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数据库原理综合习题答案 1.1名词解释 (1) DB：即数据库（Database),是统一管理的相关数据的集合。 DB能为各种用户共享，具有最小冗余度，数据间联系密切，而又有较高的数据独立性。 (2) DBMS：即数据库管理系统（Database Management System)，是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，为用户或应用程序提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更新及各种数据控制。 DBMS总是基于某种数据模型，可以分为层次型、网状型、关系型、面向对象型DBMS。 (3) DBS：即数据库系统（Database System),是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的系统，即采用了数据库技术的计算机系统。 (4) 1：1联系：如果实体集E1中的每个实体最多只能和实体集E2中的一个实体有联系，反之亦然， 那么实体集E1对E2的联系称为“一对一联系”，记为“1：1”。 (5) 1：N联系：如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系， 而E2中每个实体至多和E1中的一个实体有联系，那么E1对E2的联系是“一对多联系”，记为“1：N”。 (6) M：N联系：如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系， 反之亦然，那么E1对E2的联系是“多对多联系”，记为“M：N”。 (7) 数据模型：模型是对现实世界的抽象。在数据库技术中，表示实体类型及实体类型间联系的模型称为“数据模型”。 它可分为两种类型：概念数据模型和结构数据模型。 (6) 概念数据模型：是独门于计算机系统的模型，完全不涉及信息在系统中的表示，只是用来描述某个特定组织所关心的信息结构。 (9) 结构数据模型：是直接面向数据库的逻辑结构，是现实世界的第二层抽象。这类模型涉及到计算机系统和数据库管理系统，所以称为“结构数据模型”。结构数据模型应包含：数据结构、数据操作、数据完整性约束三部分。它主要有：层次、网状、关系三种模型。 (10) 层次模型：用树型结构表示实体类型及实体间联系的数据模型。 (11) 网状模型：用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型。 (12) 关系模型：是目前最流行的数据库模型。其主要特征是用二维表格结构表达实体集，用外鍵表示实体间联系。关系模型是由若干个关系模式组成的集合。 (13) 概念模式：是数据库中全部数据的整体逻辑结构的描述。它由若干个概念记录类型组成。概念模式不仅要描述概念记录类型，还要描述记录间的联系、操作、数据的完整性、安全性等要求。 (14) 外模式：是用户与数据库系统的接口，是用户用到的那部 分数据的描述。 (15) 内模式：是数据库在物理存储方面的描述，定义所有的内部记录类型、索引和文件的组成方式，以及数据控制方面的细节。 (16) 模式/内模式映象：这个映象存在于概念级和内部级之间，用于定义概念模式和内模式间的对应性，即概念记录和内部记录间的对应性。此映象一般在内模式中描述。 (17) 外模式/模式映象：这人映象存在于外部级和概念级之间，用于定义外模式和概念模式间的对应性，即外部记录和内部记录间的对应性。此映象都是在外模式中描述。 (18) 数据独立性：在数据库技术中，数据独立性是指应用程序和数据之间相互独立，不受影响。数据独立性分成物理数据独立性和逻辑数据独立性两级。 (19) 物理数据独立性：如果数据库的内模式要进行修改，即数据库的存储设备和存储方法有所变化，那么模式/内模式映象也要进行相应的修改，使概念模式尽可能保持不变。