數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用 習題及答案匯 孟凡榮 第1-6章

習題一1.1名詞解釋數(shù)據(jù)庫(DB)：在計算機的存儲設(shè)備上合理存放、相關(guān)聯(lián)、有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)：在計算機系統(tǒng)中引進數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)后的組成?；蛘呤菍崿F(xiàn)有組織地、動態(tài)地存儲大量相關(guān)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，方便用戶使用數(shù)據(jù)庫的計算機軟件、硬件資源組成的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)：一個操縱和管理數(shù)據(jù)庫的大型軟件，它由一組計算機程序構(gòu)成。它是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。數(shù)據(jù)模型：現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)與信息的模擬和抽象。概念數(shù)據(jù)模型：簡稱概念模型，是獨立于計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，完全不涉及信息在計算機中的表示，是面向數(shù)據(jù)庫用戶的現(xiàn)實世界模型，主要用來描述現(xiàn)實世界的概念化結(jié)構(gòu)。一對一聯(lián)系：設(shè)有兩個實體集A、B，如果對于實體集A中的每一個實體，B中至多有一個實體與之有聯(lián)系，反之亦然，則稱A、B有一對一聯(lián)系（1：1聯(lián)系）。一對多聯(lián)系：設(shè)有兩個實體集A、B，若A中每個實體與B中任意個實體（包括零個）相聯(lián)系，而B中每個實體至多和A中一個實體有聯(lián)系，則稱A和B是一對多聯(lián)系（1：n聯(lián)系）。多對多聯(lián)系：設(shè)有兩個實體集A、B，若兩個實體集A、B中的每一個實體都和另一個實體集中任意個實體（包括零個）有聯(lián)系，則稱A、B是多對多聯(lián)系（m：n聯(lián)系）。層次模型：層次模型是按照樹狀（層次）結(jié)構(gòu)表示實體集與實體集之間的聯(lián)系模型，用記錄類型描述表示實體集，每個節(jié)點表示一個記錄類型。網(wǎng)狀模型：用有向圖表示實體和實體之間復(fù)雜聯(lián)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型。關(guān)系模型：是最重要的一種數(shù)據(jù)模型，也是目前主要采用的數(shù)據(jù)模型，用二維表格表示現(xiàn)實世界實體集及實體集間的聯(lián)系。關(guān)鍵字：能夠唯一標識文件中的某一個記錄的最小字段集。模式：是由數(shù)據(jù)庫設(shè)計者綜合所有用戶數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)一的觀點構(gòu)造的對數(shù)據(jù)庫全局邏輯結(jié)構(gòu)的描述。外模式：介于模式與應(yīng)用之間，是用戶與數(shù)據(jù)庫之間的接口，是數(shù)據(jù)庫用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶）能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。內(nèi)模式：也稱存儲模式，是對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。數(shù)據(jù)獨立性：應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間相互獨立，不受影響。邏輯數(shù)據(jù)獨立性：表示一旦模式發(fā)生變化，無需改變外模式或應(yīng)用程序的能力。物理數(shù)據(jù)獨立性：表示不會因為內(nèi)模式發(fā)生改變而導致概念模式發(fā)生改變的能力。數(shù)據(jù)字典：描述各級模式的信息，主要包括所有數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)名、意義、描述定義、存儲格式、完整性約束、使用權(quán)限等信息。1.2簡答（1）適合文件系統(tǒng)：匿名ftp服務(wù)器、單機電腦游戲、程序語言編譯器適合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：工資管理系統(tǒng)，教學管理系統(tǒng)等（2）文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的區(qū)別：（a）文件系統(tǒng)用文件將數(shù)據(jù)長期保存在外存上，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一存儲數(shù)據(jù)；（b）文件系統(tǒng)中的程序和數(shù)據(jù)有一定的聯(lián)系，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的程序和數(shù)據(jù)分離；（c）文件系統(tǒng)用操作系統(tǒng)中的存取方法對數(shù)據(jù)進行管理，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用DBMS統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)；（d）文件系統(tǒng)實現(xiàn)以文件為單位的數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)以記錄和字段為單位的數(shù)據(jù)共享。文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的聯(lián)系：（a）均為數(shù)據(jù)組織的管理技術(shù)；（b）均由數(shù)據(jù)管理軟件管理數(shù)據(jù)，程序與數(shù)據(jù)之間用存取方法進行轉(zhuǎn)換；（c）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。（3）邏輯獨立性表示一旦模式發(fā)生變化，無需改變外模式或應(yīng)用程序的能力；物理獨立性表示不會因為內(nèi)模式發(fā)生改變而導致概念模式發(fā)生改變的能力。（4）數(shù)據(jù)獨立性是指應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間相互獨立，不受影響。包括數(shù)據(jù)邏輯獨立性和數(shù)據(jù)物理獨立性。邏輯獨立性表示一旦模式發(fā)生變化，無需改變外模式或應(yīng)用程序的能力；物理獨立性表示不會因為內(nèi)模式發(fā)生改變而導致概念模式發(fā)生改變的能力。三級模式兩級映像保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)具有較高的數(shù)據(jù)獨立性，其中外模式/模式映像保證邏輯獨立性，模式/內(nèi)模式映像保證物理獨立性。（5）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)操作，數(shù)據(jù)的約束條件。（6）概念模型實際上是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次。概念模型用于信息世界的建模，是現(xiàn)實世界到信息世界的一層抽象，是數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計的有力工具，也是數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員和用戶進行交流的語言。（7）1：1：學校和校長，1：n：部門職工和部門主任，m:n:學生和老師（8）名稱優(yōu)點缺點層次(1)模型簡單，對具有一對多層次關(guān)系的部門描述非常自然，直觀，容易理解，這是層次數(shù)據(jù)庫的突出優(yōu)點；(2）用層次模型的應(yīng)用系統(tǒng)性能好，特別是對于那些實體間聯(lián)系固定的且預(yù)先定義好的應(yīng)用，采用層次模型來實現(xiàn)，其性能優(yōu)于關(guān)系模型；(3)層次數(shù)據(jù)模型提供了良好的完整性支持。(1)現(xiàn)實世界中很多聯(lián)系是非層次性的，如多對多聯(lián)系，一個節(jié)點具有多個雙親等，層次模型不能自然的表示這類聯(lián)系，只能通過引入冗余數(shù)據(jù)或引入虛擬結(jié)點來解決(2)對插入和刪除操作的限制比較多(3)查詢子女結(jié)點必須通過雙親結(jié)點網(wǎng)狀(1)能夠更為直接地描述現(xiàn)實世界，如一個結(jié)點可以有多個雙親(3)具有良好的性能，存取效率較高(1)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴大，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)就變得越來越復(fù)雜，不利于最終用戶掌握(2)其DDL，DML語言復(fù)雜，用戶不容易使用。