数据库系统概论题解答第二版.docx

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数据库系统概论题解答第二版

第1章绪论

1．试述数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统的概念。

答：

（l）数据（Data）：

描述事物的符号记录称为数据。

数据的种类有数字、文字、图形、图像、声音、正文等。

数据与其语义是不可分的。

解析在现代计算机系统中数据的概念是广义的。

早期的计算机系统主要用于科学计算，处理的数据是整数、实数、浮点数等传统数学中的数据。

现代计算机能存储和处理的对象十分广泛，表示这些对象的数据也越来越复杂。

数据与其语义是不可分的。

500这个数字可以表示一件物品的价格是500元，也可以表示一个学术会议参加的人数有500人，还可以表示一袋奶粉重500克。

（2）数据库（DataBase，简称DB）：

数据库是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。

数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。

（3）数据库系统（DataBas。

Sytem，简称DBS）：

数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员构成。

解析数据库系统和数据库是两个概念。

数据库系统是一个人一机系统，数据库是数据库系统的一个组成部分。

但是在日常工作中人们常常把数据库系统简称为数据库。

希望读者能够从人们讲话或文章的上下文中区分“数据库系统”和“数据库”，不要引起混淆。

（4）数据库管理系统（DataBaseManagementsytem，简称DBMs）：

数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，用于科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据。

DBMS的主要功能包括数据定义功能、数据操纵功能、数据库的运行管理功能、数据库的建立和维护功能。

解析DBMS是一个大型的复杂的软件系统，是计算机中的基础软件。

目前，专门研制DBMS的厂商及其研制的DBMS产品很多。

著名的有美国IBM公司的DBZ关系数据库管理系统和IMS层次数据库管理系统、美国Oracle公司的orade关系数据库管理系统、s油ase公司的s油ase关系数据库管理系统、美国微软公司的SQLServe，关系数据库管理系统等。

9．定义并解释概念模型中以下术语：

实体，实体型，实体集，属性，码，实体联系图（E一R图）

答：

实体：

客观存在并可以相互区分的事物叫实体。

实体型：

具有相同属性的实体具有相同的特征和性质，用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。

实体集：

同型实体的集合称为实体集。

属性：

实体所具有的某一特性，一个实体可由若干个属性来刻画。

码：

惟一标识实体的属性集称为码。

实体联系图（E一R图）：

提供了表示实体型、属性和联系的方法：

·实体型：

用矩形表示，矩形框内写明实体名；·属性：

用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来；·联系：

用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:

1,1:

n或m:

n）。

12．学校中有若干系，每个系有若干班级和教研室，

每个教研室有若干教员，其中有的教授和副教授每

人各带若干研究生；每个班有若干学生，每个学生

选修若干课程，每门课可由若干学生选修。

请用

E一R图画出此学校的概念模型。

答：

20．试述数据库系统三级模式结构，这种结构的优点是什么？

答：

数据库系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式组成。

（参见书上图1.29）外模式，亦称子模式或用户模式，是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。

模式，亦称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。

模式描述的是数据的全局逻辑结构。

外模式涉及的是数据的局部逻辑结构，通常是模式的子集。

内模式，亦称存储模式，是数据在数据库系统内部的表示，即对数据的物理结构和存储方式的描述。

数据库系统的三级模式是对数据的三个抽象级别，它把数据的具体组织留给DBMs管理，使用户能逻辑抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的表示和存储。

为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换，数据库系统在这三级模式之间提供了两层映像：

外模式／模式映像和模式／内模式映像。

正是这两层映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

22．什么叫数据与程序的物理独立性？

什么叫数据与程序的逻辑独立性？

为什么数据库系统具有数据与程序的独立性？

答：

数据与程序的逻辑独立性：

当模式改变时（例如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等），由数据库管理员对各个外模式／模式的映像做相应改变，可以使外模式保持不变。

应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。

数据与程序的物理独立性：

当数据库的存储结构改变了，由数据库管理员对模式／内模式映像做相应改变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变，保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。

