生物信息学大实验指导书 （第一版）生物信息学院生物信息学教学部版权所有2009.1目 录前 言3实验须知4一、 基础篇数据库实验6实验一 SQL Server 2000的应用基础安装与设置6实验二 SQL Server 2000的应用基础企业管理器与查询分析器23实验三 数据库设计与构建ER建模28实验四 数据库设计与构建数据库的定义30实验五 数据库设计与构建数据库的建立和维护实验38实验六 数据库查询操作实验41实验七 数据库的视图和图表的定义及使用实验45实验八 数据完整性和数据安全性实验54实验九 数据库备份和恢复实验68二、 基础篇Java开发平台的eclipse应用基础74实验一 eclipse基本操作安装配置、工程建立与代码编写74实验二 eclipse基本操作包和接口等建立、工程的构建以及代码的自动完成和修订96实验三 eclipse基本操作jave调试、智能纠错和异常处理98实验四 eclipse高级操作重构100实验五 eclipse高级操作常用技巧103实验六 eclipse高级操作插件安装105三、高级篇生物信息可视化技术基础和数据挖掘107实验一 可视化技术基础窗口技术107实验二 可视化技术基础图形绘制110实验三 Pcr电泳图像的加载显示112实验四 Pcr电泳图像的灰度直方图117实验五 电泳图像的二值变换120实验六 Pcr电泳图像的分析技术基础124实验七 基于Clementine数据挖掘方法神经网络128实验八 基于Clementine数据挖掘方法关联分析130实验九 基于Clementine数据挖掘方法决策树分析131实验十 基于Clementine数据挖掘方法聚类分析132前 言实验教学是理工科院校三大教学环节之一，通过实验不仅可以巩固、加深对基础理论知识的理解，而且可以培养学生独立分析问题、解决问题的能力和严谨的工作作风，以适应未来工作的需要。由于知识更新周期大大地缩短，为了顺应生物信息学学科的快速发展，必须深化教学改革，加强实践性教学环节，加强对学生动手能力的培养。结合本专业要求，以及实验独立设课的特点，我们编写这本教材时加强了现代数据库技术、计算机技术和信息处理技术在生物信息学中的应用，注重实验内容的典型性、实用性、设计性和新颖性。力求在原理阐述上深入浅出，通过对MS SQL server, eclipse、Clementine和生物信息学网络数据库与分析工具等综合运用和pcr图像处理、java窗口与可视化、生物信息学算法等程序编写，达到学生分析问题和解决实际问题的能力等实践技能培养。本书在编写过程中参考了许多同行的研究成果，编者在此表示感谢。由于编者水平有限和时间仓促，难免有不足之处，希望读者提出宝贵意见，批评指正。 编 者2009年1月实验须知一、学生实验守则实验教学是对学生进行最佳智能结构培养的必要教学环节，也是培养合格人才的重要环节。学生应通过科学实验努力培养自己的独立工作能力、动手能力、观察能力、分析能力和创造能力；培养严肃认真的科学态度，理论联系实际和求真务实的作风；努力通过实验教学深化对所学理论知识的认识。为了严肃认真地完成教学所规定的全部任务，特作如下规定，必须认真执行。1 实验前认真预习，经指导教师质疑不合格者不应盲目进行实验操作。2 学生在实验室工作必须严肃认真、提倡创新，听从教师指导。严格按操作规程进行操作，认真观察分析实验现象，如实记录实验数据，不得捏造数据或抄袭他人结果。3 不得迟到，保持环境安静、整洁，严禁吸烟、随地吐痰和丢弃垃圾废弃物。4 爱护公共财物，未经许可，不得随意动用别组的仪器、工具、材料。损坏公物，照价赔偿。5 注意安全，如遇异常情况，应立即切断电源、熄灭火源、关闭水源，防止事故蔓延扩大。并保持现场，及时报告指导老师作好善后处理。6 实验结束，应切断仪器电源、数据交教师评阅合格后，整理好仪器设备、工具、器材、桌椅等。7 认真完成实验报告，按时交指导教师评阅。二、 实验报告要求实验报告是实验工作的全面总结和最终成果，要能完整和真实地反映实验结果。编写实验报告也是一种基本训练，必须以严肃认真的态度来对待。撰写实验报告要遵守一定的规范和要求。实验报告应书写简洁、文理通顺、数据、图表齐全。报告主要内容应包括： 1 有设计性的实验先要作好预设计工作。2 实验名称。3 实验目的。4 实验设备与器件。（实际使用的设备、器件名称及型号）5 对设计性的实验，要求有设计的整个过程。6 记录实验数据，填写表格、程序运行结果要截图，程序要写出关键代码及其解释说明，由指导教师签字，否则实验无效。7 故障现象、分析及解决方案。原始数据不能代替报告数据。实验报告没有按时上交及报告中的原始数据没有指导教师签字或伪造指导教师签字，都无效。一、 基础篇数据库实验实验一 SQL Server 2000的应用基础安装与设置【实验目的】1掌握SQL Server服务器的安装。2对数据库及其对象有一个基本了解。【实验器材】计算机，SQL Server 2000：【实验内容】了解SQL Server各种版本安装的软、硬件要求。了解SQL Server支持的身份验证模式。了解SQL Server各组件的主要功能。对数据库、表和数据库对象有一个基本了解。安装SQL Server 2000 根据软硬件环境，选择一个合适版本的 SQL Server 2000。