用于記錄之間聯(lián)系是通過存取路徑實現(xiàn)的，應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)庫時必須選擇適當?shù)拇嫒÷窂?。因此，用戶必須了解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的細節(jié)，加重了編寫應(yīng)用程序的負擔關(guān)系（1）靈活性和建庫的簡單性：從軟件開發(fā)的前景來看，用戶與關(guān)系數(shù)據(jù)庫編程之間的接口是靈活與友好的。目前在多數(shù)RDDMS產(chǎn)品中使用標準查詢語言SQL，允許用戶幾乎毫無差別地從一個產(chǎn)品到另一個產(chǎn)品存取信息。與關(guān)系數(shù)據(jù)庫接口的應(yīng)用軟件具有相似的程序訪問機制，提供大量標準的數(shù)據(jù)存取方法。（2）結(jié)構(gòu)簡單：從數(shù)據(jù)建模的前景看，關(guān)系數(shù)據(jù)庫具有相當簡單的結(jié)構(gòu)（元組），可為用戶或程序提供多個復(fù)雜的視圖。數(shù)據(jù)庫設(shè)計和規(guī)范化過程也簡單易行和易于理解。由于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的強有力的、多方面的功能，已經(jīng)有效地支持許多數(shù)據(jù)庫納應(yīng)用。（1）數(shù)據(jù)類型表達能力差（2）復(fù)雜查詢功能差（3）支持長事務(wù)能力差（4）環(huán)境應(yīng)變能力差（9）實體型：用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名；屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體連接起來；聯(lián)系：用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實體連接起來，同時在無向邊旁標上聯(lián)系的類型（1:1，1:n或m:n），或者用箭頭表示，單箭頭表示1，雙箭頭表示多。（10）外部模式又稱子模式，介于模式和應(yīng)用之間，是用戶與數(shù)據(jù)庫之間的接口，是數(shù)據(jù)庫用戶能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述；概念模式簡稱模式，是由數(shù)據(jù)庫設(shè)計者綜合所有用戶數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)一的觀點構(gòu)造的對數(shù)據(jù)庫全局邏輯結(jié)構(gòu)的描述；內(nèi)部模式也稱存儲模式，是對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。優(yōu)點是保證了數(shù)據(jù)的獨立性，方便用戶使用，利于數(shù)據(jù)共享，安全保密性好。（11）數(shù)據(jù)完整性約束指的是為了防止不符合規(guī)范的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫，在用戶對數(shù)據(jù)進行插入、修改、刪除等操作時，DBMS自動按照一定的約束條件對數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，使不符合規(guī)范的數(shù)據(jù)不能進入數(shù)據(jù)庫，以確保數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)正確、有效、相容。比如：性別只能是男或者女，年齡范圍在0-100等。（12）主要職責是參與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計與建立；對系統(tǒng)的運行實行監(jiān)控；定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件；負責數(shù)據(jù)庫性能的改進和數(shù)據(jù)庫的重組及重構(gòu)工作。（13）用戶通過DBMS訪問數(shù)據(jù)庫，當用戶提出訪問要求后，DBMS接受應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)請求，對用戶的操作請求進行分析，然后由DBMS向操作系統(tǒng)發(fā)出請求，操作系統(tǒng)接到命令后，對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行處理，將結(jié)果送到系統(tǒng)緩沖區(qū)，并發(fā)出讀完標志，DBMS接到回答信號后，將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)經(jīng)過模式映射，變成用戶的邏輯記錄送到用戶工作區(qū)，同時給用戶回答成功與否的信息。（14）數(shù)據(jù)字典是指對數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲、處理邏輯、外部實體等進行定義和描述，其目的是對數(shù)據(jù)流程圖中的各個元素做出詳細的說明。數(shù)據(jù)字典（Datadictionary）是一種用戶可以訪問的記錄數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序源數(shù)據(jù)的目錄。主動數(shù)據(jù)字典是指在對數(shù)據(jù)庫或應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)進行修改時，其內(nèi)容可以由DBMS自動更新的數(shù)據(jù)字典。數(shù)據(jù)字典的主要作用：數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)流圖共同構(gòu)成系統(tǒng)的邏輯模型。沒有流圖數(shù)據(jù)字典難以發(fā)揮作用。沒有數(shù)據(jù)字典，數(shù)據(jù)流圖就不嚴格。（15）數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)的集合，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一個操縱和管理數(shù)據(jù)庫的軟件，由一組計算機程序構(gòu)成，位于用戶和操作系統(tǒng)之間，對數(shù)據(jù)庫進行有效的管理，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在計算機系統(tǒng)中引進數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)后的系統(tǒng)。（16）層次數(shù)據(jù)模型是用樹狀<層次>結(jié)構(gòu)來組織數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型。其實層次數(shù)據(jù)模型就是的圖形表示就是一個倒立生長的樹，由基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的樹（或者二叉樹）的定義可知，每棵樹都有且僅有一個根節(jié)點，其余的節(jié)點都是非根節(jié)點。每個節(jié)點表示一個記錄類型對應(yīng)與實體的概念，記錄類型的各個字段對應(yīng)實體的各個屬性。各個記錄類型及其字段都必須記錄。用有向圖表示實體和實體之間的聯(lián)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型稱為網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型。其實，網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型可以看做是放松層次數(shù)據(jù)模型的約束性的一種擴展。網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型中所有的節(jié)點允許脫離父節(jié)點而存在，也就是說說在整個模型中允許存在兩個或多個沒有根節(jié)點的節(jié)點，同時也允許一個節(jié)點存在一個或者多個的父節(jié)點，成為一種網(wǎng)狀的有向圖。因此節(jié)點之間的對應(yīng)關(guān)系不再是1:n，而是一種m:n的關(guān)系，從而克服了層次狀數(shù)據(jù)模型的缺點。（17）容易使用，數(shù)據(jù)處理速度快且能力強，具有可發(fā)展性，兼容性好，強有力的用戶語言，和諧性，邏輯結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的數(shù)據(jù)保密性和安全性，確保數(shù)據(jù)的完整性，具有邏輯獨立性和物理獨立性。