数据库管理系统在三级模式之间提供的两层映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

第2章关系数据库

1．试述关系模型的三个组成部分。

答：

关系模型由关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束三部分组成。

5．设有一个SPJ数据库，包括S，P，J，SPJ四个关系模式：

1）求供应工程J1零件的供应商号码SNO：

πSno（σSno=‘J1’（SPJ））

2）求供应工程J1零件P1的供应商号码SNO：

πSno（σSno=‘J1’∧Pno=‘P1‘（SPJ））

3）求供应工程J1零件为红色的供应商号码SNO：

πSno（σPno=‘P1‘（σCOLOR=’红‘（P）∞SPJ））

4）求没有使用天津供应商生产的红色零件的工程号JNO：

6．试述等值连接与自然连接的区别和联系。

答：

连接运算符是“=”的连接运算称为等值连接。

它是从关系R与S的广义笛卡尔积中选取A，B属性值相等的那些元组

自然连接是一种特殊的等值连接，它要求两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性组，并且在结果中把重复的属性列去掉。

7．关系代数的基本运算有哪些?

如何用这些基本运算来表示其他运算?

答：

并、差、笛卡尔积、投影和选择5种运算为基本的运算。

其他3种运算，即交、连接和除，均可以用这5种基本运算来表达。

第3章关系数据库标准语言SQL

2．试述sQL的定义功能。

sQL的数据定义功能包括定义表、定义视图和定义索引。

SQL语言使用cREATETABLE语句建立基本表，ALTERTABLE语句修改基本表定义，DROPTABLE语句删除基本表；使用CREATEINDEX语句建立索引，DROPINDEX语句删除索引；使用CREATEVIEW语句建立视图，DROPVIEW语句删除视图。

5．针对习题3中的四个表试用SQL语言完成以下各项操作：

（1）找出所有供应商的姓名和所在城市。

SELECTSNAME,CITYFROMS

（2）找出所有零件的名称、颜色、重量。

SELECTPNAME,COLOR,WEIGHTFROMP

（3）找出使用供应商S1所供应零件的工程号码。

SELECTDISTJNOFROMSPJWHERESNO='S1'

（4）找出工程项目J2使用的各种零件的名称及其数量。

SELECTPNAME,QTYFROMSPJ,P

WHEREP.PNO=SPJ.PNOANDSPJ.JNO='J2'

（5）找出上海厂商供应的所有零件号码。

SELECTPNOFROMSPJ,SWHERES.SNO=SPJ.SNOANDCITY='上海'

（6）出使用上海产的零件的工程名称。

SELECTJNAMEFROMSPJ,S,J

WHERES.SNO=SPJ.SNOANDS.CITY='上海'ANDJ.JNO=SPJ.JNO

（7）找出没有使用天津产的零件的工程号码。

注意:

SELECTDISPJNOFROMSPJWHEREJNONOTIN（SELECTDISTJNOFROMSPJ,SWHERES.SNO=SPJ.SNOANDS.CITY='天津'）适用于JNO是唯一或不唯一的情况.

注意:

SELECTDISTJNOFROMSPJ,SWHERES.SNO=SPJ.SNOANDS.CITY<>'天津'适用于JNO是唯一的情况

（8）把全部红色零件的颜色改成蓝色。

UPDATEPSETCOLOR='蓝'WHERECOLOR='红'

（9）由S5供给J4的零件P6改为由S3供应。

UPDATESPJSETSNO='S3'WHERESNO='S5'ANDJNO='J4'ANDPNO='P6'

（10）从供应商关系中删除供应商号是S2的记录，并从供应情况关系中删除相应的记录。

A、DELETEFROMSWHERESNO=’S2’

B、DELETEFROMSPJWHERESNO=‘S2’

（11）请将（S2，J6，P4，200）插入供应情况关系。

INSERTINTOSPJVALUES（‘S2’，‘J6’，‘P4’，200）

6．什么是基本表？

什么是视图？

答

两者的区别和联系是什么？

基本表是本身独立存在的表，在sQL中一个关系就对应一个表。

视图是从一个或几个基本表导出的表。

视图本身不独立存储在数据库中，是一个虚表。

即数据库中只存放视图的定义而不存放视图对应的数据，这些数据仍存放在导出视图的基本表中。

视图在概念上与基本表等同，用户可以如同基本表那样使用视图，可以在视图上再定义视图。

8．所有的视图是否都可以更新？

为什么？

答:

不是。

视图是不实际存储数据的虚表，因此对视图的更新，最终要转换为对基本表的更新。

因为有些视图的更新不能惟一有意义地转换成对相应基本表的更新，所以，并不是所有的视图都是可更新的.

