文档数据库系统概论第四版学习指导与习题解答王珊docx.docx

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第一章绪论

1.试述数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统的概念。

答：

（1）数据（Data）:

描述事物的符号记录称为数据。

数据的种类冇数字、文字、图形、图像、声音、正文等。

数据与其语义是不可分的。

解析在现代计并机系统中数据的概念是广义的。

早期的计算机系统主耍用丁•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50（）人，还可以表示一袋奶粉匝5（X）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，具冇较小的兀余度、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厉的系统构成，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应川系统、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。

但是在日帘工作中人们常常把数据阳系统简称为数据阳。

希里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Z间的一层数据管理软件,用丁•科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据。

DBMS的主耍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层次数据庫管理系统、美国Oracle公司的orade关系数据库管理系统、s油asc公司的s油asc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。

2.使用数据库系统有什么好处？

答：

使用数据库系统的好处是山数据库管理系统的特点或优点决定的。

使用数据库系统的好处很多，例如，可以大大提高应用开发的效率，方便用户的使用，减轻数据库系统管理人员维护的负担，等等。

使用数据库系统可以大大提高应用开发的效率。

因为在数据库系统中应用程序不必考虑数据的定义、存储和数据存取的具体路径，这些工作都由DBMS來完成。

用一个通俗的比喻，使用了DBMS就如冇了一个好参谋、好助手，许多具体的技术工作都由这个助手來完成。

开发人员就可以专注于应用逻辑的设计，而不必为数据管理的许许多多复杂的细节操心。

还有，当应用逻辑改变，数据的逻辑结构也需耍改变时，由于数据库系统提供了数据与程序之间的独立性，数据逻辑结构的改变是DBA的责任，开发人员不必修改应用程序，或者只需要修改很少的应用程序，从而既简化了应用程序的编制，又大大减少了应用程序的维护和修改。

使用数据库系统町以减轻数据库系统管理人员维护系统的负担。

因为DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一的管理和控制，包括数据的完整性、安全性、多用户并发控制、故障恢复等，都由DBMS执行。

总Z，使用数据库系统的优点是很多的，既便丁•数据的集中管理，控制数据兀余，提髙数据的利用率和一致性，乂有利于应用程序的开发和维护。

读者可以在自己今厉的工作中结合具体应用，认真加以体会和总结。

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:

文件系统而向某一•应用程序，共享性差，兀余度大，数据独立性差，记录内有结构，整体无结构，由应用程序口己控制。

数据库系统面向现实世界，共亨性高，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，丿U数据模型描述，山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；数据库中数据的纽•织和存储是通过操作系统中的文件系统來实现的。

4.举出适合用文件系统而不是数据库系统的例子；再举出适合用数据库系统的应用例子。

答：

（1）适用于文件系统而不是数据库系统的应用例子数据的备份、软件或应用程序使用过程中的临时数据存储一般使用文件比较介适。

早期功能比较简单、比较固定的应用系统也适合用文件系统。

（2）适用于数据库系统而非文件系统的应用例子H前，儿乎所有企业或部门的信息系统都以数据库系统为某础，都使用数据库。

例如，一个工厂的管理信息系统（其中会包押i许多子系统，如库存管理系统、物资采购系统、作业调度系统、设备管理系统、人事管理系统等）,学校的学生管理系统，人事管理系统，图书馆的图书管理系统，等等，都适合用数据库系统。

希望读者能举出自己了解的应用例子。

5.试述数据库系统的特点。

答：

数据库系统的主要特点有：

（1）数据结构化数据库系统实现整体数据的结构化，这是数据庫的主要特征之一，也是数据床系统与文件系统的木质区别。

解析注意这里的“整体'夕两个字。

在数据库系统小，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人小也很灵活，可以小到某一个数据项（如一个学生的姓名），人到一纟n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川而是面向整个系统，因此可以被多个川户、多个应用以多种不同的语言共亨使用。