（18）Oracle：完整的數(shù)據(jù)管理功能，分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，支持各種分布式功能，特別是支持Internet應(yīng)用，界面友好，功能齊全，具有可開放性可移植性可伸縮性等功能，適用于商業(yè)。MicrosoftSQLServer：易用性、適合分布式組織的可伸縮性、用于決策支持的數(shù)據(jù)倉庫功能、與許多其他服務(wù)器軟件緊密關(guān)聯(lián)的集成性、良好的性價比等。適用場合較多；Access：無需編寫任何代碼，直觀的可視化操作，數(shù)據(jù)交換和共享方便，適用于小公司和大公司部門。1.3判斷（1）×（冗余度低）（2）×（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在計算機系統(tǒng)中引進數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)后的系統(tǒng)）（3）√（4）√（5）×（數(shù)據(jù)的邏輯獨立性不徹底）（6）×（主要職責是參與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計與建立；對系統(tǒng)的運行實行監(jiān)控；定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件；負責數(shù)據(jù)庫性能的改進和數(shù)據(jù)庫的重組及重構(gòu)工作）（7）×（8）√（9）×（10）√（11）×（12）√（13）√（14）√（15）√（16）√（17）×（提供了一定程度的邏輯獨立性）（18）×（實體對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫術(shù)語為記錄）（19）√（20）√1.4選擇題ACCACABACCDCDBACD1.5設(shè)計一個學生檔案管理系統(tǒng)（1）a) 學生：學號，姓名，性別，入學年份，出生日期，聯(lián)系電話，宿舍b) 學院：學院代號，學院名稱，學院負責人c) 專業(yè)：專業(yè)代號，專業(yè)名稱，專業(yè)負責人d) 班級：班級代號，班級名稱e) 班主任：工號，姓名，職稱f）系部：系名稱，系主任（2）學生——學院（所屬）1：n學生——專業(yè)（學習）1：n班主任——學院（聘任）1：n班主任——班級（管理）1：1班級——學院（屬于）1：n班級——專業(yè)（屬于）1：n學院——專業(yè)（開設(shè)）1：n（3）習題22.1試述關(guān)系模型的三個組成部分。答：關(guān)系模型由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系數(shù)據(jù)操作和關(guān)系完整性約束三部分組成。2.2一個關(guān)系模式能否沒有關(guān)鍵字？為什么？答：不可以沒有關(guān)鍵字，因為關(guān)鍵字是元組的唯一標志，如果沒有關(guān)鍵字則無法索引元組。2.3試述關(guān)系模型的完整性規(guī)則。在參照完整性中，為什么外部關(guān)鍵字屬性的值也可以為空？什么情況下才可以為空？答：實體完整性規(guī)則是指若屬性A是基本關(guān)系R的主屬性，則屬性A不能取空值。若屬性(或?qū)傩越M)F是基本關(guān)系R的外碼，它與基本關(guān)系S的主碼Ks相對應(yīng)(基本關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系)，則對于R中每個元組在F上的值必須為：或者取空值(F的每個屬性值均為空值)；或者等于S中某個元組的主碼值。用戶自定義完整性規(guī)則是針對某一具體數(shù)據(jù)的約束條件，由具體環(huán)境決定，它反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。在參照完整性中，如果屬性F不是基本關(guān)系R的主屬性，則可以取空值，否則不能取空值。2.4一個n行、m列的二維表（其中沒有兩行或兩列全同），將行或列交換后，能導出多少個不同的表？答：1個2.5假定關(guān)系R和S分別有n和m個元組，試說明下列運算結(jié)果中的最小和最大元組個數(shù)：⑴⑵⑶其中c是條件表達式⑷，其中L是屬性集合答：(1)最小個數(shù)為：取m和n中的小者；最大個數(shù)為：m+n(2)最小個數(shù)為：0；最大個數(shù)為：取m和n中的小者(3)最小個數(shù)為：0；最大個數(shù)為：m*n(4)最小個數(shù)為：0；最大個數(shù)為：n2.6設(shè)有關(guān)系R和S，如表2-24和表2-25所示：表2-38關(guān)系R表2-39關(guān)系SABC367257723443ABC345723計算R∪S，R－S，R∩S，R×S，∏3，2（S），σB﹤’5’（R）答：R∪SABC367257723443345R－SABC367257443R∩SABC723R×SR.AR.BR.CS.AS.BS.C367345367723257345257723723345723723443345443723∏3，2（S）BC4523σB﹤’5’（R）ABC7234432.7如果R是二元關(guān)系，那么下面元組表達式的結(jié)果是什么？{t|(u)（R(t)∧R(u)∧(t[1]≠u[1]∨t[2]≠u[2])）}答：R中不重復(fù)的元組2.8假設(shè)R和S分別是三元和二元關(guān)系，試把表達式∏1，5（σ2=4∨3=4（R×S））轉(zhuǎn)換成等價的：⑴漢語查詢句子⑵元組表達式⑶域表達式答：（1）求R中的元組與S中的元組串接后,滿足R.2=S.1或者R.3=S.1的R.1和S.2。（2）1,5(2=43=4（R×S）)={t|(u)(v)(R(u)S(v)t[1]=u[1]t[2]=v[2](t[2]=v[1]t[3]=v[1]))}（3）略2.9假設(shè)R和S都是二元關(guān)系，試把元組表達式{t|R(t)∧(u)（S(u)∧u[1]≠t[2]）}}轉(zhuǎn)換為等價的：⑴漢語查詢句子⑵關(guān)系代數(shù)表達式⑶域表達式答：（1）找出那些滿足S.1R.2條件的R中的元組。（2）S.1R.2（R）（3）略2.10設(shè)數(shù)據(jù)庫中有四個基本表：部門Dept（D#(部門號)，DName（部門名稱），DTel（電話號碼），DMan（經(jīng)理工號））職工EMP（E#（職工號），EName（姓名)，ESex（性別），EPost（職務(wù)），D#(部門號)）工程PRO（P#（項目號），PName（項目名稱），PBud（經(jīng)費預(yù)算））施工EP（E#（職工號），P#（項目號），WH（工時））（1）寫出每個表的主碼和外碼。（2）用關(guān)系代數(shù)表達式寫出職務(wù)為“工程師”的姓名和部門名稱。（3）用關(guān)系代數(shù)表達式寫出姓名為“潘小光”的職工所在的部門名稱和所參與的項目名稱。答：（1）關(guān)系DEPT，主碼是D#關(guān)系EMP，主碼是E#，外碼是D#關(guān)系PRO，主碼是P#關(guān)系EP，主碼包含E#和P#兩個屬性，外碼分別是E#和P#（2）∏EName,DName(σEPost=”工程師”(DeptEMP))（3）∏PName,DName(σEName=”潘小光”(DeptEMPPROEP))2.11設(shè)數(shù)據(jù)庫中有三個基本表：S（SNo(學號)，SName(姓名)，SSex(性別)，SPro(專業(yè)方向)）SC（SNo(學號)，CNo(課程號)，Grade(成績)）C（CNo(課程號)，CName(課程名)，CPre(先行課)，CCredit(學分)）試用關(guān)系代數(shù)表達式表示下列查詢語句：（1）找出選修網(wǎng)絡(luò)方向女同學名單（2）求選修15164課程的學生姓名和專業(yè)方向（3）求選修數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用課程的學生姓名（4）同時選修人工智能及編譯技術(shù)的學生名單（5）沒有被任何人選修的課程名（6）沒有選修任何課程的學生性別和姓名（7）至少選修了002號學生選修的全部課程的學生學號（8）求所有課程被選修的情況，列出課程號、課程名、先行課、學分、學號和成績（9）求每個學生沒有選修的課程，列出學號、課程號答：（1）σSPro=”網(wǎng)絡(luò)”∧SSex=”女”(S)（2）∏SName,SPro(σCNo=”15164”(SSC))（3）∏SName(σCName=”數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用”(C)SCS)（4）S(∏SNo,CNo(SC)÷∏CNo(σCName=”人工智能”∨CName=”編譯技術(shù)”(C)))（5）∏CName(C(∏CNo(C)-∏CNo(SC)))（6）∏SName,SSex(S(∏SNo(S)-∏SNo(SC)))（7）∏SNo,CNo(SC)÷∏CNo(σSno=”002”(SC))（8）CSC（9）∏SNo,Cno(S×SC)-∏SNo,Cno(SC)2.12為什么要對關(guān)系代數(shù)表達式進行優(yōu)化？答：對于同一個查詢語句，可以用不同的關(guān)系代數(shù)表達，但是它們之間的效率卻可能相差很大,選擇不同的關(guān)系代數(shù)運算順序，就會得到不同的查詢效率，因此，需要變換規(guī)則對關(guān)系代數(shù)表達式進行等價變換，從而將同一查詢請求轉(zhuǎn)換為效率最高的關(guān)系代數(shù)表達式。