第4章数据库安全性

2．数据库安全性和计算机系统的安全性有什么关系？

答：

安全性问题不是数据库系统所独有的，所有计算机系统都有这个问题。

只是在数据库系统中大量数据集中存放，而且为许多最终用户直接共享，从而使安全性问题更为突出。

系统安全保护措施是否有效是数据库系统的主要指标之一。

数据库的安全性和计算机系统的安全性，包括操作系统、网络系统的安全性是紧密联系、相互支持的，

5．试述实现数据库安全性控制的常用方法和技术。

答：

实现数据库安全性控制的常用方法和技术有：

（l）用户标识和鉴别：

该方法由系统提供一定的方式让用户标识自己的名字或身份。

每次用户要求进入系统时，由系统进行核对，通过鉴定后才提供系统的使用权。

（2）存取控制：

通过用户权限定义和合法权检查确保只有合法权限的用户访问数据库，所有未被授权的人员无法存取数据。

例如CZ级中的自主存取控制（DAC）,Bl级中的强制存取控制（MAC）。

（3）视图机制：

为不同的用户定义视图，通过视图机制把要保密的数据对无权存取的用户隐藏起来，从而自动地对数据提供一定程度的安全保护。

（4）审计：

建立审计日志，把用户对数据库的所有操作自动记录下来放入审计日志中，DBA可以利用审计跟踪的信息，重现导致数据库现有状况的一系列事件，找出非法存取数据的人、时间和内容等。

（5）数据加密：

对存储和传输的数据进行加密处理，从而使得不知道解密算法的人无法获知数据的内容。

6．什么是数据库中的自主存取控制方法和强制存取控制方法？

答：

自主存取控制方法：

定义各个用户对不同数据对象的存取权限。

当用户对数据库访问时首先检查用户的存取权限。

防止不合法用户对数据库的存取。

强制存取控制方法：

每一个数据对象被（强制地）标以一定的密级，每一个用户也被（强制地）授予某一个级别的许可证。

系统规定只有具有某一许可证级别的用户才能存取某一个密级的数据对象。

8．请用SQL的GRANT和REVOKE语句（加上视图机制）完成以下授权定义或存取控制功能:

（a）用户王明对两个表有SELECT权力。

GRANTSELECTON职工,部门

TO王明

（b）用户李勇对两个表有INSERT和DELETE权力。

GRANTINSERT,DELETEON职工,部门

TO李勇

（c）每个职工只对自己的记录有SELECT权力。

GRANTSELECTON职工

WHENUSER（）=NAME

TOALL;

（d）用户刘星对职工表有SELECT权力，对工资字段具有更新权力。

GRANTSELECT,UPDATE（工资）ON职工

TO刘星

（e）用户张新具有修改这两个表的结构的权力。

GRANTALTERTABLEON职工,部门

TO张新;

（f）用户周平具有对两个表所有权力（读，插，改，删数据），并具有给其他用户授权的权力。

GRANTALLPRIVILIGESON职工,部门

TO周平

WITHGRANTOPTION;

（g）用户杨兰具有从每个部门职工中SELECT最高工资、最低工资、平均工资的权力，他不能查看每个人的工资。

CREATEVIEW部门工资AS

SELECT部门.名称,MAX（工资）,MIN（工资）,AVG（工资）

FROM职工,部门

WHERE职工.部门号=部门.部门号

GROUPBY职工.部门号

GRANTSELECTON部门工资

TO杨兰;

13．什么是数据库的审计功能，为什么要提供审计功能？

答：

审计功能是指DBMS的审计模块在用户对数据库执行操作的同时把所有操作自动记录到系统的审计日志中。

因为任何系统的安全保护措施都不是完美无缺的，蓄意盗窃破坏数据的人总可能存在。

利用数据库的审计功能，DBA可以根据审计跟踪的信息，重现导致数据库现有状况的一系列事件，找出非法存取数据的人、时间和内容等。

第5章数据库完整性

1什么是数据库的完整性？

答:

数据库的完整性是指数据的正确性和相容性。

4.DBMS的完整性控制机制应具有哪些功能？

答:

DBMS的完整性控制机制应具有三个方面的功能：

（l）定义功能，即提供定义完整性约束条件的机制；

（2）检查功能，即检查用户发出的操作请求是否违背了完整性约束条件；（3）违约反应：

如果发现用户的操作请求使数据违背了完整性约束条件，则采取一定的动作来保证数据的完整性。

第6章关系数据库理论

1．理解并给出下列术语的定义：

函数依赖、部分函数依赖、完全函数依赖、传递依赖、候选码、主码、外码、全码（All一key）、1NF、ZNF、3NF、BcNF、多值依赖、4NF。

定义1：

设R（U）是属性集U上的关系模式。

X，Y是属性集U的子集。

若对于R（U）的任意一个可能的关系r，r中不可能存在两个元组在X上的属性值相等，而在Y上的属性值不等，则称X函数确定Y或Y函数依赖于X，记作X→Y。

（即只要X上的属性值相等，Y上的值一定相等。

）

术语和记号：

X→Y，但Y不是X的子集，则称X→Y是非平凡的函数依赖。

若不特别声明，总是讨论非平凡的函数依赖。

X→Y，但Y是X的子集，则称X→Y是平凡的函数依赖。

若X→Y，则X叫做决定因素（Determinant）。

若X→Y，Y→X，则记作X←→Y。

若Y不函数依赖于X，则记作X→Y。

定义2：

在R（U）中，如果X→Y，并且对于X的任何一个真子集X’，都有X’→Y，则称Y对X完全函数依赖

若X→Y，但Y不完全函数依赖于X，则称Y对X部分函数依赖

定义3：

若关系模式R的每一个分量是不可再分的数据项，则关系模式R属于第一范式（1NF）。

定义4：

若关系模式R∈1NF，且每一个非主属性完全函数依赖于码，则关系模式R∈2NF。

（即1NF消除了非主属性对码的部分函数依赖则成为2NF）。

定义5:

关系模式R中若不存在这样的码X、属性组Y及非主属性Z（Z不是Y的子集）使得X→Y，Y→X，Y→Z成立，则称R∈3NF。

定义6:

关系模式R∈1NF。

若X→Y且Y不是X的子集时,X必含有码，则R∈BCNF。

定义7:

关系模式R∈1NF，如果对于R的每个非平凡多值依赖X→→Y（Y不是X的子集，Z=U-X-Y不为空），X都含有码，则称R∈4NF。

2．建立一个关于系、学生、班级、学会等诸信息的关系数据库。

学生：

学号、姓名、出生年月、系名、班号、宿舍区。

班级：

班号、专业名、系名、人数、入校年份。

系：

系名、系号、系办公地点、人数。

学会：

学会名、成立年份、办公地点、人数。

语义如下：

一个系有若干专业，每个专业每年只招一个班，每个班有若干学生。

一个系的学生住在同一宿舍区。

每个学生可参加若干学会，每个学会有若干学生。

学生参加某学会有一个入会年份。

请给出关系模式，写出每个关系模式的极小函数依赖集，指出是否存在传递函数依赖，对于函数依赖左部是多属性的情况讨论函数依赖是完全函数依赖，还是部分函数依赖。

指出各关系模式的候选码、外部码，有没有全码存在?

解：

（1）关系模式如下：

学生：

S（Sno，Sname，Sbirth，Dept，Class，Rno）

班级：

C（Class，Pname，Dept，Cnum，Cyear）

系：

D（Dept，Dno，Office，Dnum）

学会：

M（Mname，Myear，Maddr，Mnum）

（2）每个关系模式的最小函数依赖集如下：

A、学生S（Sno，Sname，Sbirth，Dept，Class，Rno）的最小函数依赖集如下:

Sno→Sname，Sno→Sbirth，Sno→Class，Class→Dept，DEPT→Rno

传递依赖如下：

由于Sno→Dept，而Dept→Sno，Dept→Rno（宿舍区）

所以Sno与Rno之间存在着传递函数依赖。

由于Class→Dept，Dept→Class，Dept→Rno

所以Class与Rno之间存在着传递函数依赖。

由于Sno→Class，Class→Sno，Class→Dept

所以Sno与Dept之间存在着传递函数依赖。

B、班级C（Class，Pname，Dept，Cnum，Cyear）的最小函数依赖集如下:

Class→Pname，Class→Cnum，Class→Cyear，Pname→Dept.