SQL Server 2000是微软公司开发的大型数据库服务器，其性能指标在各方面都有赶超Oracle数据库的趋势。有了强大的性能和功能支持，再配合其一向为人称道的易用性，SQL Server可以说成为了开发者手中的一柄利器！另外，目前国内的一些关于微软平台的数据库编程教程，喜欢使用Access作为数据库平台的案例，并展开相关的内容。这其实对于开发真正的数据库应用并没有直接的帮助作用，只能使大家停留在应用的初级阶段。SQL Server 2000提供的非常傻瓜的缺省安装和使用模式，其上手难度并不比Access大。另外，SQL Server 2000可以兼顾小、中、大规模的应用，有着远远比Access强大的伸缩性。因此，建议大家不如一步到位，直接从高起点开始，这对于持续发展个人技能也是很有好处的。一、服务器组件SQL Server 2000由两个部分组成：服务器组件和客户端工具。1. 内容：SQL Server的服务器组件是以 Windows 服务（Windows Services）方式运行的。一般认为SQL Server包含四种Windows服务（这里我们关注OLTP、暂时不考虑 OLAP），分别是：MSSqlServer、DTCDistributed Transaction Coordinator、SQLServerAgent、Search Service。MSSqlServer 是最常用的服务，一般的数据库功能都是由它提供的，例如文件管理、查询处理、数据存储等；DTC是分布式事务协调器，支持跨越两个或多个服务器的更新操作来保证事务的完整性；SQLServerAgent负责SQL Server 自动化工作，如果需要SQL Server 在指定时间执行某一个存储过程，就需要用到这个服务了；Search Service是全文查询服务，负责全文检索方面的工作。2. 一分为四的理由：现在我们知道了 SQL Server 的核心是四个服务器组件，它们是以 Windows 服务的形式运行的。为什么服务器组件以 Windows 服务方式运行?为什么需要把完整的系统分割成四个服务器组件? 之所以把SQL Server服务器组件作为Windows服务程序，主要是因为Windows 服务程序能够在用户没有登录的情况下使用。 之所以把SQL Server的核心功能分为四个Windows 服务程序，主要是考虑了以下因素：这些Windows 服务程序各自负担的任务功能上是可分割的，这是前提条件；不是每个应用都需要使用四个服务所提供的所有功能，让用户有选择的关闭一些服务，无疑可以节省系统的资源，也可以节省用户花在管理上的精力；最后，分开成为多个服务程序，就可以为每一个服务设定操作系统级的安全策略。二、客户端工具SQL Server 2000 的核心是上文讨论的那些服务器组件，但用户直接接触的却不是它们（虽然真正干活的是它们），而是客户端工具。服务器组件是引擎，客户端工具是用户界面，两者是相辅相成的。让我们看看SQL Server 2000 的客户端工具到底有哪些企业管理器、查询分析器、事件探查器、服务管理器、客户端网络实用工具、服务器网络实用工具、导入和导出数据（DTS）等等。服务器组件与客户端工具功能上是配套的，客户端工具需要用最简单的形式表达最丰富的服务器组件的功能；服务器组件和客户端工具物理上是离散的，客户端工具要与服务器组件连通，需要一些用于通讯的动态链接库，SQL Server 2000 的通讯库支持多种网络协议，例如TCP/IP、命名管道等。说到这里问题就很清楚了：只要客户端工具与服务器组件与功能上是配套（兼容）的，就可以通过一定的协议连接，所以我们只要在自己的机器上装一套客户端工具，就可以连接世界各地的SQL Server 服务器，当然这需要对方开放足够的权限。提示：安装 SQL Server 2000 实际上就是安装服务器组件和客户端工具。当然，我们可以选择同时安装服务器组件和客户端工具，或者只安装其中的一个，甚至只选择安装更少的东西。三、 SQL Server 2000各版本的区别 SQL Server 2000有很多版本：企业版、开发版、标准版、个人版等。每一个版本包含的客户端工具基本上是一样的，而服务器组件可能有些不同。SQL Server 2000 企业版作为生产数据库服务器使用。支持 SQL Server 2000 中的所有可用功能，并可根据支持最大的 Web 站点和企业联机事务处理 (OLTP) 及数据仓库系统所需的性能水平进行伸缩。SQL Server 2000 标准版作为小工作组或部门的数据库服务器使用。SQL Server 2000 个人版供移动的用户使用，这些用户有时从网络上断开，但所运行的应用程序需要 SQL Server 数据存储。在客户端计算机上运行需要本地 SQL Server 数据存储的独立应用程序时也使用个人版。SQL Server 2000 开发版供程序员用来开发将 SQL Server 2000 用作数据存储的应用程序。虽然开发版支持企业版的所有功能，使开发人员能够编写和测试可使用这些功能的应用程序，但是只能将开发版作为开发和测试系统使用，不能作为生产服务器使用。所以在安装 SQL Server 之前必须参考“操作系统和SQL Server”版本兼容表，根据操作系统选择合适的 SQL Server 版本。四、关于实例在开始安装SQL Server之前，还