2.13在2.11中的三個關(guān)系中，用戶有一個查詢語句：檢索網(wǎng)絡(luò)方向的學生選修先行課為計算機網(wǎng)絡(luò)的課程名和課程學分。⑴寫出該查詢的關(guān)系代數(shù)表達式.⑵寫出該查詢優(yōu)化的關(guān)系代數(shù)表達式。⑶畫出該查詢初始的關(guān)系代數(shù)表達式的語法樹。⑷使用本章中介紹的優(yōu)化算法，對語法樹進行優(yōu)化，并畫出優(yōu)化后的語法樹。答：（1）∏Cname,CCredit(σSPro=”網(wǎng)絡(luò)”∧CPre=”計算機網(wǎng)絡(luò)”∧S.SNo=SC.SNo∧SC.CNo=C.CNo(S×SC×C))（2）∏Cname,CCredit((∏SNo(σSPro=”網(wǎng)絡(luò)”(S))∏SNo,CNo(SC)(∏CNo,CName,CCredit(σCPre=”計算機網(wǎng)絡(luò)”(C))))（3）C×SSCC×SSCΠΠCname,CCreditσSPro=“網(wǎng)絡(luò)”∧CPre=“計算機網(wǎng)絡(luò)”∧S.SNo=SC.SNo∧SC.CNo=C.CNo××CSCSΠCname,CCreditΠCname,CCreditσSC.CNo=C.CNoCσCPre=“計算機網(wǎng)絡(luò)”σS.SNo=SC.SNoΠCNo,CName,CCredit×ΠSNo,CNoSSCΠSNoσSPro=σSC.CNo=C.CNoCσCPre=“計算機網(wǎng)絡(luò)”σS.SNo=SC.SNoΠCNo,CName,CCredit×ΠSNo,CNoSSCΠSNoσSPro=“網(wǎng)絡(luò)”×第三章課后習題答案3.1試述SQL語言的特點。答：1.綜合統(tǒng)一2.高度非過程化3.面向集合的操作方式4.以同一種語法結(jié)構(gòu)提供兩種使用方式3.2解釋下列術(shù)語：SQL模式：SQL語言所支持的關(guān)系數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)，包括視圖、基本表、存儲文件三個層次?；颈恚汉喎Q基表。是數(shù)據(jù)庫中實際存在的表，在SQL中一個關(guān)系對應(yīng)于一個表。視圖：SQL用視圖概念支持非標準的外模式概念。視圖是從一個或幾個基表導出的表，雖然它也是關(guān)系形式，但它本身不實際存儲在數(shù)據(jù)庫中，只存放對視圖的定義信息（沒有對應(yīng)的數(shù)據(jù)）。因此，視圖是一個虛表（VirtualTable）或虛關(guān)系，而基表是一種實關(guān)系（PracticalRelation）。單表查詢：只涉及到一個關(guān)系的查詢。連接查詢：同時涉及兩個以上的表的查詢。嵌套查詢：將一個查詢塊嵌套在另一個查詢塊的WHERE子句或HAVING條件中的查詢。3.3試述SQL語言的特點。1.綜合統(tǒng)一2.高度非過程化3.面向集合的操作方式4.以同一種語法結(jié)構(gòu)提供兩種使用方式3.4試述SQL體系結(jié)構(gòu)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式之間的關(guān)系。SQL語言支持關(guān)系數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)，即外模式、模式和內(nèi)模式，利用SQL語言可以實現(xiàn)對三級模式的定義、修改和數(shù)據(jù)的操縱功能，在此基礎(chǔ)上形成了SQL體系結(jié)構(gòu)；在SQL體系結(jié)構(gòu)中的視圖對應(yīng)了關(guān)系數(shù)據(jù)模式的外模式，基本表對應(yīng)了關(guān)系數(shù)據(jù)模式的模式，存儲文件對應(yīng)了關(guān)系數(shù)據(jù)模式的內(nèi)模式。3.5SQL是如何實現(xiàn)實體完整性、參照完整性和用戶定義完整性的？實體完整性要求表的主碼的完整性。可以通過建立唯一索引、PRIMARYKEY約束、UNIQUE約束，以及列的IDENTITY屬性來實施實體完整性。參照完整性維持被參照表和參照表之間的數(shù)據(jù)一致性，通過主鍵（PRIMARYKEY）約束和外鍵（FOREIGNKEY）約束來實現(xiàn)。用戶定義完整性可以定義特定業(yè)務(wù)規(guī)則。UNIQUE、NOTNULL約束，CHECK謂詞都可以用于實現(xiàn)用戶定義完整性。3.6討論當對一個視圖進行更新的時候可能會出現(xiàn)什么樣的問題？若視圖的屬性來自屬性表達式或常數(shù)，則不允許對視圖執(zhí)行INSERT和UPDATE操作，但允許執(zhí)行DELETE操作。若視圖的屬性來自庫函數(shù)，則不允許對此視圖更新。若視圖定義中有GROUPBY子句，則不允許對此視圖更新。若視圖定義中有DISTINCT任選項，則不允許對此視圖更新。若視圖定義中有嵌套查詢，并且嵌套查詢的FROM子句涉及導出該視圖的基本表，則不允許對此視圖更新。若視圖由兩個以上的基本表導出，則不允許對此視圖更新。如果在一個不允許更新的視圖上再定義一個視圖，這種二次視圖是不允許更新的。3.7設(shè)有兩個基本表R(A,B,C)和S(A,B,C)試用SQL查詢語句表達下列關(guān)系代數(shù)表達式：⑴R∩S：(select*fromR)INTERSECT(select*fromS)⑵R－S：(select*fromR)EXCEPT(select*fromS)⑶R∪S：(select*fromR)UNION(select*fromS)⑷R×S：select*fromR,S3.8對于教學數(shù)據(jù)庫的三個基本表：S(學號，姓名，年齡，性別)SC(學號，課程號，成績)C(課程號，課程名，任課教師姓名）試用SQL語句表達下列查詢：⑴查詢姓劉的老師所授課程的課程號和課程名。SELECT課程號,課程名FROMCWHERE任課教師姓名=’劉%’;⑵查詢年齡大于23歲的男同學的學號和姓名。SELECT學號,姓名FROMSWHERE性別=’男’AND年齡>23;⑶查詢學號為S3的學生所學課程的課程號、課程名和任課教師姓名。SELECT課程號,課程名,任課教師姓名FROMCWHERE課程號IN(SELECT課程號FROMSCWHERE學號=’S3’);⑷查詢“張小飛”沒有選修的課程號和課程名。SELECT*FROMCWHERENOTEXISTS (SELECT學習.課程號 FROMSC,SWHERESC.課程號=C.課程號ANDS.學號=SC.學號ANDS.姓名='張小飛');⑸查詢至少選修了3門課程的學生的學號和姓名。SELECT學號,姓名FROMSWHERE學號IN (SELECT學號FROMSCGROUPBY學號HAVINGCOUNT(課程號)>=3);⑹查詢?nèi)繉W生都選修了的課程編號和課程名稱。SELECT課程號,課程名FROMCWHERENOTEXISTS(SELECT*FROMSWHERENOTEXISTS(SELECT*FROMSCWHERESC.課程號=C.課程號ANDS.學號=SC.學號));⑺在SC中刪除尚無成績的選課元組。DELETEFROMSCWHERE成績ISNULL;⑻把“高等數(shù)學”課的所有不及格成績都改為60。UPDATESCSET成績=60WHERE成績<60AND課程號IN(SELECT課程號FROMCWHERE課程名='高等數(shù)學');⑼把低于總評均成績的女同學的成績提高5%。UPDATESCSET成績=成績*1.05WHERE學號IN (SELECT學號FROMSWHERE性別=’女’)AND成績<(SELECTAVG(成績)FROMSC);⑽向C中插入元組（‘C8’，‘VC++’，‘王昆’）INSERTINTOCVALUES（’C8’,’VC++’,’王昆’）;3.9設(shè)有下列四個關(guān)系模式：PRODUCT(MAKER,MODEL,TYPE)PC(MODEL,SPEED,RAM,HD,CD,PRICE)LAPTOP(MODEL,SPEED,RAM,SCREEN,PRICE)PRINTER(MODEL,COLOR,TYPE,PRICE)注：PRODUCT表中TYPE屬性列的取值為pc或laptop或printer；PRINTER表中color屬性列的取值為ture或false，代表彩色或單色。試用SQL語句表達下列查詢：⑴找出價格高于1萬5千元，并且運行速度低于同價位PC的平均運行速度的LAPTOP。SELECT*FROMLAPTOPWHEREPRICE>15000ANDSPEED<(SELECTAVG(SPEED) FROMPCWHEREPC.PRICE=LAPTOP.PRICE);⑵找出生產(chǎn)價格最低的彩色打印機的廠家。SELECTMAKERFROMPRODUCTWHEREMODELIN(SELECTMODELFROMPRINTERWHERECOLOR=trueANDPRICE<=(SELECTMIN(PRICE)FROMPRINTER));⑶計算由廠家“HP”生產(chǎn)的PC機和LAPTOP機的平均價格。(SELECTTYPE,AVG(PRICE) FROMPC,PRODUCTWHEREPC.MODEL=PRODUCT.MODELAND PRODUCT.MAKER=’HP’ GROUPBYTYPE)UNION(SELECTTYPE,AVG(PRICE) FROMLAPTOP,PRODUCTWHEREAPTOP.MODEL=PRODUCT.MODELANDPRODUCT.MAKER=’HP’GROUPBYTYPE;)⑷計算各廠商所生產(chǎn)的LAPTOP機的顯示器的平均尺寸。