由于Class→Pname，Pname→Class，Pname→Dept

所以C1ass与Dept之间存在着传递函数依赖。

C、系D（Dept，Dno，Office，Dnum）的最小函数依赖集如下：

Dept→Dno，Dno→Dept，Dno→Office，Dno→Dnum

根据上述函数依赖可知，Dept与Office，Dept与Dnum之间不存在传递依赖。

D、学会M（Mname，Myear，Maddr，Mnum）的最小函数依赖集如下：

Mname→Myear，Mname→Maddr，Mname→Mnum

该模式不存在传递依赖。

（3）各关系模式的候选码、外部码，全码如下：

A、学生S候选码：

Sno；外部码：

Dept、Class；无全码

B、班级C候选码：

Class；外部码：

Dept；无全码

C、系D候选码：

Dept或Dno；无外部码；无全码

D、学会M候选码：

Mname；无外部码；无全码

第7章数据库设计

1．试述数据库设计过程。

答：

这里只概要列出数据库设计过程的六个阶段：

（l）需求分析；

（2）概念结构设计；（3）逻辑结构设计；（4）数据库物理设计；（5）数据库实施；（6）数据库运行和维护。

这是一个完整的实际数据库及其应用系统的设计过程。

不仅包括设计数据库本身，还包括数据库的实施、运行和维护。

设计一个完善的数据库应用系统往往是上述六个阶段的不断反复。

6．数据字典的内容和作用是什么？

答：

数据字典是系统中各类数据描述的集合。

数据字典的内容通常包括：

（l）数据项；

（2）数据结构；（3）数据流；（4）数据存储；（5）处理过程五个部分。

其中数据项是数据的最小组成单位，若干个数据项可以组成一个数据结构。

数据字典通过对数据项和数据结构的定义来描述数据流和数据存储的逻辑内容。

数据字典的作用：

数据字典是关于数据库中数据的描述，在需求分析阶段建立，是下一步进行概念设计的基础，并在数据库设计过程中不断修改、充实、完盖。

18．现有一局部应用，包括两个实体：

“出版社”和“作者”，这两个实体是多对多的联系，请读者自己设计适当的属性，画出E一R图，再将其转换为关系模型（包括关系名、属性名、码和完整性约束条件）。

答：

关系模型为：

作者（作者号，姓名，年龄，性别，电话，地址）出版社（出版社号，名称，地址，联系电话）出版（作者号，出版社号，书的数量）出版关系的主码作者号，出版社号分别参照作者关系的主码作者号和出版社关系的主码出版社号。

19．请设计一个图书馆数据库，此数据库中对每个借阅者保存读者记录，包括：

读者号，姓名，地址，性别，年龄，单位。

对每本书存有：

书号，书名，作者，出版社。

对每本被借出的书存有读者号、借出日期和应还日期。

要求：

给出E一R图，再将其转换为关系模型。

答：

E一R图为：

关系模型为：

读者（读者号，姓名，地址，性别）书（书号，书名，作者，出版社）借书（读者号，书号，借出日期，年龄，单位）应还日期）

第9章关系查询处理和查询优化

3．试述查询优化的一般准则。

答：

下面的优化策略一般能提高查询效率：

（l）选择运算应尽可能先做；

（2）把投影运算和选择运算同时进行；（3）把投影同其前或其后的双目运算结合起来执行；（4）把某些选择同在它前面要执行的笛卡儿积结合起来成为一个连接运算；（5）找出公共子表达式；（6）选取合适的连接算法。

4．试述查询优化的一般步骤。

答：

各个关系系统的优化方法不尽相同，大致的步骤可以归纳如下：

（l）把查询转换成某种内部表示，通常用的内部表示是语法树。

（2）把语法树转换成标准（优化）形式。

即利用优化算法，把原始的语法树转换成优化的形式。

（3）选择低层的存取路径。

（4）生成查询计划，选择代价最小的。

第10章数据库恢复技术

1．试述事务的概念及事务的4个特性。

答：

事务是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全做要么全不做，是一个不可分割的工作单位。

事务具有4个特性：

原子性（Atomicity）、一致性（consistency）、隔离性（Isolation）和持续性（Durability）。

这4个特性也简称为ACID特性。

原子性：

事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做。

一致性：

事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。