山于数据ifii向整个系统，是冇结构的数据，不仅可以被多个应用共亨使用，而且容易增加新的应用，这就使得数据库系统弹性人，易于扩充。

解析数据共享可以人大减少数据冗余，节约存储空间，同时还能够避免数据Z间的不相容性与不一致性。

所谓“数据而向某个应用”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“私冇资源”。

所谓“弹性人”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屮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，R卩多个用户可以同时存取数据库屮的数据其至可以同时存取数据库屮同一个数据。

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：

将数据控制在冇效的范用内，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，或者山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，哄至造成数据库部分或全部数据的丢失时,能将数据库从错谋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人量的共享的数据集合，它可以供各种用户共享，貝有授小兀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-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囤绕共亨的数据库为中心的新阶段。

6.数据库管理系统的主耍功能有哪些？

答：

（1）数据库定义功能；

（2）数据存収功能；

（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：

数据模型是数据库小用來对现实世界进行抽彖的工具，是数据库小用于提供信息衣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i挣态特性、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。

（1）数据结构：

是所研究的对象类熨的集合，是对系统静态特性的描述。

（2）数据操作：

是指对数据库屮各种对象（型）的实例（值）允许进行的操作的集合，包括操作及冇关的操作规则，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，以保证数据的止确、有效、相容。

解析数据模型是数据库系统中最重要的槪念之-。

必须通过

《概论》的学习真正掌握数据模烈的概念和作用。

数据模熨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。

数据库系统屮，模型冇不同的层次。

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，是按用户的观点來对数据和信息建模，用于信息1比界的建模，强调语义衣达能力，概念简单淸晰；另一类是数据模型，是按计算机系统的观点対数据建模，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。

8.试述概念模型的作用。

答：

概念模型实际上是现实I比界到机器|比界的一个中间层次。

概念模型用于信息I比界的建模,是现实I比界到信息I比界的第i层抽象，是数据库设计人员进行数据库设计的有力工具，也是数据库设计人员和用户之间进行交流的语言。

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—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：

具有和同屈性的实体具有和同的特征和性质，用实体名及其屈性名集合來抽彖和刻画同类实体，称为实体型。

实体集：

同塑实体的集合称为实体集。

屈性：

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—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I员【形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起來；・联系：

用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分別与冇关实体连接起來，同时在无向边旁标上联系的类型（1:

1,1:

n或m:

n）。

10•试给出3个实际部门的E—R图，耍求实体塑之间具有对-.i对多、多对多各种不同的联系。

答：

•对i联系一对多联系乡对多联鬆

11・试给出•一个实际部门的E—R图，要求冇三个实体型，而且3个实体型Z间冇多对多联系。

3个实体型Z间的多对多联系和三个实体型两两Z间的三个多对多联系等价吗？

为什么？

答：

学宅

3个实体塑之间的多对多联系和3个实体型两两之间的3个多对多联系是不等价，因为它们拥有不同的语义。

3个实体塑两两之间的三个多对多联系如下图所示。

学生

12・学校屮冇若干系，每个系冇若干班级和教研羞，每个教研室冇若干教员，其屮冇的教授和副教授每人各带若干硏究生；每个班冇若

干学牛;，每个学牛选修若干课程，每门课可由若干学牛选修。

请用E—R图画出此学校的概念模型。

答：

学校

班级教研家

13•某工厂生产若干产品，毎种产品山不同的零件组成，有的零件叮用在不同的产品上。

这些零件山不同的原材料制成，不同零件所用的材料可以相同。

这些零件按所属的不同产品分别放在仓库中，原材料按照类别放在若干仓库中。

请用E-R图画出此工厂产品、零件、材料、仓库的概念模型。

答：

14・试述层次模型的概念，举出三个层次模型的实例。

答：

（I）教员学牛•层次数据库模型

（2）行政机构层次数据库模型

fni机构

科窃

职匸

（3）行政区域层次数据库模型

市市

15・今有一个层次数据阳实例，试用子女一兄弟链接法和层次序列链接法画1\\它的存储结构示意图。

答：

了女兄弟链接法:

层次序列链接法:

16・试述网状模熨的概念，举出三个网状模熨的实例。

答：

满足下而两个条件的基本层次联系集合为网状模型。

（1）允许一个以上的结点无双亲；

（2）一个结点可以有多于一个的双亲。

实例1:

实例2:

实例3:

17.试述网状、层次数据库的优缺点。

答：

层次模型的优点主要冇：

（1）模型简单，对具冇一对多层次关系的部门描述非常自然、直观，容易理解，这是层次数据库的突出优点；

（2）用层次模型的应用系统性能好,特別是对于那些实体间联系是固定的口预先定义好的应用，采用层次模型來实现，其性能优于关系模型；（3）层次数据模型提供了良好的完整性支持。

层次模塑的缺点主要有：

（1）现实世界中很多联系是非层次性的，如多对多联系、一个结点具有多个双亲等，层次模型不能口然地表示这类联系，只能通过引入冗余数据或引入虚拟结点来解决；

（2）对插入和删除操作的限制比较多；（3）查询子女结点必须通过双亲结点。

网状数据模型的优点主耍冇：

（1）能够更为吉接地描述现实世界，如一个结点可以冇多个双亲；

（2）具冇良好的性能，存取效率较高。

网状数据模型的缺点主耍有：

（1）结构比较复杂，而且随着应用环境的扩人，数据库的结构就变得越來越父杂,不利于绘终用户拿握;

（2）其DDL、DML语言复杂，用户不容易使用。

由于记录之间联系是通过存取路径实现的，应用程序在访问数据时必须选择适当的存取路径。

因此，用户必须了解系统结构的细节，加重了编写应用程序的负担。

18.试述关系模型的概念，定义并解释以下术语：

（I）关系

（2）属性（3）域（4）元组（5）主码（6）分量（7）关系模式

答：

关系模型山关系数据结构、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，关系模熨中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。

（1）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：

属性的収值范围；（4）元组：

农屮的一行即为一个元组；（5）主码：

表中的某个属性组，它可以惟-•确定一个元纽.；（6）分量：

元纽中的一个属性值；（7）关系模式：

对关系的描述，一般表示为关系名（屈性1,属性2,…，属性n）

19.试述关系数据席的特点。

答：

关系数据模型具冇下列优点：

（1）关系模型与非关系模型不同，它是建立在严格的数学概念的基础上的。

（2）关系模型的概念单一，无论实体还是实体Z间的联系都用关系表示，操作的对彖和操作的结果都是关系，所以其数据结构简单、淸晰，用户易懂易用。

（3）关系模塑的存取路径对用户透明，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开发建立的工作。

当然,关系数据模型也冇缺点，其中最主要的缺点是，山于存取路径对用户透明，查询效率往往不如非关系数据模熨。

因此为了提高性能，必须对用户的査询请求进行优化，增加了开发数据库管理系统的难度。

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山外模式、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，是与某一应用冇关的数据的逻辑农示。

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，是所冇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附给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屮的表示和存储。

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Z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冇较高的逻辑独立性和物理独立性。

21.定义并解释以下术语：

模式、外模式、内模式、DDL、DML模式、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，是所冇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，通帘是模式的子集。

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。

DDL:

数据定义语言，

用來定义数据库模式、外模式、内模式的语言。

DML:

数据操纵语言，用來对数据库中的数据进行杳询、插入、删除和修改的语句。

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/内模式映像做和应改变，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。