SELECTMAKER,AVG(SCREEN)FROMLAPTOP,PRODUCTWHERELAPTOP.MODEL=PRODUCT.MODELGROUPBYMAKER;⑸找出每一個生產(chǎn)廠商的PC機的最高價格。SELECTMAKER,MAX(PRICE)FROMPC,PRODUCT WHEREPC.MODEL=PRODUCT.MODELGROUPBYMAKER;⑹計算生產(chǎn)打印機的各個廠商所生產(chǎn)的PC機的硬盤的平均容量。SELECTMAKER,AVG(HD)FROMPC,PRODUCTWHEREPC.MODEL=PRODUCT.MODELANDMAKERIN(SELECTMAKERFROMPRODUCTWHERETYPE=’printer’)GROUPBYMAKER;3.10試設(shè)計如圖3-2中顯示的數(shù)據(jù)庫模式Library，用來記錄書籍、借書人和書籍借出的情況，參照完整性在圖中用有向弧來表示。請用SQL語言建立圖中的關(guān)系模式，并完成下列操作：CREATETABLEPUBLISHER( NAMECHAR(20)PRIMARYKEY, ADDRESSCHAR(30), PHONECHAR(12));CREATETABLEBOOK( BOOKIDCHAR(4)PRIMARYKEY, TITLECHAR(20), PUBLISHERNAMECHAR(20)REFERENCESPUBLISHER(NAME));CREATETABLEAUTHOR( BOOKIDCHAR(4)REFERENCESBOOK(BOOKID), AUTHORCHAR(8), PRIMARYKEY(BOOKID));CREATETABLEBORROWER( CARDIDCHAR(4)PRIMARYKEY, NAMECHAR(8), ADDRESSCHAR(30), PHONECHAR(12));CREATETABLEBORROW( BOOKIDCHAR(4)REFERENCESBOOK(BOOKID), CARDIDCHAR(4)REFERENCESBORROWER(CARDID), DATEOUTDATETIME, DUEOUTDATETIME, IS_RETURNBOOL, PRIMARYKEY(BOOKID,CARDID);)⑴查詢“高等教育出版社”出版的所有圖書名稱和編號。SELECTBOOKID,TITLEFROMBOOKWHEREPUBLISHERNAME=’高等教育出版社’;⑵查詢所有作者是“郭雨辰”的圖書的編號和名稱。SELECTBOOKID,TITLEFROMBOOKWHEREBOOKIDIN(SELECTBOOKIDFROMAUTHORWHEREAUTHOR=’郭雨辰’);⑶查詢“王麗”借過的所有圖書的名稱。SELECTTITLEFROMBOOKWHEREBOOKIDIN (SELECTBOOKID FROMBORROW WHERECARDIDIN (SELECTCARDID FROMBORROWER WHERENAME=’王麗’);⑷查詢“李明”在2018年上半年期間借過的圖書名稱。SELECTTITLEFROMBOOKWHEREBOOKIDIN (SELECTBOOKID FROMBORROW WHEREDATEOUTBETWEEN‘2018/1/1’AND‘2018/6/30’ANDCARDIDIN (SELECTCARDID FROMBORROWER WHERENAME=’李明’);⑸建立視圖，顯示2017年期間沒有被人借過的圖書編號和名稱。CREATEVIEWUNPOPULARBOOKASSELECTBOOKID,TITLEFROMBOOKWHEREBOOKIDNOTIN (SELECTBOOKID FROMBORROW WHEREDATEOUTBETWEEN‘2017/1/1’AND‘2017/12/31’);⑹建立超期未歸還書籍的視圖，顯示圖書編號和名稱，以及借書人姓名和電話。CREATEVIEWDELAYASSELECTBOOKID,TITLE,NAME,PHONEFROMBOOK,BORROW,BORROWERWHEREBOOK.BOOKID=BORROW.BOOKIDANDBORROW.CARDID=BORROWER.CARDIDANDIS_RETURN=false;⑺建立熱門書籍的視圖，顯示2017年期間借出次數(shù)最多的10本圖書名稱。CREATEVIEWPOPULARBOOKASSELECTTOP10TITLEFROMBOOK,BORROWWHEREBOOK.BOOKID=BORROW.BOOKIDANDDATEOUTBETWEEN'2017/1/1'AND'2017/12/31'GROUPBYTITLEORDERBYCOUNT(TITLE)desc⑻增加新書《大數(shù)據(jù)》，書號為“TP319-201”，該書由“廣西師范大學出版社”出版，作者為“涂子沛”。INSERTINTOBOOKVALUES(‘TP319-201’,‘大數(shù)據(jù)’,‘廣西師范大學出版社’);INSERTINTOAUTHORVALUES(‘TP319-201’,‘涂子沛’);⑼將“高等教育出版社”的電話改為“010－64054588”。UPDATEPUBLISERSETPHONEHERENAME=’高等教育出版社’;⑽刪除書號為“D001701”的書籍信息。DELETEFROMBOOKWHEREBOOKID=’D001701’;3.11針對3.10建立的表，用SQL語言完成下列操作：⑴把對所有表的INSERT權(quán)限授予“張麗”，并允許她將此權(quán)限授予其他用戶；GRANTINSERTONDATABASELibraryTO‘張麗’WITHGRANTOPTION;⑵把查詢和修改BORROWER的權(quán)限受給用戶“王偉”。GRANTSELECT,UPDATEONTABLEBORROWERTO‘王偉’;4.1、下表給出的關(guān)系R為第幾范式？是否存在操作異常？若存在，則將其分解為高一級范式。分解完成的高級范式中是否可以避免分解前關(guān)系中存在的操作異常？ 解：它為1NF。因為該關(guān)系的候選碼為（工程號，材料號），而非主屬性“開工日期”和“完工日期”部分函數(shù)依賴于候選碼的子集“工程號”，即： ∴它不是2NF。 它存在操作異常，如果工程項目確定后，若暫時未用到材料，則該工程的數(shù)據(jù)因缺少碼的一部分（材料號）而不能進入到數(shù)據(jù)庫中，出現(xiàn)插入異常。若某工程下馬，則刪去該工程的操作也可能丟失材料方面的信息。 將其中的部分函數(shù)依賴分解為一個獨立的關(guān)系，則產(chǎn)生如下所示的兩個2NF關(guān)系模式：R1（工程號，材料號，數(shù)量，價格）R2(工程號，開工日期，完工日期) 分解后，新工程確定后，盡管還未用到材料，該工程數(shù)據(jù)可在關(guān)系R2中插入。某工程數(shù)據(jù)刪除時，僅對關(guān)系R2操作，也不會丟失材料方面的信息。4.2D+={DHG}4.3F中A+=ABCDECD+=CDEG中A+=ABCDECD+=CDE據(jù)此，可以得知F中每個函數(shù)依賴均在G+中，G中每個函數(shù)依賴均在F+中（具體描述略），所以F=G4.4ACD+=ABCD=U并且對于ACD的任一真子集的閉包均不等于U所以ACD為候選碼4.5(1)AB+=ABCD AC+=ACD DE+=ABCDE ⑵求R的所有候選碼BE，CE，DE⑶求F的最小覆蓋Fm={B→C，DE→B，C→D，D→A}4.6Fm={A→C，C→A，B→C，D→C}4.7不具有4.8均不具有4.9F={BC,DA}ρ={AD,BC}KEY=BD,有損分解，保持依賴，均屬于BCNFF={ABC,CA,CD}ρ={ACD,BC}KEY=AB,BC,無損分解，依賴不保持，均屬于BCNFF={ABC,CAD}ρ={ABC,AD}KEY=A,C,無損分解，依賴保持，均屬于BCNFF={AB,BC,CD}ρ={ACD,AB}KEY=A,無損分解，依賴不保持，AB屬于BCNF，ACD屬于2NFF={AB,BC,CD}ρ={AD,AB,CD}KEY=A,有損分解，依賴不保持，均屬于BC范式F={ABC,CA,DA}ρ={ACD,BC}KEY=AB,BC,無損分解，依賴不保持，均屬于BCNF4.10具有無損連接性（1）候選碼：AB（2）Fmin={AB→C，C→D，D→E}(3)ρ＝{R1（ABC），R2（CD），R3（DE）}4.11Fm={ABC BEC CABDEG}4.12（1）函數(shù)依賴候選碼：（職工名，項目名）由于部門名，部門經(jīng)理部分函數(shù)依賴于碼，因此該模式只滿足第一范式，所以采用投影分解法將一個1NF的關(guān)系分解為多個2NF分解為兩個關(guān)系模式，以消除這些部分函數(shù)依賴∈∈但是2NF關(guān)系模式中，部門名和部門經(jīng)理傳遞函數(shù)依賴于項目名，即中SL消除傳遞函數(shù)依賴：∈∈4.13解：因為關(guān)系模式至少是1NF關(guān)系，即不包含重復(fù)組并且不存在嵌套結(jié)構(gòu)，給出的數(shù)據(jù)集顯然不可直接作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的關(guān)系，改造為1NF的關(guān)系如下。