也就是对模式的修改尽量不影响概念模式。 (20) 逻辑数据独立性：如果数据库的概念模式要进行修改（如增加记录类型或增加数据项），那么外模式/模式映象也要进行相应的修改，使外模式尽可能保持不变。 也就是对概念模式的修改尽量不影响外模式和应用程序。 (21) 宿主语言：在数据库技术中，编写应用程序的语言仍然是一些高级程序设计语言，这些语言称为宿主语言（host language),简称主语言。 (22) DDL：数据定义语言（Data Definition Language),用于定义数据库的三级结构，包括外模式、概念模式、内模式及其相互之间的映象，定义数据的完整性、安全控制等约束。 (23) DML：数据操纵语言（Data Manipulation Language),由DBMS提供，用于让用户或程序员使用，实现对数据库中数据的操作。 DML分成交互型DML和嵌入型DML两类。依据语言的级别，DML又可分成过程性DML和非过程性DML两种。 (24) 交互型DML：如果DML自成系统，可在终端上直接对数据库进行操作，这种DML称为交互型DML。 (25) 嵌入型DML：如果DML嵌入在主语言中使用，此时主语言是经过扩充能处理DML语句的语言，这种DML称为嵌入型DML。 (26) 过程性DML：用户编程时，不仅需要指出“做什么”（需要什么样的数据），还需要指出“怎么做”（怎么获得数据）。层状、网状的DML属于过程性语言。 (27) 非过程性DML：用户编程时，只需要指出“做什么”，不需要指出“怎么做”。 Notice:以上关于DML的各个概念单独出现时，首先要解释DML的含义。 (28) DD：数据字典（Data Dictionary),数据库系统中存放三级结构定义的数据库称为数据字典。对数据库的操作都要通过访问DD才能实现。 (29) DD系统：管理DD的 实用程序称为“DD系统”。 1.2 文件系统阶段的数据管理有些什么缺陷？试举例说明。 文件系统有三个缺陷： （1）数据冗余性（redundancy)。由于文件之间缺乏联系，造成每个应用程序都有对应的文件，有可能同样的数据在多个文件中重复存储。 （2）数据不一致性（inconsistency)。这往往是由数据冗余造成的，在进行更新操作时，稍不谨慎，就可能使同样的数据在不同的文件中不一样。 （3）数据联系弱(poor data relationship)。这是由文件之间相互独立，缺乏联系造成的。 1.3数据库阶段的数据管理有些什么特点？ (1) 采用复杂的数据模型表示数据结构 (2) 有较高的数据独立性(数据结构分成用户的逻辑结构、整体逻辑结构和物理结构三级) (3) 数据库系统为用户提供方便的用户接口，可以使用查询语言、终端命令或程序方式操作数据， 也可以用程序方式操作数据库。 (4) 系统提供了四个方面的数据控制功能：数据库的恢复、并发控制、数据完整性和数据安全性， 以保证数据库中数据是安全的、正确的和可靠的。 (5) 对数据的操作不一定以记录为单位，还可以数据项为单位，增加了系统的灵活性。 1.4你怎样理解实体、属性、记录、字段这些概念的类型和值的差别？试举例说明。 实体（entity)：是指客观存在可以相互区别的事物。实体可以是具体的对象，如：一个学生，一辆汽车等；也可以是抽象的事件，如：一次借书、一场足球赛等。 属性（attribute):实体有很多特性，每一个特性称为属性。每个属性有一个值域，其类型可以是整数型、实数型、字符串型。比如，学生（实体）有学号、姓名、年龄、性别等属性， 相应值域为字符、字符串、整数和字符串型。 字段（field):标记实体属性的命名单位称为字段或数据项。它是可以命名的最小信息单位，所以又称为数据元素或初等项。字段的命名往往和属性名相同，比如，学生有学号、姓名、年龄、性别等字段。 记录（record):字段的有序集合称为记录。一般用一个记录描述一个实体，所以记录又可以定义为能完整地描述一个实体的字段集。