数据库原理及应用课后答案第4章关系数据库设计理论.docx
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数据库原理及应用课后答案第4章关系数据库设计理论
第4章关系数据库设计理论
习题
一、选择题
1、C2、B
3、C4、C
5、A6、B
7、A8、B
9、D10、B
二、填空题
1、数据依赖主要包括_函数_依赖、_多值_依赖和连接依赖。
2、一个不好的关系模式会存在_插入异常_、_删除异常_和__修改复杂_等弊端。
3、设X→Y为R上的一个函数依赖，若_对任意X的真子集X’,均无X’→Y存在__，则称Y完全函数依赖于X。
4、设关系模式R上有函数依赖X→Y和Y→Z成立，若_Y不包含于X_且_Y→X不成立_，则称Z传递函数依赖于X。
5、设关系模式R的属性集为U，K为U的子集，若_K→U为完全函数依赖_，则称K为R的候选键。
6、包含R中全部属性的候选键称_主属性_。
不在任何候选键中的属性称__非主属性_。
7、Armstrong公理系统是_有效__的和_完备__的。
8、第三范式是基于_函数_依赖的范式，第四范式是基于_多值_依赖的范式。
9、关系数据库中的关系模式至少应属于_第一_范式。
10、规范化过程，是通过投影分解，把_一个范式级别较低的_的关系模式“分解”为_若干个范式级别较高__的关系模式。
三、简答题
1、解释下列术语的含义：
函数依赖、平凡函数依赖、非平凡函数依赖、部分函数依赖、完全函数依赖、传递函数依赖、范式、无损连接性、依赖保持性。
解：
函数依赖：
设关系模式R（U，F），U是属性全集，F是U上的函数依赖集，X和Y是U的子集，如果对于R（U）的任意一个可能的关系r，对于X的每一个具体值，Y都有唯一的具体的值与之对应，则称X函数决定Y，或Y函数依赖于X，记X→Y。
我们称X为决定因素，Y为依赖因素。
当Y不函数依赖于X时，记作：
X
Y。
当X→Y且Y→X时，则记作：
X
Y。
平凡函数依赖：
当属性集Y是属性集X的子集时，则必然存在着函数依赖X→Y，这种类型的函数依赖称为平凡的函数依赖。
非平凡函数依赖：
如果Y不是X子集，则称X→Y为非平凡的函数依赖。
完全函数依赖与部分函数依赖：
设有关系模式R（U），U是属性全集，X和Y是U的子集，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（FullFunctionalDependency）,记作X
Y。
如果对X的某个真子集X'，有X'→Y，则称Y对X部分函数依赖（PartialFunctionalDependency）,记作X
Y。
传递函数依赖：
设有关系模式R（U），U是属性全集，X，Y，Z是U的子集，若X→Y（Y
X），但Y
X，又Y→Z，则称Z对X传递函数依赖（TransitiveFunctionalDependency）,记作：
X
Z。
范式：
在关系数据库的规范化过程中，为不同程度的规范化要求设立的不同的标准或准则称为范式（NormalForm）。
满足最低要求的叫第一范式,简称1NF。
在第一范式中满足进一步要求的为第二范式（2NF）,其余以此类推。
R为第几范式就可以写成R∈xNF（x表示某范式名）。
当把某范式看成是满足该范式的所有关系模式的集合时，各个范式之间的集合关系可以表示为：
5NF
4NF
BCNF
3NF
2NF
1NF。
一个低一级范式的关系模式，通过模式分解可以转换为若干个高一级范式的关系模式的集合，这种过程就叫规范化。
无损连接性：
设R（X，Y，Z），X、Y、Z为不相交的属性集合，如果有X→Y、X→Z，则有R（X，Y，Z）=R[X，Y]∞R[X，Z]，其中R[X，Y]表示关系R在属性（X，Y）上的投影，即R等于两个分别含决定因素X的投影关系（分别是R[X，Y]与R[X，Z]）在X上的自然连接，这样便保证了关系R分解后不会丢失原有的信息，这称作关系分解的无损连接性。