系名課程名教師名計算機系DB張偉計算機系DB王強信控系A(chǔ)I孫蘭信控系A(chǔ)I宋靈信息安全系DS張燕信息安全系DS李杰數(shù)學系CM劉海4.14解：各關(guān)系模式如下：學生(學號,姓名,出生年月,系名,班級號,宿舍區(qū))班級(班級號,專業(yè)名,系名,人數(shù),入校年份)系(系名,系號,系辦公地點,人數(shù))社團(社團名,成立年份,地點,人數(shù))加入社團（社團名，學號，學生參加社團的年份）學生(學號,姓名,出生年月,系名,班級號,宿舍區(qū))“學生”關(guān)系的最小函數(shù)依賴集為：Fmin={學號→姓名,學號→班級號,學號→出生年月,學號→系名，系名→宿舍區(qū)}以上關(guān)系模式中存在傳遞函數(shù)依賴，如:學號→系名，系名→宿舍區(qū)候選鍵是學號,外部鍵是班級號,系名。班級(班級號,專業(yè)名,系名,人數(shù),入校年份)“班級”關(guān)系的最小函數(shù)依賴集為：Fmin={(系名,專業(yè)名)→班級號,班級號→人數(shù)，班級號→入校年份，班級號→系名，班級號→專業(yè)名}(假設(shè)沒有相同的系，不同系中專業(yè)名可以相同)以上關(guān)系模式中不存在傳遞函數(shù)依賴?！?系名,專業(yè)名)→班級號”是完全函數(shù)依賴。候選鍵是(系名,專業(yè)名),班級號，外部鍵是系名。系(系名,系號,系辦公地點,人數(shù))“系”關(guān)系的最小函數(shù)依賴集為：Fmin={系號→系名,系名→系辦公地點,系名→人數(shù)，系名→系號}以上關(guān)系模式中不存在傳遞函數(shù)依賴候選鍵是系名,系號社團(社團名,成立年份,地點,人數(shù))“社團”關(guān)系的最小函數(shù)依賴集為：Fmin={社團名→成立年份,社團名→地點,社團名→人數(shù)}以上關(guān)系模式中不存在傳遞函數(shù)依賴。候選鍵是社團名加入社團（社團名，學號，學生參加社團的年份）“加入社團”關(guān)系的最小函數(shù)依賴集為：Fmin={（社團名，學號）→學生參加社團的年份}“（社團名，學號）→學生參加社團的年份”是完全函數(shù)依賴。以上關(guān)系模式中不存在傳遞函數(shù)依賴。候選鍵是（社團名，學號）。習題55.1名詞解釋數(shù)據(jù)庫設(shè)計答：數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，根據(jù)用戶的需求，在某一具體的數(shù)據(jù)庫管理體統(tǒng)上，構(gòu)造一個性能良好的數(shù)據(jù)模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的信息要求和處理要求?；?NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法答：基于3NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法是一種結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法，其基本思想是在需求分析的基礎(chǔ)上，確定數(shù)據(jù)庫模式中的全部屬性和屬性間的依賴關(guān)系，將它們組織在一個單一的關(guān)系模式中，然后再分析模式中不符合3NF的約束條件，將其進行投影分解，規(guī)范成若干個3NF關(guān)系模式的集合。基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法答：基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法是由P.P.S.chen于1976年提出的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法，其基本思想是在需求分析的基礎(chǔ)上，用E-R圖構(gòu)造一個反映現(xiàn)實世界實體之間聯(lián)系的企業(yè)模式，然后再將此企業(yè)模式轉(zhuǎn)換成基于某一特定的DBMS的概念模式。5.2什么是數(shù)據(jù)庫設(shè)計？試述數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟。答：數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，根據(jù)用戶的需求，在某一具體的數(shù)據(jù)庫管理體統(tǒng)上，構(gòu)造一個性能良好的數(shù)據(jù)模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的信息要求和處理要求。其中：信息需求信息需求表示一個單位所需要的數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)，表達了對數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容及結(jié)構(gòu)的要求，也就是靜態(tài)要求。信息需求定義所設(shè)計的數(shù)據(jù)庫將要用到的所有信息，描述實體、屬性、聯(lián)系的性質(zhì)，描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。處理需求處理需求表示一個單位需要經(jīng)常進行的數(shù)據(jù)處理，表達了基于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理要求，也就是動態(tài)要求。處理需求定義所設(shè)計的數(shù)據(jù)庫將要進行的數(shù)據(jù)處理，描述操作的優(yōu)先次序、操作執(zhí)行的頻率和場合，描述操作與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。因此，數(shù)據(jù)庫設(shè)計就是把現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)，根據(jù)各種應(yīng)用處理的要求，加以合理地組織，使其滿足硬件和操作系統(tǒng)的特性；同時，利用已有的DBMS建立數(shù)據(jù)庫，使其能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的目標。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟包括：需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計物理結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫實施數(shù)據(jù)庫運行和維護5.3試述數(shù)據(jù)庫設(shè)計需求分析階段的任務(wù)和方法。答：需求分析的任務(wù)是通過詳細調(diào)查現(xiàn)實世界要處理的對象（組織、部門、企業(yè)等），充分了解原系統(tǒng)（手工系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)）工作概況，明確用戶的各種需求，然后在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能。需求分析常用的方法有：跟班分析。通過親身參加業(yè)務(wù)工作來了解業(yè)務(wù)活動的情況。這種方法可以比較準確地理解用戶的需求，但比較耗費時間。開調(diào)查會。通過與用戶座談來了解業(yè)務(wù)活動情況及用戶需求。座談時，參加者之間可以相互啟發(fā)。請專人介紹和詢問。對某些調(diào)查中的問題，可以請專業(yè)人員介紹情況并進行咨詢。設(shè)計調(diào)查表請用戶填寫。如果調(diào)查表設(shè)計得合理，這種方法是很有效，也很易于用戶接受的。查閱記錄。即查閱與原系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)記錄，包括原始單據(jù)、賬簿、報表等。5.4數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容和作用分別是什么？答：數(shù)據(jù)流圖是結(jié)構(gòu)化分析方法中用于表示系統(tǒng)邏輯模型的一種工具，它以圖形的方式描繪數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中流動和處理的過程。構(gòu)造數(shù)據(jù)流圖的目的是為了系統(tǒng)分析師與用戶能夠進行明確的交流，以便指導系統(tǒng)的設(shè)計，并為后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)字典是將數(shù)據(jù)流程圖中各個要素的具體內(nèi)容和特征，以特定格式記錄下來，所形成的文檔。它主要包括：數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、加工、文件、外部實體等內(nèi)容。數(shù)據(jù)字典是關(guān)于數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的描述，即元數(shù)據(jù)，而不是數(shù)據(jù)本身。數(shù)據(jù)本身將存放在物理數(shù)據(jù)庫中，由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理。數(shù)據(jù)字典有助于這些數(shù)據(jù)的進一步管理和控制，為設(shè)計人員和數(shù)據(jù)庫管理員在數(shù)據(jù)庫設(shè)計、實現(xiàn)和運行階段控制有關(guān)數(shù)據(jù)提供依據(jù)。