如：一个学生记录，由有序的字段集（学号、姓名、年龄、性别等）组成。 1.5逻辑记录与物理记录，逻辑文件与物理文件有些什么联系和区别？ 联系： (1)逻辑记录与物理记录都是记录，是字段的有序集合； (2)逻辑文件与物理文件都是文件，是同一类记录的汇集。 区别： (1)逻辑记录与逻辑文件是逻辑数据描述，物理记录与物理文件是物理数据描述。 (2)物理数据描述是指数据在存储设备上的 存储方式，物理记录、物理文件（还有物理联系、物理结构等术语），都是用来描述实际存储设备上的数据。 (3)逻辑数据描述是指程序员或用户用以操作的数据形式，是抽象的概念化数据。 逻辑记录、逻辑文件（还有逻辑联系、逻辑结构等术语），都是用户观点的数据描述。 1.6为某百货公司设计一个ER模型。 百 货管辖若干个连锁商店，每家商店经营若干商品， 每家商店有若干职工，但每个职工只能服务于一家商店。实体类型“商店”的属性有：商店编号，店名，店址，店经理。 实体类型“商品”的属性有：商品编号，商品名，单价，产地。实体类型“职工”的属性有：职工编号，职工名，性别，工资。 在联系中应反映出职工参加某商店工作的开始时间，商店销售商品的月销售量。试画出反映商店、商品、职工实体类型及联系类型的ER图，并将其转换成关系模式集。 实体：商店（商店编号，店名，店址，店经理） 商品（商品编号，商品名，单价，产地） 职工（职工编号，职工名，性别，工资） 联系：SC(商店商品之间1：N的联系，联系属性为“职工参加商店工作的开始时间”。 SE(商店职工之间1：N的联系)，联系属性为“月销售量”。 关系模式集：商店模式（商店编号，店名，店址，店经理） 商品模式（商品编号，商品名，单价，产地，商店编号，月销售量） 职工模式（职工编号，职工名，性别，工资，商店编号，开始时间） 1.7试述ER模型、层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型的主要特点。 ER模型的主要特点： （1）优点：接近于人的思维，容易理解；与计算机无关，用户容易接受。 （2）缺点：只能说明实体间语义的联系，不能进一步说明详细的数据结构。 层次模型的特点： （1）优点：记录之间的联系通过指针实现，查询效率较高。 （2）缺点：只能表示1：N联系，实现M:N结构较复杂；由于层次顺序的严格和复杂，引起数据的查询和更新操作也很复杂。 网状模型的特点： （1）优点：记录之间联系通过指针实现，M：N联系也容易实现（每个M：N联系可拆成两个1：N联系），查询效率较高。 （2）缺点：编写应用程序比较复杂，程序员必须熟悉数据库的逻辑结构。 关系模型的特点： 用关鍵码而不是用指针导航数据，表格简单，用户易懂，编程时并不涉及存储结构、访问技术等细节。 1.8试述概念模式在数据库结构中的重要地位。 概念模式是数据库中 全部数据的整体逻辑结构的描述。它由若干个概念记录类型组成。 概念模式不仅要描述概念记录类型，还要描述记录间的联系、操作、数据的完整性、安全性等要求。数据按外模式的描述提供给用户，按内模式的描述存储在磁盘中，而概念模式提供了连接这两级的相对稳定的中间观点， 并使得两级的任何一级的改变都不受另一级的牵制。 1.9数据独立性与数据联系这两个概念有什么区别？ 数据独立性是指应用程序与数据之间相互独立，不受影响。 数据联系是指同一记录内部各字段间的联系，以及记录之间的联系。 1.10试述DBMS在用户访问数据库过程中所起的作用. 用户对数据库进行操作，DBMS把操作从应用程序带到外部级、概念级、再导向内部级，进而操作存储器中的数据。 （结合P22“用户访问数据的过程”来理解） 1.11试述DBMS的主要功能。 DBMS的主要功能有： （1）数据库的定义功能 （2）数据库的操纵功能 （3）数据库的保护功能 （4）数据库的存储管理 （5）数据库的维护功能 （6）数据字典 1.12试叙DBMS对数据库的保护功能。 DBMS对数据库的保护主要通过四个方面实现： （1）数据库的恢复。 （2）数据库的并发控制。 （3）数据库的完整性控制。 （4）数据库的安全性控制。 1.13试叙DBMS对数据库的维护功能。 DBMS中有一些程序提供给数据库管理员运行数据库系统时使用，这些程序起着数据库维护的功能。 主要有四个实用程序： （1）数据装载程序(loading) （2）备份程序(backup) （3）文件重组织程序 （4）性能监控程序 1.14从模块结构看，DBMS由哪些部分组成？ 从模块结构看，DBMS由两大部分组成：查询处理器和存储管理器 （1）查询处理器有四个主要成分：DDL编译器，DML编译器，嵌入型DML的预编译器，查询运行核心程序 （2）存储管理器有四个主要成分：授权和完整性管理器，事务管理器，文件管理器，缓冲区管理器 （以上几题具体可参照书上p20-21) 1.15DBS由哪几个部分组成？ DBS由四部分组成：数据库、硬件、软件、数据库管理员。 1.16什么样的人是DBA？DBA应具有什么素质？DBA的职责是什么？ DBA是控制数据整体结构的人，负责DBS的正常运行。DBA可以是一个人，在大型系统中也可以是由几个人组成的小组。 DBA承担创建、监控和维护整个数据库结构的责任。 DBA应具有下列素质： （1）熟悉企 业全部数据的性质和用途； （2）对用户的需求有充分的了解； （3）对系统的性能非常熟悉。 DBA的主要职责有五点： （1）概念模式定义 （2）内模式定义 （3）根据要求修改数据库的概念模式和内模式 （4）对数据库访问的授权 （5）完整性约束的说明 1.17 试对DBS的全局结构作详细解释。 参照教材p24-25。 1.18使用DBS的用户有哪几类？ 使用DBS的用户有四类： 1）DBA 2）专业用户 3）应用程序员 4）最终用户 1.19 DBMS的查询处理器有哪些功能？ DBMS的查询处理器可分成四个成分： 1）DML编译器 2）嵌入型DML的预编译器 3）DDL编译器 4）查询运行核心程序 （各成分功能参照P24） 1.20DBMS的存储处理器有哪些功能？ DBMS的存储处理器提供了应用程序访问数据库中数据的界面，可分成四个成分： 1）授权和完整性管理器 2）事务管理器 3）文件管理器 4）缓冲区管理器 （各成分功能参照P25） 1.21 磁盘存储器中有哪四类主要的数据结构？ 数据文件:存储了数据库中的数据； 数据字典（DD）：存储三级结构的描述； 索引文件：为提高查询速度而设置的逻辑排序手段； 统计数据组织：存储DBS运行时统计分析数据。 (1)关系模型：用二维表格结构表示实体集，外键表示实体间联系的数据模型称为关系模型。 (2)关系模式：关系模式实际上就是记录类型。它的定义包括：模式名，属性名，值域名以及模式的主键。关系模式不涉及到物理存储方面的描述，仅仅是对数据特性的描述。 (3)关系实例：元组的集合称为关系和实例，一个关系即一张二维表格。 (4)属性：实体的一个特征。在关系模型中，字段称为属性。 (5)域：在关系中，每一个属性都有一个取值范围，称为属性的值域，简称域。 (6)元组：在关系中，记录称为元组。元组对应表中的一行；表示一个实体。 (7)超键：在关系中能唯一标识元组的属性集称为关系模式的超键。 (8)候选键：不含有多余属性的超键称为候选键。 (9)主键：用户选作元组标识的一个候选键为主键。（单独出现，要先解释“候选键”） (10)外键：某个关系的主键相应的属性在另一关系中出现，此时该主键在就是另一关系的外键，如有两个关系S和SC,其中S#是关系S的主键，相应的属性S#在关系SC中也出现，此时S#就是关系SC的外键。 (11)实体完整性规则：这条 规则要求关系中元组在组成主键的属性上不能有空值。如果出现空值，那么主键值就起不了唯一标识元组的作用。 (12)参照完整性规则： 这条规则要求“不引用不存在的实体”。 其形式定义如下：如果属性集K是关系模式R1的主键，K也是关系模式R2的外键，那么R2的关系中， K的取值只允许有两种可能，或者为空值，或者等于R1关系中某个主键值。 