置应用程序角色.. 205
10.5权限. 206
10.5.1权限概述. 206
10.5.2权限的状态描述 207
10.5.3使用 Transact-SQL 管理权限 . 208
10.5.4使用 SQL Server Management Studio 管理权限 .. 209
小结 210
习题 210
实验 8：数据库安全性管理. 210
本章参考文献. 214
第 11 章 数据库系统备份与恢复 ..215
11.1数据库备份概念.. 215
11.1.1数据库备份的重要性. 216
11.1.2数据库备份策略 217
11.2数据库备份设备.. 218
11.2.1磁盘备份设备 218
11.2.2物理备份设备和逻辑备份设备.. 218
11.2.3创建永久备份设备.. 219
11.2.4管理备份设备 220
11.3执行数据库备份与恢复 221
11.3.1数据库备份概述 221
11.3.2数据库备份操作 225
11.3.3数据库恢复模式概述. 230
11.3.4数据库恢复操作 231
11.4数据库备份和恢复综合规划方案. 235
11.5并发控制与封锁.. 236
小结 236
习题 237
实验 9：数据库的备份和恢复 237
本章参考文献. 241
第 4 篇数据库系统智能应用篇
第 12 章云端数据库智能应用与管理
12.1云数据库概述.. 244
12.2SQL Server 的云功能.. 247
12.2.1创建 SQL Server 实例.. 247
12.2.2SQL Server 云功能 248
12.3基于 MVC 架构的系统概述 251
12.3.1MVC 架构 251
12.3.2基于 Django 的 MVC 设计模式系统基础创建 251
12.3.3基于 Django 的 MVC 设计模式系统之 Model 256
12.3.4基于 Django 的 MVC 设计模式系统之 View.. 257
12.3.5基于 Django 的 MVC 设计模式系统之 Controller 258
12.4基于云管理的无人驾驶园区智能交互系统. 259
12.4.1基于云管理的无人驾驶园区智能交互系统分析. 259
12.4.2基于云管理的无人驾驶园区智能交互系统数据库概念模型. 261
12.4.3基于云管理的无人驾驶园区智能交互系统数据库逻辑结构设计.. 261
12.4.4基于云管理的无人驾驶园区智能交互系统数据库表 262
12.4.5基于云管理的无人驾驶园区智能交互系统实现. 264
小结 272
习题 273
实验 10：基于 MVC 架构的无人驾驶车辆管理与约车系统设计 273
本章参考文献. 274
附录基于云管理的无人驾驶园区智能交互系统数据库.276

马楠，博士，教授，北京市中青年骨干教师，北京工业大学，硕士研究生导师，中国人工智能学会智能交互专委会副秘书长、教育工委会常务委员，中国计算机学会高级会员、《智能系统学报》编委委员，研究方向为知识发现与智能系统、交互认知，主讲《数据库系统》、《软件工程》、《智能交互技术》等课程。先后主持国家自然基金重点项目合作项目、面上项目、青年项目和北京市自然科学基金面上项目；主持并完成市教委课题1项；与北汽集团等企业合作并主持课题“北京水上公园无人驾驶示范运营项目-交互系统软件开发”、“智能汽车及路网可视化仿真交互系统”等4项。担任北京联合大学李德毅院士无人车团队智能交互组负责人，已在国内外重要学术期刊、国际学术会议上发表论文30余篇；被SCI/EI检索20余篇；出版专著一部；是ICMIC 2011、NISS2013、ICIIP2013、ICESD2017、CIS2017/2018/2019等国际会议程序委员会委员；编写教材4部，其中《智能交互技术与应用》为产教合作教材，另两部为国家级规划教材副主编；取得职务发明专利6项；软件著作权多项；在中国大学MOOC开课《智能交互技术》；作为骨干参加教学改革项目先后获得北京市教学成果一等奖和二等奖、校级教学成果一等奖等。

本书适合作为计算机科学与技术、软件工程、智能科学与技术、人工智能等相关专业本科生、研究生的数据库类课程的教材，也可供相关技术人员学习参考。