5.5視圖集成時，分E-R圖之間的沖突有哪些？解決這些沖突的方法是什么？答：屬性沖突屬性域沖突，即屬性值的類型、取值范圍或取值集合不同，如零件號，有的部門作為整數(shù)對待，有的部門則使用字符串。不同部門對零件號的編碼也可能不同。屬性取值單位沖突：如零件重量，有的部門以公斤為單位，有的部門以克為單位。命名沖突包括同名異義和異名同義。如科研項目，財務(wù)科稱為項目，科研處稱為課題，生產(chǎn)管理處稱為工程，這就是一個異名同義的例子。結(jié)構(gòu)沖突同一對象在不同應(yīng)用中具有不同的抽象。如在教學管理中，職稱是一個屬性；而在人事管理中，因為職稱與工資、住房掛鉤，因此是一個實體。同一實體在不同局部視圖中所包含的屬性不完全相同。實體間的聯(lián)系在不同分E-R圖中為不同類型：如生產(chǎn)子系統(tǒng)分E-R圖中，產(chǎn)品和零件構(gòu)成1:n聯(lián)系。而物資子系統(tǒng)分E-R圖中，產(chǎn)品、零件、供應(yīng)商三者構(gòu)成多對多聯(lián)系。解決這些沖突的方法有：修改視圖使得相互一致合并視圖重構(gòu)5.6試述數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟。答：將E-R模型轉(zhuǎn)換為等價的關(guān)系模式按需要對關(guān)系模式進行規(guī)范化對規(guī)范化后的模式進行評價根據(jù)局部應(yīng)用的需要，設(shè)計用戶外模式5.7試述E-R圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則。答：E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換一般應(yīng)遵循如下原則：實體的轉(zhuǎn)換。一個實體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。實體的屬性就是關(guān)系的屬性，實體的碼就是關(guān)系的碼。聯(lián)系的轉(zhuǎn)換。一個聯(lián)系轉(zhuǎn)化為一個關(guān)系模式，與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系的屬性轉(zhuǎn)化為關(guān)系的屬性，該關(guān)系的碼則有幾種情況：若聯(lián)系為1:1，則每個實體的碼均是該關(guān)系的候選碼。若聯(lián)系為1:n，則關(guān)系的碼為n端實體的碼。若聯(lián)系為m:n，則關(guān)系的碼為諸實體碼的組合。三個或三個以上實體間的多元聯(lián)系、同一實體集內(nèi)的自反聯(lián)系的轉(zhuǎn)換規(guī)則與二元聯(lián)系相同。（3）具有相同碼的關(guān)系模式可合并。5.8規(guī)范化理論對數(shù)據(jù)庫設(shè)計有什么指導意義。答：在概念設(shè)計階段，已經(jīng)把關(guān)系規(guī)范化的某些思想用作構(gòu)造實體類型和聯(lián)系類型的標準，在邏輯設(shè)計階段，仍然要使用關(guān)系規(guī)范化的理論來設(shè)計模式和評價模式。規(guī)范化的目的是減少乃至消除關(guān)系模式中存在的各種異常，改善完整性、一致性和存儲效率。5.9試述數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果的優(yōu)化方法。答：確定范式級別考察關(guān)系模式的函數(shù)依賴關(guān)系，確定范式等級。找出所有“數(shù)據(jù)字典”中得到的數(shù)據(jù)之間的依賴關(guān)系，對各模式之間的數(shù)據(jù)依賴進行極小化處理，消除冗余的聯(lián)系。按照數(shù)據(jù)依賴理論對關(guān)系模式逐一進行分析，考察是否存在部分函數(shù)依賴、傳遞函數(shù)依賴和多值依賴等，確定各關(guān)系模式屬于第幾范式。實施規(guī)范化處理確定范式級別后，根據(jù)應(yīng)用需求，判斷它們對于這樣的應(yīng)用環(huán)境是否合適，確定對于這些模式是否進行合并或分解。5.10試述數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和步驟。答：數(shù)據(jù)庫最終要存儲在物理設(shè)備上。對于給定的邏輯數(shù)據(jù)模型，選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)的過程，稱為數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計。數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計可分為兩步：確定物理結(jié)構(gòu)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中主要指存取方法和存儲結(jié)構(gòu)對物理結(jié)構(gòu)進行評價，評價的重點是時間和空間效率5.11數(shù)據(jù)庫實施階段的主要任務(wù)是什么？答：數(shù)據(jù)庫實施主要包括以下工作：建立實際數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)入庫編制和調(diào)試應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫試運行5.12數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)投入運行后，有哪些維護工作？答：數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性控制數(shù)據(jù)庫性能的監(jiān)督、分析和改進數(shù)據(jù)庫的重組織和重構(gòu)造5.13某商業(yè)集團管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫信息如下。該系統(tǒng)中包含三個實體集：一是“倉庫”實體集，屬性有倉庫號、倉庫名和地址等；二是“商店”實體集，屬性有商店號、商店名、地址等；三是“商品”實體集，屬性有商品號、商品名、單價。設(shè)倉庫與商品之間存在“庫存”聯(lián)系，每個倉庫可存儲若干種商品，每種商品存儲在若干倉庫中，每個倉庫每存儲一種商品有存儲日期及存儲量；商店與商品之間存在著“銷售”聯(lián)系，每個商店可銷售若干種商品，每種商品可在若干商店里銷售，每個商店銷售一種商品有月份和月銷售量兩個屬性。請在上述背景介紹的基礎(chǔ)上，完成如下數(shù)據(jù)庫設(shè)計：（1）試畫出E-R圖，并在圖上注明聯(lián)系類型；（2）將E-R圖轉(zhuǎn)換成滿足3NF的關(guān)系模式，并標識主外鍵（用下劃線標識主碼，用波浪線標識外鍵）答：（1）（2）倉庫（倉庫號，倉庫名，地址）商店（商店號，商店名，地址）商品（商品號，商品名，單價）銷售（商店號，商品號，銷售月份，銷量量）庫存（倉庫號，商品號，存儲日期，存儲量）5.14現(xiàn)針對學生參與教師的科研項目建立“科研項目管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”，其中，學生信息包括：學號，姓名，性別，所在學院；學院信息包括：學院編號，學院名稱，辦公電話；教師信息包括：教師編號，姓名，性別，職稱，所在學院；項目信息包括：項目編號，項目名稱，開始時間，結(jié)束時間，項目負責人，職稱。各實體之間的關(guān)系為：一個學生可以參與教師的多個項目，一個項目可以有多個學生參加，每個學生選定項目后要承擔相應(yīng)的任務(wù)；一個教師可以主持多個項目，一個項目只能由一個教師作為項目負責人。請在上述背景介紹的基礎(chǔ)上，完成如下數(shù)據(jù)庫設(shè)計：（1）畫出“科研項目管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”的E-R圖。（2）將E-R圖轉(zhuǎn)換為一組符合3NF要求的關(guān)系模式，并標出每個關(guān)系模式的主外健用下劃線標識主碼，用波浪線標識外鍵）答：（1）（2）學生（學號，姓名，性別，學院編號）學院（學院編號，學院名稱，辦公電話）教師（教師編號，姓名，性別，職稱，學院編號）項目（項目編號，項目名稱，開始時間，結(jié)束時間，教師編號）參與（學號，項目編號，任務(wù)）5.15某工廠零件管理系統(tǒng)的需求分析如下。一個車間有多個工人，每個工人有職工號、姓名、年齡、性別、工種；一個車間生產(chǎn)多種產(chǎn)品，產(chǎn)品有產(chǎn)品號、價格；一個車間生產(chǎn)多種零件，一種零件也可能為多個車間制造，零件有零件號、重量、價格；一種產(chǎn)品由多種零件組成，一種零件也可裝配到多種產(chǎn)品中，產(chǎn)品與零件均存入倉庫中；廠內(nèi)有多個倉庫，倉庫有倉庫號、主任姓名、電話；請在上述背景介紹的基礎(chǔ)上，完成如下數(shù)據(jù)庫設(shè)計：（1）請畫出該系統(tǒng)的ER圖（2）并給出相應(yīng)的關(guān)系模型，并標出每個關(guān)系模式的主外健用下劃線標識主碼，用波浪線標識外鍵）。