这条规则在使用时有三点应注意： 1)外键和相应的主键可以不同名，只要定义在相同值域上即可。 2)R1和R2也可以是同一个关系模式，表示了属性之间的联系。 3)外键值是否允许空应视具体问题而定。 (13)过程性语言：在编程时必须给出获得结果的操作步骤，即“干什么”和“怎么干”。如Pascal和C语言等。 (14)非过程性语言：编程时只须指出需要什么信息，不必给出具体的操作步骤。各种关系查询语言均属于非过程性语言。 (15)无限关系：当一个关系中存在无穷多个元组时，此关系为无限关系。如元组表达式t|R(t)表示所有不在关系R中的元组的集合，这是一个无限关系。 (16)无穷验证：在验证公式时需对无穷多个元组进行验证就是无穷验证。如验证公式(u)(P(u)的真假时需对所有的元组u进行验证，这是一个无穷验证的问题。 2.2 为什么关系中的元组没有先后顺序? 因为关系是一个元组的集合，而元组在集合中的顺序无关紧要。因此不考虑元组间的顺序，即没有行序。 2.3为什么关系中不允许有重复元组? 因为关系是一个元组的集合，而集合中的元素不允许重复出现，因此在关系模型中对关系作了限制， 关系中的元组不能重复，可以用键来标识唯一的元组。 2.4关系与普通的表格、文件有什么区别? 关系是一种规范化了的二维表格，在关系模型中，对关系作了下列规范性限制： 1)关系中每一个属性值都是不可分解的。 2)关系中不允许出现相同的元组(没有重复元组)。 3)由于关系是一个集合，因此不考虑元组间的顺序，即没有行序。 4)元组中，属性在理论上也是无序的，但在使用时按习惯考虑列的顺序。 2.5笛卡尔积、等值联接、自然联接三者之间有什么区别? 笛卡尔积对两个关系R和S进行乘操作，产生的关系中元组个数为两个关系中元组个数之积。 等值联接则是在笛卡尔积的结果上再进行选择操作，从关系R和S的笛卡儿积中选择对应属性值相等的元组； 自然连接则是在等值联接(以所有公共属性值相等为条件)的基础上再行投影操作，并去掉重复的公共属性列。当两个关系没有公共属性时，自然连接就转化我笛卡尔积。 2.8 如果R是二元关 系，那么下列元组表达式的结果是什么? t|(u)(R(t)R(u)(t1u1t2u2) 这个表达式的意思是：从关系R中选择元组，该元组满足：第1分量值或第2分量值至少有一个不等于其他某元组。 由于R是二元关系，只有两个分量，由于没有重复元组，上述条件显然满足。 所以，这个表达式结果就是关系R。 2.9假设R和S分别是三元和二元关系，试把表达式1,5(2=43=4(RS)转换成等价的：(1)汉语查询句子；(2)元组表达式；(3)域表达式。 (1)汉语表达式： 从RS关系中选择满足下列条件的元组： 第2分量（R中第2分量）与第4分量（S中第1分量）值相等，或第3分量（R中第3分量）与第4分量（S中第1分量）值相等；并取第1列与第5列组成的新关系。 (2)元组表达式：t|(u)(v)(R(u)S(v)(u2=v1u3=v1)t1=u1t2=v2) (3)域表达式:xv|(y)(z)(u)(R(xyz)S(uv)(y=uz=u) 2.10假设R和S都是二元关系，试把元组表达式t|R(t)(u)(S(u)u1t2)转换成等价的： (1)汉语查询句子；(2)域表达式：(3)关系代数表达式。 (1)汉语表达式：选择R关系中元组第2分量值不等于S关系中某元组第1分量值的元组。 (2)域表达式:xy|(u) (v)(R(xy)S(uv)(uy) (3)关系代数表达式：1,2(23(RS) 2.11 试把域表达式ab|R(ab)R(ba)转换成等价的： (1)汉语查询句子；(2)关系代数表达式；(3)元组表达式。 (1)汉语查询句子：选择R中元组第1分量值与第2分量值互换后仍存在于R中的元组。 (2)关系代数表达式：1，2(1=42=3(RR)； (3)元组表达式：t|(u)(R(t)R(u)t1=u2t2=u1) 2.12 设有两个关系R(A，B，C)和S(D，E，F)，试把下列关系代数表达式转换成等价的元组表达式： (1)A(R)；(2)B=17(R)；(3)RS；(4)A,F(C=D(RS) (1)t|(u)(R(u)t1=u1) (2)t|R(t)t2=17) (3)t|(u)(v)(R(u)S(v)t1=u1t2=u2t3=u3t4=v1t5=v2t6=v3) (4)t|(u)(v)(R(u)S(v)u3=v1t1=u1t2=v3) 2.13 设有三个关系： S(S#,SNAME,AGE,SEX) SC(S#,C#,GRADE) C(C#,CNAME,TEACHER) 试用关系代数表达式表示下列查询语句。(见下一题） 2.14 试用元组表达式表示上题中各个查询语句。 (1)检索LIU老师所授课程的课程号、课程名。 C#,CNAME(TEACHER=LIU(C) t|(u)(C(u)C3=LIUt1=u1t2=u2) (2)检索年龄大于23岁的男学生的学号与姓名。 S#,SNAME(AGE23SEX=男(S) t|(u)(S(u)u323u4=男t1=u1t2=u2) (3)检索学号为S3学生所学课程的课程名与任课教师名。 CNAME,TEACHER(S#=S3(SCC) t|(u)(v)(SC(u)C(v)u1=S3v1=u2t1=v2t2=v3) (4)检索至少选修LIU老 师所授课程中一门课程的女学生的姓名。 SNAME(SEX=女TEACHER=LIU(SSCC) t|(u)(v)(w)(S(u)SC(v)C(w)u4=女v1=u1v2=w1w3=LIUt1=u2) (5)检索WANG同学不学的课程号。 C#(C)-C#(SNAME=WANG(SSC) 或者， C#(SC)-C#(SNAME=WANG(SSC) (全部课程号减去WANG同学所学的课程号) t|(u)(v)(C(u)SC(v)(u1=v2=(w)(s(w)w1=v1W2wang)t1=u1) (从C中选择满足条件的元组：SC中的所有元组,如果学号与C中所选元组相同的话，其在S中对应的姓名肯定不是wang。) Notice:p1=p2的含义是：如果p1为真，则p2为真。 (6)检索至少选修两门课程的学生学号。 S#(1=425(SCSC) SC自乘之后，再选择（同一个学号中两个课程号不同的元组)，投影。 t|(u)(v)(SC(u)SC(v)u1=v1u2v2)t1=u1 (7)检索全部学生都选修的课程的课程号与课程名。 C#,CNAME(C(S#,C#(SC)S#(S) (涉及到全部值时，应用除法，“除数”是全部) t|(u)(v)(w)(S(u)SC(v)C(w)u1=v1v2=w1t1=v1t2=V2) (8)检索选修课程包含LIU老师所授课程的学生学号。 S#(TEACHER=LIU(SCC) t|(u)(v)(SC(u)C(v)u2=v1v3=LIUt1=u1) 如果LIU老师有多门课程，则选修课程包含LIU老师所授全部课程的学生学号为： S#,C#(SC)C#(TEACHER=LIU(C) 2.15 在教学数据库S、SC、C中，用户有一查询语句：检索女同学选修课程的课程名和任课教师名。(1)试写出该查询的关系代数表达式；(2)试写出查询优化的关系代数表达式。 (1)CNAME,TEACHER(SEX=女(SSCC) (2)优化为：CNAME，TEACHER(CC#(S#,C#(SC)S#(SEX=女(S) (基本思路：尽量提前做选择操作；在每个操作后，应做个投影操作，去掉不用的属性值。 2.16 在2.15题中， (1)画出该查询初始的关系代数表达式的语法树。 (2)使用2.4.4节的优化算法，对语法树进行优化，并画出优化后的语法树。 该查询初始的关系代数表达式的语法树 优化后的语法树 2.17 为什么要对关系代数表达式进行优化? 在关系代数运算中，各个运算所费时
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