依赖保持性：
设有关系模式R（U，F），Z⊆U，则Z所涉及到的F中所有函数依赖为F在Z上的投影，记为∏Z（F），有∏Z（F）=｛X→Y｜（X→Y）∈F＋且XY⊆Z｝为函数依赖集F在Z上的投影。
设R（U，F）的一个分解ρ＝｛R1，R2，…，Rk｝，如果F等价于∏R1（F）∪∏R2（F）∪…∪∏Rk（F），则称分解ρ具有函数依赖保持性。
检验一个分解是否具有依赖保持性，实际上是检验∏R1（F）∪∏R2（F）∪…∪∏Rk（F）是否覆盖F。
2、给出2NF、3NF、BCNF的形式化定义，并说明它们之间的区别和联系。
解：
1）2NF
如果关系模式R∈1NF，R（U，F）中的所有非主属性都完全函数依赖于任意一个候选关键字，则称关系R是属于第二范式（SecondNormalForm），简称2NF，记作R∈2NF。
2）3NF
如果关系模式R∈2NF，R（U，F）中所有非主属性对任何候选关键字都不存在传递函数依赖，则称R是属于第三范式（ThirdNormalForm），简称3NF，记作R∈3NF。
3）BCNF
如果关系模式R∈1NF，且所有的函数依赖X→Y（Y不包含于X，即Y
X），决定因素X都包含了R的一个候选码，则称R属于BC范式（Boyce-CoddNormalForm）,记作R∈BCNF。
4）区别和联系
（1）BCNF
3NF
2NF
（2）BCNF、3NF与2NF均是针对函数依赖而定义划分的。
2NF、3NF和BCNF是在函数依赖的条件下对模式分解所能达到的分离程度的测度。
一个模式中的关系模式如果都属于BCNF，那么在函数依赖范畴内，它已实现了彻底的分离，已消除了插入和删除异常。
3、什么叫关系模式分解？
为什么要做关系模式分解？
模式分解要遵循什么准则？
解：
1）关系模式分解：
一个低一级范式的关系模式，通过模式分解可以转换为若干个高一级范式的关系模式的集合，这种过程就叫关系模式分解又叫关系模式规范化。
2）做关系模式分解是因为：
不好的关系往往内容“包罗万象”，内容太杂了。
实现了信息的某种程度的分离，必须把“包罗万象”的关系模式，分解为若干内容单一，结合紧密的关系模式，才能使关系表现出更好的操作性能，避免出现各种异常问题的产生。
3）模式分解要按需遵循模式分解的无损连接性或模式分解的依赖保持性。
4、试证明全码的关系必是3NF，也必是BCNF。
证明：
1）
设有关系R（U，F），因为R含全码，所以U中的属性均为主属性，即R不含任何非主属性。
根据3NF的定义，R中没有非主属性对码有传递函数依赖存在。
根据定义可下结论：
R∈3NF。
证毕。
2）
采用反证法，假设R
BCNF。
则按照定义R中必含有X→Y（Y
X），其中X
U，Y包含于U，X不含码。
在X→Y的两边同时并上U-Y，得：
X（U-Y）→U。
显然X（U-Y）≠U或X（U-Y）
U。
这与题中已知条件关系R为全码相矛盾。
假设R
BCNF不成立，本题得证。
5、要建立关于系、学生、班级、研究会等信息的一个关系数据库。
规定：
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个宿舍区。
每个学生可参加若干研究会，每个研究会有若干学生。
学生参加某研究会，有一个入会年份。
描述学生的属性有：
学号、姓名、出生年月、系名、班号、宿舍区。
描述班级的属性有：
班号、专业名、系名、人数、入校年份。
描述系的属性有：
系号、系名、系办公室地点、人数。
描述研究会的属性有：
研究会名、成立年份、地点、人数。
试给出上述数据库的关系模式；写出每个关系的最小依赖集（即基本的函数依赖集，不是导出的函数依赖）；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，讨论其函数依赖是完全函数依赖还是部分函数依赖，指出各关系的候选键、外部键。
解：
1）关系模式为：