23.试述数据库系统的组成。

答：

数据库系统一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。

24.DBA的职责是什么？

负责全而地管理和控制数据库系统。

具体职责包拆：

①决定数据库的信息内容和结构；②决定数据库的存储结构和存取策略；③定义数据的安全性要求和完整性约束条件；④监怦和控制数据库的使用和运行；⑤改进和垂组数据库系统。

25.系统分析员、数据库设计人员、应用程序员的职责是什么？

答系统分析员负责应用系统的需求分析和规范说明，系统分析员要和用户及DBA相结合，确定系统的硕件、软件配置，并参与数据库系统的概要设计。

数据库设计人员负责数据库中数据的确定、数据库各级模式的设计。

数据库设计人员必须参加用户需求调查和系统分析，然后进行数据库设计。

在很多情况下，数据库设计人员就由数据库管理员担任。

应用程序员负责设计和编写应用系统的程序模块，并进行调试和安装。

1•试述关系模型的三个组成部分。

答：

关系模塑由关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束三部分组成。

2.试述关系数据语言的特点和分类。

答：

关系数据语言可以分为三类：

关系代数语言。

关系演算语言：

元组关系演算语言和域关系演算语言。

SQL：

具有关系代数和关系演算双重特点的语言。

这些关系数据语言的共同特点是，语言具有完备的表达能力，是非过程化的集合操作语言，功能强，能够嵌入高级语言屮使用。

4.试述关系模型的完整性规则。

在参照完整性中，为什么外部码屈性的值也可以为空？

什么惜况下才可以为空？

答：

实体完整性规则是指若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值。

若属性（或属性组）F是基本关系R的外码，它与基本关系S的主码Ks相对应（基本关系R和S不一定是不同的关系），则对于R中毎个元组在F上的值必须为：

或者収空值（F的每个属性值均为空值）；或者等于S中某个元组的主码值。

即属性F木身不是主属性，则町以取空值，否则不能収空值。

5.设有一个SPJ数据库，包押SS,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：

nSno（oSno='JI'（SPJ））

2）求供应工程JI零件Pl的供应商号码SNO：

nSno（aSno='JI'APno='Pl'（SPJ））

3）求供应工程JI零件为红色的供应商号码SNO：

nSno（oPno='Pl'（oCOLOR二'红'（P）~SPJ））

4）求没冇使用天津供应商生产的红色零件的工程号JNO：

nJno（SPJ）-JtJNO（acity='天津Colors'纟［'（S^SPJoop）

5）求至少用了供应商SI所供应的全部零件的工程号JNO：

nJno,Pno（SPJ）4-nPno（oSno='SI'（SPJ））

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“二”的连接运算称为等值连接。

它是从关系R与S的广义笛卡尔枳中选取A,B屈性值和等的那些元组

口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，并且在结杲中把重复的属性列去掉。

7.关系代数的基木运算冇哪些?

如何用这些基木运算來表示加他运算?

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种基本运算來衣达。

第3章关系数据库标准语言SQL

1•试述SQL语言的特点。

答：

（1）综合统一。

SQL语言集数据定义语言DDL、数据操纵语言DML、数据控制语言DCL的功能•丁•-•体。

（2）高度非过程化。

用SQL语言进行数据操作，只耍提出“做什么”，而无需指明"怎么做”，因此无需了解存取路径,存取路径的选择以及sQL语句的操作过程山系统自动完成。

（3）1（11向集合的操作方式。

sQL语言采用集合操作方式，不仅操作对彖、査找结果可以是元组的集合，而且一次插入、删除、史新操作的对彖也可以是元纽•的集合。

⑷以同一种语法结构提供两种使用方式。

sQL语言既是自含式语言，乂是倏入式语言。

作为自含式语言，它能够独立地用丁•联机交互的使用方式；作为幔入式语言，它能够恢入到高级语言程序中，供程序员设计程序时使用。

（5）语言简捷，易学易用。

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；使川CREATEINDEX语句建立索引，DROPINDEX语句删除索引；使川CREATEVIEW语句建立视图，DROPVIEW语句删除视图。

3•用sQL语句建立第二章习题5中的4个衣。

答：

对于S表：

S（SNO,SNAME,STATUS,CITY）;

建S表：

CREATETABLES（SnoC

（2）UNIQUE,SnamcC（6）,StatusC

（2）,CityC（4））;

对丁P表：

P（PNO,PNAME,COLOR,WEIGHT）;

建P表：

CREATETABLEP（PnoC

（2）UNIQUE,Pna