数据库系统概论第四版习题答案.docx
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数据库系统概论第四版习题答案
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。
3．试述文件系统与数据库系统的区别和联系。
答：
文件系统与数据库系统的区别是：
文件系统面向某一应用程序，共享性差，冗余度大，数据独立性差，记录内有结构，整体无结构，由应用程序自己控制。
数据库系统面向现实世界，共享性高，冗余度小，具有较高的物理独立性和一定的逻辑独立性，整体结构化，用数据模型描述，由数据库管理系统提供数据的安全性、完整性、并发控制和恢复能力。
文件系统与数据库系统的联系是：
文件系统与数据库系统都是计算机系统中管理数据的软件。
解析文件系统是操作系统的重要组成部分；而DBMS是独立于操作系统的软件。
但是DBMS是在操作系统的基础上实现的；数据库中数据的组织和存储是通过操作系统中的文件系统来实现的。
5．试述数据库系统的特点。
答：
数据库系统的主要特点有：
（l）数据结构化数据库系统实现整体数据的结构化，这是数据库的主要特征之一，也是数据库系统与文件系统的本质区别。
解析注意这里的“整体’夕两个字。
在数据库系统中，数据不再针对某一个应用，而是面向全组织，具有整体的结构化。
不仅数据是结构化的，而且数据的存取单位即一次可以存取数据的大小也很灵活，可以小到某一个数据项（如一个学生的姓名），大到一组记录（成千上万个学生记录）。
而在文件系统中，数据的存取单位只有一个：
记录，如一个学生的完整记录。
（2）数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据库的数据不再面向某个应用而是面向整个系统，因此可以被多个用户、多个应用以多种不同的语言共享使用。
由于数据面向整个系统，是有结构的数据，不仅可以被多个应用共享使用，而且容易增加新的应用，这就使得数据库系统弹性大，易于扩充。
解析数据共享可以大大减少数据冗余，节约存储空间，同时还能够避免数据之间的不相容性与不一致性。
所谓“数据面向某个应用”是指数据结构是针对某个应用设计的，只被这个应用程序或应用系统使用，可以说数据是某个应用的“私有资源”。
所谓“弹性大”是指系统容易扩充也容易收缩，即应用增加或减少时不必修改整个数据库的结构，只需做很少的改动。
可以取整体数据的各种子集用于不同的应用系统，当应用需求改变或增加时，只要重新选取不同的子集或加上一部分数据，便可以满足新的需求。
（3）数据独立性高数据独立性包括数据的物理独立性和数据的逻辑独立性。
数据库管理系统的模式结构和二级映像功能保证了数据库中的数据具有很高的物理独立性和逻辑独立性。
（4）数据由DBMS统一管理和控制数据库的共享是并发的共享，即多个用户可以同时存取数据库中的数据甚至可以同时存取数据库中同一个数据。
为此，DBMS必须提供统一的数据控制功能，包括数据的安全性保护、数据的完整性检查、并发控制和数据库恢复。
解析DBMS数据控制功能包括四个方面：
数据的安全性保护：
保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏；数据的完整性检查：
将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系；并发控制：
对多用户的并发操作加以控制和协调，保证并发操作的正确性；数据库恢复：
当计算机系统发生硬件故障、软件故障，或者由于操作员的失误以及故意的破坏影响数据库中数据的正确性，甚至造成数据库部分或全部数据的丢失时，能将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态（亦称为完整状态或一致状态）。
下面可以得到“什么是数据库”的一个定义：
数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的共享的数据集合，它可以供各种用户共享，具有最小冗余度和较高的数据独立性。
DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性、安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发控制，在发生故障后对系统进行恢复。
数据库系统的出现使信息系统从以加工数据的程序为中心转向围绕共享的数据库为中心的新阶段。
6．数据库管理系统的主要功能有哪些？
答：
（l）数据库定义功能；
（2）数据存取功能；
（3）数据库运行管理；
（4）数据库的建立和维护功能。
7．试述数据模型的概念、数据模型的作用和数据模型的三个要素。
答：
数据模型是数据库中用来对现实世界进行抽象的工具，是数据库中用于提供信息表示和操作手段的形式构架。
一般地讲，数据模型是严格定义的概念的集合。
这些概念精确描述了系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。
因此数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成。
（l）数据结构：
是所研究的对象类型的集合，是对系统静态特性的描述。
（2）数据操作：
是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许进行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则，是对系统动态特性的描述。
（3）数据的约束条件：
是一组完整性规则的集合。
完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。
解析数据模型是数据库系统中最重要的概念之一。
必须通过《概论》的学习真正掌握数据模型的概念和作用。
数据模型是数据库系统的基础。
任何一个DBMS都以某一个数据模型为基础，或者说支持某一个数据模型。
数据库系统中，模型有不同的层次。
根据模型应用的不同目的，可以将模型分成两类或者说两个层次：
一类是概念模型，是按用户的观点来对数据和信息建模，用于信息世界的建模，强调语义表达能力，概念简单清晰；另一类是数据模型，是按计算机系统的观点对数据建模，用于机器世界，人们可以用它定义、操纵数据库中的数据，一般需要有严格的形式化定义和一组严格定义了语法和语义的语言，并有一些规定和限制，便于在机器上实现。