系（{系号，系名，系办公室地点，宿舍区，人数}，{系号→系名，系号→系办公室地点，系名→系办公室地点，系号→宿舍区}）
班级（{班号，专业名，系号，人数，入校年份}，{班号→专业名，班号→系号，班号→入校年份，（专业名，入校年份）→班号}）
学生（{学号，姓名，出生年月，系号，班号}，{学号→姓名，学号→出生年月，学号→系号，学号→班号，学号→宿舍区，班号→系号，}）
入会（{学号，研究会名，入会年份}，{（学号，研究会名）→入会年份}）
研究会（{研究会名，成立年份，地点，人数}，{研究会名→成立年份，研究会名→地点}）
说明：
人数可以不作为属性，能统计得到；宿舍区应作为系的属性；学生关系中的系号可由班号属性通过班级关系得到，冗余可去。
2）传递函数依赖有：
系号→系办公室地点；学号→宿舍区；
3）以上关系模式中没有部分函数依赖。
系关系中候选键为：
系号；外部键为：
无
班级关系中候选键为：
班号、（专业名，入校年份）；外部键为：
系号
学生关系中候选键为：
学号；外部键为：
班号
入会关系中候选键为：
（学号，研究会名）外部键为：
学号或研究会名
研究会关系中候选键为：
研究会名；外部键为：
无
6、设有关系模式R（A，B，C，D，E，F），函数依赖集F={（A，B）→E，（A，C）→F，（A，D）→B，B→C，C→D}，求出R的所有候选关键字。
解：
R的候选关键字有：
（A、C）、（A、B）、（A、D）
7、设有关系模式R（X，Y，Z），函数依赖集为F={（X，Y）→Z}。
请确定SC的范式等级，并证明。
解：
R的候选关键字有：
（X，Y）
R达到BCNF范式等级，按BCNF定义判定即可，具体略。
8、设有关系模式R（A，B，C，D，E，F），函数依赖集F={A→（B，C），（B，C）→A，（B，C，D）→（E，F），E→C}。
试问：
关系模式R是否为BCNF范式，并证明结论。
解：
R达不到BCNF范式。
R的候选关键字有：
（A，D）、（B，C，D）、（B，E，D）
按BCNF定义判定即可，具体略。
9、设有关系模式R（E，F，G，H），函数依赖F={E→G，G→E，F→（E，G），H→（E，G），（F，H）→E}
（1）求出R的所有候选关键字；
（2）根据函数依赖关系，确定关系模式R属于第几范式；
（3）将R分解为3NF，并保持无损连接性和函数依赖保持性；
（4）求出F的最小函数依赖集。
解：
（1）R的候选关键字为：
（F，H）
（2）R为：
1NF
（3）分解为：
（{E，G}，{E→G，G→E}）、（{F，E}，{F→E}）、（{H，G}，{H→G}）、（{F，H}，{}）
（4）最小函数依赖集为：
{E→G，G→E，F→G，H→G}
按定理4.3,求最小函数依赖集步骤：
F={E→G，G→E，F→（E，G），H→（E，G），（F，H）→E}
={E→G，G→E，F→G，H→E，H→G，（F，H）→E}
={E→G，G→E，F→G，H→G}
10、试问下列关系模式最高属于第几范式，并解释其原因。
（1）R（A，B，C，D），F={B→D，AB→C}。
（2）R（A，B，C，D，E），F={AB→CE，E→AB，C→D}。
（3）R（A，B，C，D），F={B→D，D→B，AB→C}。
（4）R（A，B，C），F={A→B，B→A，A→C}。
（5）R（A，B，C），F={A→B，B→A，C→A}。
（6）R（A，B，C，D），F={A→C，D→B}。
（7）R（A，B，C，D），F={A→C，CD→B}。
解：
只依次写出候选关键字与范式等级（范式按定义判定，具体略）
（1）AB1NF
（2）AB，E2NF
（3）AB，AD3NF
（4）A，BBCNF
（5）C2NF
（6）AD1NF
（7）AD1NF
习题参考答案
1.1第1章习题参考答案
1.1.1.1.一、选择题
1.C2.B3.D4.C5.D
6.B7.A8.B9.D10.B