答：（1）（2）車間（車間號，地址）工人（職工號，姓名，年齡，性別，工種，車間號）倉庫（倉庫號，主任姓名，電話）產(chǎn)品（產(chǎn)品號，價格，倉庫號）零件（零件號，重量，價格，倉庫號）制造（車間號，零件號）裝配（零件號，產(chǎn)品號）5.16設(shè)計一個學校的圖書管理系統(tǒng)，請給出該系統(tǒng)的需求分析并進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計，具體要求為：（1）實體數(shù)不少于5個，每個實體的屬性3--6個，實體之間的關(guān)系至少要包含1:n,m:n兩種聯(lián)系類型。（2）給出該系統(tǒng)的E-R圖。（3）將E-R圖轉(zhuǎn)換為一組符合3NF要求的關(guān)系模式，并標識主外鍵（用下劃線標識主碼，用波浪線標識外鍵）。答：（1）圖書實體屬性圖：借閱者實體屬性圖：管理員實體屬性圖書庫實體屬性圖：學院實體屬性圖：(2)(3)圖書（圖書編號，書名，作者姓名，出版社，出版日期，在庫數(shù)，入庫日，出庫日期，書庫編號）借閱者（借閱證號，姓名，學院編號，借書數(shù)量）管理員（管理員編號，姓名，職稱，書庫編號）書庫（書庫編號，書庫名稱，地點）學院（學院編號，學院名稱）借閱（借閱證號，圖書編號，借出日期，歸還日期，到期日期，拖欠日期，罰款數(shù)目）管理（管理員編號，借閱證號）處理（管理員編號，圖書編號）習題66.1什么是事務(wù)？它與一般的程序有什么不同？為什么一般程序不提ACID特性？答：事務(wù)代表了用戶要完成的一項工作任務(wù)，是將一組數(shù)據(jù)庫操作打包起來形成一個邏輯獨立的工作單元，這個工作單元不可分割，其中包含的數(shù)據(jù)庫操作要么全部都發(fā)生，要么全部都不發(fā)生。程序和事務(wù)是兩個不同的概念，程序雖然也包含一組操作，但這組操作沒有蘊含不可分割的原子性概念，程序執(zhí)行過程中可能會出錯或發(fā)生異常。程序一般不提ACID特性，原因在于程序通常處理的是內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)一致性體現(xiàn)在程序代碼邏輯中。如果需要保證非易失性數(shù)據(jù)的ACID特性，則程序中可以包含一個或多個事務(wù)，通過事務(wù)來處理ACID特性。6.2什么是日志文件？為什么要使用日志文件？登記日志文件時為什么必須先寫日志文件，后寫數(shù)據(jù)庫？日志文件能否和數(shù)據(jù)庫存儲在一起，為什么？答：日志文件是用來記錄對數(shù)據(jù)庫每一次更新活動的文件。使用日志文件，在系統(tǒng)發(fā)生故障時根據(jù)日志文件中的記錄可以將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到數(shù)據(jù)庫事務(wù)執(zhí)行之前的狀態(tài)，也可以重新執(zhí)行一個事務(wù)，保證數(shù)據(jù)庫處于一個一致的狀態(tài)。登記日志文件時必須先寫日志文件，后寫數(shù)據(jù)庫。原因是事務(wù)執(zhí)行過程中可能發(fā)生故障數(shù)據(jù)庫一致性遭到破壞，此時需要通過日志文件進行恢復(fù)。日志文件必須和數(shù)據(jù)庫存儲在不同的磁盤上，避免磁盤損壞導致數(shù)據(jù)庫和日志文件都遭到破壞，數(shù)據(jù)庫無法恢復(fù)。6.3數(shù)據(jù)庫運行過程中常見的故障有哪幾類？試述對各類故障的恢復(fù)策略。答：數(shù)據(jù)庫運行過程中常見的故障有：事務(wù)故障、系統(tǒng)故障、介質(zhì)故障。事務(wù)故障是在事務(wù)執(zhí)行過程中發(fā)生的故障，事務(wù)故障一定在事務(wù)提交前發(fā)生，這時應(yīng)撤消（Undo）該事務(wù)對數(shù)據(jù)庫一切更新，是由系統(tǒng)自動完成的，對用戶透明。系統(tǒng)故障是指造成系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)并要求系統(tǒng)重新啟動的事件。系統(tǒng)故障會使內(nèi)存數(shù)據(jù)丟失，這樣會使已提交的事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的更新還留在工作區(qū)而未寫入數(shù)據(jù)庫，所以，對所有已提交的事務(wù)需要重做，而對未提交的事務(wù)必須撤消所有對數(shù)據(jù)庫的更新。恢復(fù)是由系統(tǒng)在重新啟動時自動完成的，不須用戶的干預(yù)。介質(zhì)故障是指外存故障，如磁盤損壞、磁頭碰撞、瞬時強磁場干擾等，這類故障將使數(shù)據(jù)庫受到破環(huán)。發(fā)生介質(zhì)故障后，磁盤上的數(shù)據(jù)都可能被破壞。這時，恢復(fù)的方法是重裝數(shù)據(jù)庫，然后重做已經(jīng)完成的事務(wù)。6.4什么是檢查點？設(shè)置檢查點有什么作用？設(shè)置檢查點時系統(tǒng)將做什么動作？答：檢查點是一個數(shù)據(jù)庫事件，DBMS按一定的間隔在日志文件中設(shè)置一個檢查點。采用檢查點技術(shù)，在系統(tǒng)故障恢復(fù)時，記入重做隊列的事務(wù)，只是從最近一個檢查點之后到發(fā)生故障時已提交的事務(wù)，這樣可以大大減少重做的工作量。檢查點發(fā)生時要暫停事務(wù)執(zhí)行，將上一個檢查點之后已提交事務(wù)留在內(nèi)存工作區(qū)所有更新的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，并在日志文件中寫入一個檢查點記錄。6.5給予下述問題的簡要回答。什么是并發(fā)？答：多個事務(wù)在時間上交叉執(zhí)行并發(fā)地存取數(shù)據(jù)庫，這種執(zhí)行方式稱為并發(fā)存取。并發(fā)操作會引起什么問題？答：丟失修改（更新）、不可重復(fù)讀、讀“臟”數(shù)據(jù)。什么是丟失更新？答：當兩個事務(wù)T1和T2先后對同一數(shù)據(jù)對象A進行修改并寫入數(shù)據(jù)庫，后寫入的結(jié)果會覆蓋掉先寫入的結(jié)果，導致先寫入的事務(wù)修改結(jié)果丟失了，即丟失修改問題。什么是讀臟數(shù)據(jù)？答：讀“臟”數(shù)據(jù)，簡稱臟讀，是指一個事務(wù)讀取了另一個未提交的事務(wù)中的數(shù)據(jù)。什么是讀值不可復(fù)現(xiàn)？答：一個事務(wù)沒有執(zhí)行任何更新操作，但同一個查詢操作執(zhí)行兩次或多次，結(jié)果不一致，就說明產(chǎn)生了不可重復(fù)讀的現(xiàn)象，即讀值不可復(fù)現(xiàn)。什么樣的并發(fā)操作是正確的？答：當一個事務(wù)集的并發(fā)調(diào)度與它的某一串行調(diào)度是等價的，則稱該并發(fā)調(diào)度是可串行化的?？纱谢{(diào)度的結(jié)果保持數(shù)據(jù)庫的一致性，是正確的。串行調(diào)度和可串行化調(diào)度有什么區(qū)別？答：一個調(diào)度中各個事務(wù)沒有交叉執(zhí)行而是串行執(zhí)行，則該調(diào)度稱為串行調(diào)度。當一個事務(wù)集的并發(fā)調(diào)度與其某一串行調(diào)度等價，則稱該并發(fā)調(diào)度是可串行化調(diào)度。6.6有兩個事務(wù)：T1：lock（A），lock（B），unlock（A），unlock（B）T2：lock（B），unlock（B），lock（A），unlock（A）它們有多少種調(diào)度方式？其中有多少種是可串行化的？答：本題中，合法調(diào)度要求保持事務(wù)內(nèi)部操作的先后次序，且滿足加鎖約束：事務(wù)在數(shù)據(jù)對象R上加鎖則其他事務(wù)不允許在R上加鎖。根據(jù)要求可以枚舉出11種合法的調(diào)度方式，其中包含兩種串行調(diào)度，其余9種并發(fā)調(diào)度都不是可串行化調(diào)度。6.7什么是兩段鎖協(xié)議？什么是嚴格的2PL協(xié)議？如何實現(xiàn)2PL協(xié)議？答：兩段鎖協(xié)議（簡稱2PL協(xié)議），是一種能夠?qū)崿F(xiàn)并發(fā)調(diào)度可串行化的封鎖協(xié)議。兩段鎖協(xié)議規(guī)定：（1）在任何數(shù)據(jù)對象進行讀、寫操作之前，事務(wù)要獲得對數(shù)據(jù)對象的加鎖；（2）在釋放任意一個鎖之后，事務(wù)不再允許獲得任何其他加鎖。把所有鎖都放在事務(wù)結(jié)束時釋放的兩段鎖協(xié)議稱為嚴格的2PL協(xié)議。在實現(xiàn)中，兩段鎖協(xié)議把事務(wù)的加鎖過程分成擴展和收縮階段，其中擴展階段逐步增加鎖，收縮階段逐步釋放鎖。6.8什么叫活鎖？如何防止活鎖？答：系統(tǒng)可能使某個事務(wù)永遠處于等待狀態(tài)，得不到封鎖的機會，這種現(xiàn)象稱為系統(tǒng)進入了活鎖。采用先來先服務(wù)的策略可以防止活鎖。6.9什么叫死鎖？如何預(yù)防和處理死鎖？答：如果系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的事務(wù)都處于等待狀態(tài)，并且每個事務(wù)都在等待其中另一個事務(wù)解除封鎖，它才能夠繼續(xù)執(zhí)行下去，結(jié)果造成任何一個事務(wù)都無法繼續(xù)執(zhí)行，這種現(xiàn)象稱為系統(tǒng)