18．试述关系模型的概念，定义并解释以下术语：
（l）关系
（2）属性（3）域（4）元组（5）主码（6）分量（7）关系模式
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。
在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。
（l）关系：
一个关系对应通常说的一张表；
（2）属性：
表中的一列即为一个属性；（3）域：
属性的取值范围；（4）元组：
表中的一行即为一个元组；（5）主码：
表中的某个属性组，它可以惟一确定一个元组；（6）分量：
元组中的一个属性值；（7）关系模式：
对关系的描述，一般表示为关系名（属性1，属性2，…，属性n）
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5章数据库完整性
2．数据库的完整性概念与数据库的安全性概念有什么区别和联系？
答:
数据的完整性和安全性是两个不同的概念，但是有一定的联系。
前者是为了防止数据库中存在不符合语义的数据，防止错误信息的输入和输出，即所谓垃圾进垃圾出（Garba:
eInGarba:
eout）所造成的无效操作和错误结果。
后者是保护数据库防止恶意的破坏和非法的存取。
也就是说，安全性措施的防范对象是非法用户和非法操作，完整性措施的防范对象是不合语义的数据。
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。
7．关系系统中，当操作违反实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性约束条件时，一般是如何分别进行处理的？
答:
对于违反实体完整性和用户定义的完整性的操作一般都采用拒绝执行的方式进行处理。
而对于违反参照完整性的操作，并不都是简单地拒绝执行，有时要根据应用语义执行一些附加的操作，以保证数据库的正确性。
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。
4．试述数据库设计的特点。
答：
数据库设计既是一项涉及多学科的综合性技术又是一项庞大的工程项目。
其主要特点有：
（l）数据库建设是硬件、软件和干件（技术与管理的界面）的结合。
（2）从软件设计的技术角度看，数据库设计应该和应用系统设计相结合，也就是说，整个设计过程中要把结构（数据）设计和行为（处理）设计密切结合起来。
5．需求分析阶段的设计目标是什么？
调查的内容是什么？
答：
需求分析阶段的设计目标是通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充分了解原系统（手工系统或计算机系统）工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新系统的功能。
调查的内容是“数据’夕和“处理”，即获得用户对数据库的如下要求：
（l）信息要求，指用户需要从数据库中获得信息的内容与性质，由信息要求可以导出数据要求，即在数据库中需要存储哪些数据；
（2）处理要求，指用户要完成什么处理功能，对处理的响应时间有什么要求，处理方式是批处理还是联机处理；（3）安全性与完整性要求。
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。
8．什么叫数据抽象？
试举例说明。
答：
数据抽象是对实际的人、物、事和概念进行人为处理，抽取所关心的共同特性，忽略非本质的细节，并把这些特性用各种概念精确地加以描述，这些概念组成了某种模型。
如“分类’夕这种抽象是：
定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型。
这些对象具有某些共同的特性和行为。
它抽象了对象值和型之间的，'i5memberof”的语义。
在E一R模型中，实体型就是这种抽象。
例如在学校环境中，李英是老师，表示李英是教师类型中的一员，则教师是实体型，李英是教师实体型中的一个实体值，具有教师共同的特性和行为：
在某个系某个专业教学，讲授某些课程，从事某个方向的科研。
9．试述数据库概念结构设计的重要性和设计步骤。
答：
重要性：
数据库概念设计是整个数据库设计的关键，将在需求分析阶段所得到的应用需求首先抽象为概念结构，以此作为各种数据模型的共同基础，从而能更好地、更准确地用某一DBMS实现这些需求。
设计步骤：
概念结构的设计方法有多种，其中最经常采用的策略是自底向上方法，该方法的设计步骤通常分为两步：
第1步是抽象数据并设计局部视图，第2步是集成局部视图，得到全局的概念结构。
11．什么是数据库的逻辑结构设计？
试述其设计步骤。
答：
数据库的逻辑结构设计就是把概念结构设计阶段设计好的基本E一R图转换为与选用的DBMS产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构。
设计步骤为:
（l）将概念结构转换为一般的关系、网状、层次模型；
（2）将转换来的关系、网状、层次模型向特定DBMS支持下的数据模型转换；（3）对数据模型进行优化。
15．试述数据库物理设计的内容和步骤。
答：
数据库在物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的物理结构，它依赖于给定的DBMS。
为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用要求的物理结构，就是数据库的物理设计的主要内容。
数据库的物理设计步骤通常分为两步：
（l）确定数据库的物理结构，在关系数据库中主要指存取方法和存储结构；
（2）对物理结构进行评价，评价的重点是时间效率和空间效率。
第11章并发控制
8．什么样的并发调度是正确的调度？
答：
可串行化（Serializable）的调度是正确的调度。
可串行化的调度的定义：
多个事务的并发执行是正确的，当且仅当其结果与按某一次序串行执行它们时的结果相同，称这种调度策略为可串行化的调度。
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