11.C12.D13.D14.D15.B
16.C17.D18.A19.D20.A
21.D22.D23.C24.A25.C
1.1.1.2.二、填空题
1.数据库系统阶段
2.关系
3.物理独立性
4.操作系统
5.数据库管理系统（DBMS）
6.一对多
7.独立性
8.完整性控制
9.逻辑独立性
10.关系模型
11.概念结构（逻辑）
12.树有向图二维表嵌套和递归
13.宿主语言（或主语言）
14.数据字典
15.单用户结构主从式结构分布式结构客户/服务器结构浏览器/服务器结构
16.现实世界信息世界计算机世界
1.1.1.3.三、简答题
1、简述数据库管理技术发展的三个阶段。
各阶段的特点是什么？
答：
数据库管理技术经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。
（1）、人工管理数据的特点：
A、数据不保存。
B、系统没有专用的软件对数据进行管理。
C、数据不共享。
D、数据不具有独立性。
（2）、文件系统阶段的特点：
A、数据以文件的形式长期保存。
B、由文件系统管理数据。
C、程序与数据之间有一定的独立性。
D、文件的形式已经多样化E、数据具有一定的共享性
（3）、数据库系统管理阶段特点：
A、数据结构化。
B、数据共享性高、冗余度底。
C、数据独立性高。
D、有统一的数据控制功能。
2、从程序和数据之间的关系来分析文件系统和数据库系统之间的区别和联系
答：
数据管理的规模日趋增大，数据量急剧增加，文件管理系统已不能适应要求，数据库管理技术为用户提供了更广泛的数据共享和更高的数据独立性，进一步减少了数据的余度，并为用户提供了方便的操作使用接口。
数据库系统对数据的管理方式与文件管理系统不同，它把所有应用程序中使用的数据汇集起来，以记录为单位存储，在数据库管理系统的监督和管理下使用，因此数据库中的数据是集成的，每个用户享用其中的一部分。
3、简述数据库、数据库管理系统、数据库系统三个概念的含义和联系。
答：
数据库是指存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。
数据库管理系统是软件系统的一个重要组成部分，它通过借助操作系统完成对硬件的访问，并对数据库的数据进行存取、维护和管理。
数据库系统是指计算机系统中引入数据库后的系统构成。
它主要由数据库、数据库用户、计算机硬件系统和计算机软件系统几部分组成。
三者的联系是：
数据库系统包括数据库和数据库管理系统。
数据库系统主要通过数据库管理系统对数据库进行管理的。
4、数据库系统包括哪几个主要组成部分？
各部分的功能是什么？
画出整个数据库系统的层次结构图。
答：
数据库系统包括：
数据库、数据库用户、软件系统和硬件系统。
数据库主要是来保存数据的。
数据库用户是对数据库进行使用的人，主要对数据库进行存储、维护和检索等操作。
软件系统主要完成对数据库的资源管理、完成各种操作请求。
硬件系统主要完成数据库的一些物理上的操作，如物理存储、输入输出等。
5、简述数据库管理系统的组成和功能。
答：
数据库管理系统的组成：
a.语言编译处理程序b.系统运行控制程序c.系统建立、维护程序d.数据字典。
功能：
a.数据定义功能b.数据操纵功能c.数据库运行管理功能d.数据库建立和维护功能e.数据通信接口。
f.数据组织、存储和管理。
6、DBA指什么？
它的主要职责是？
DBA：
指的是数据库管理员。
职责：
1）.参与数据库设计的全过程，决定整个数据库的结构和信息内容。
2） 决定数据库的存储结构和存取策略。
3）帮助终端用户使用数据库系统；
4） 定义数据的安全性和完整性，负责分配各个用户对数据库的存取权限、数据的保密级别和完整性约束条件；
5）监督数据库的使用用和运行，DBA负责定义和实施适当的数据库后备策略，当数据库受到破坏时，在最短的时间内将数据库恢复到正常状态；当数据库的结构需要改变时，完成对数据结构的修改。
6）改进和重组重构数据库，DBA负责监视数据库系统运行期间的空间利用率、处理效率、等性能指标利用数据库系统提供的监视和分析使用程序等方式对运行情况进行记录、统计分析并根据实际情况不断的改进数据库设计，不断的提高系统的性能；另外，还要不断地根据用户的需求情况变化，对数据库进行重构造。
7.试述数据库三级模式结构，说明三级模式结构的优点是什么？
答：
数据库系统的内部体系结构从逻辑上分为三级：
外模式、模式、内模式。
（1）模式.模式也称为逻辑模式、概念模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。
模式处于三级结构的中间层。
一个数据库只能有一个模式，因为它是整个数据库数据在逻辑上的视图，即使数据库的整体逻辑。
（2）外模式。
外模式又称子模式或用户模式，外模式是三级结构的最外层，它是数据库用户能看到并允许使用的那部分局部数据的逻辑结构和特征的描述，既用户视图。
（3）内模式。
内模式又称存储模式，是三级结构中的最内层，既鱼实际存储数据方式有关的一层。
优点：
1）保证数据的独立性。
2）简化了用户接口。
3）有利于数据共享。
4）有利于数据的安全保密。
顺便一提：
模式和内模式只能有一个，外模式可以很多个。
8.什么是数据库的数据独立性？
它包含哪些内容？
答：
数据独立性是指数据库中的数据与应用程序间相互独立，既数据的逻辑结构、存储结构以及存取方式的改变不影响应用程序。
数据独立性分两级：
物理独立性和逻辑独立性。
数据的物理独立性是指当数据的物理结构（如存储结构、存取方式、外部存储设备等）改变时，通过修改映射，使数据整体逻辑结构不受影响，进而用户的逻辑结构以及应用程序不用改变。
数据的逻辑独立性是指当数据库的整体逻辑结构（如修改数据定义、增加新的数据类型、改变数据间的关系等）发生改变时，通过修改映射，使用户的逻辑结构以及应用程序不用改变。
9.什么是数据词典？
它的主要作用是什么？
答：
数据词典是用来描述数据库中有关信息的数据目录；作用:
起着系统状态目录表的作用
10.简述数据库管理系统的数据存取过程。
（1）用户使用某种特定的数据操作语言向DBMS发出存取请求；
（2）DBNS接受请求并将该请求解释转换成机器代码指指令；
（3）DBMS一次检查外模式、外模式/模式映像、模式、模式/内模式映像及存储结构定义；
（4）DBMS对存储数据库执行必要的存取操作；
（5）从对数据库的存取操作中接受结果；
（6）对得到的结果进行必要的处理，如格式转换等
（7）将处理的结果返回给用。
11.解释实体、属性、实体键、实体集、实体型、实体联系类型、记录、数据项、字段、记录型、文件、实体模型、数据模型的含义。
答：
（1）实体：
客观存在并且可以相互区别的“事物”称为实体。
（2）属性：
实体所具有的某一特性称为属性。
（3）实体键：
在实体型中，能唯一标识一个实体的属性或属性集称为实体的键，也称为关键码、关键字。
（4）、实体集：
同型实体的集合成为实体集。
（5）、实体型：
具有相同属性的实体必然具有共同的特征，所以用实体名及其属性名集合来抽象和描述同类实体，称为实体型。
（6）、实体联系类型：
事物内部以及事物之间是有联系的，这些联系同样也要抽象和反映到信息世界中来，在信息世界中将被抽象为实体型内部的联系和实体型之间的关系。
（7）、记录：
字段的有序集合称为记录。
（8）、数据项：
标记实体属性的命名单位称为数据项，也成为字段。
（9）、字段：
标记实体属性的命名单位称为字段，也成为数据项。
（10）、记录型：
具有相同字段的记录。
（11）、文件：
同一类记录的集合称为文件。
（12）、实体模型：
是按用户的观点对数据和信息建模，是对现实世界的事物及其联系的第一级抽象，它不依赖与具体的计算机系统，不涉及信息在计算机内如何表示，如何处理等问题，只是用来描述某个特定组织所关心的信息结构。
（13）、数据模型：
是数据库描述数据及其联系的组织方式、
12、数据模型的主要作用是什么？
三类基本数据模型的划分依据是什么？
各自哪些优缺点？
答：
数据模型对现实世界中的事物及其联系的一种模拟和抽象表示，对数据、数据间联系以及有关语义约束规程进行形式化描述。
三类基本数据模型划分的依据是它们的数据结构，按数据结构的不同分为层次模型、网状模型和关系模型。
层次模型的优点有：
（1）、层次模型结构比较简单，层次分明，便于在计算机内实现。
（2）、结点间联系简单，从根结点到树中任何一结点均存在一天唯一的层次路径，因此其查询效率很高。
（3）、提供了良好的数据完整性支持。
层次模型的缺点有：
（1）、不能直接表示两个以上的实体间的复杂联系和实体型间的多对多联系，只能通过引入沉于数据或创建虚拟结点的方法来解决，易产生不一致性。
（2）、对数据插入和删除的操作限制太多。
（3）、查询子女结点必须通过双亲结点。
网状模型的优点有：
（1）、能更为直接地描述客观世界，可表示实体间的多种复杂联系。
（2）、具有良好的性能和存储效率。
网状模型的缺点有：
（1）、数据结构复杂，并且随着应用环境的扩大，数据库的结构变得越来越复杂，不便于终端用户掌握。
（2）、器数据定义语言（DDL）、数据操纵语言（DML）语言极其复杂，不易使用户掌握。
（3）、由于记录间的联系本质上是通过存储路径实现的，应用程序再访问数据库时要指定存取路径，即用户需要了解系统结构的细节，加重了编写应用程序的负担。
关系模型的优点有：
（1）、其有严格的数学理论依据。
（2）、数据结构简单、清晰，用户易懂易用，不仅用关系描述实体，而且用关系描述实体间的联系，此外，对数据的操纵结构也是关系。
（3）、关系模型的存取路径对用户是透明的，从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性，也简化了程序员的工作和数据库建立和开发工作。
关系模型的缺点有：
查询效率不如非关系模型。
13、实体型间的联系有哪几种？
其含义是什么？
并举例说明。
答：
两个实体间的联系有一下几种：
答：
<1>一对一联系：
实体集A中的一个实体至多与实体集B中的一个实体相对应，反之亦然，则称实体集A和B为一对一的联系。
实体集A与实体集B为一对一的联系。
记作1:
1。
如：
班级与班长，观众与座位，病人与床位。
<2>一对多联系：
实体集A中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应，反之，实体集B中的一个.实体至多与实体集A中的一个实体相对应。
记作1:
n。
如：
班级与学生、公司与职员、省与市。
<3>多对多联系：
实体集A中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应，反之，实体集B中的一个实体。
与实体集A中的多个实体相对应。
记作（m:
n）。
如：
教师与学生,学生与课程，工厂与产品。
14、解释模式、内模式、外模式、DDL和DML的含义。
答案：
外模式、内模式，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。
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。
外模式涉及的是数据的局部逻辑结构，通常是模式的子集。
DDL：
数据定义语言，用来定义数据库模式、外模式、内模式的语言。
DML：
数据操纵语言，用来对数据库中的数据进行查询、插入、删除和修改的语句。
15、试述传统数据库的局限性。
答：
第一代数据库和第二代数据库称为传统数据库，传统数据库的局限性主要表现在以下几个方面：
（
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