数据库实用教程第三版董建全老师给的复习纲要珍藏版.docx
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数据库实用教程第三版董建全老师给的复习纲要珍藏版
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数据库系统原理
参考教材:
数据库实用教程(第三版)董健全丁宝康编著施伯乐主审
第1章数据库发展史
1.1数据库阶段的数据管理有哪些特色?
有五方面的特征:
(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。
(3)数据库系统为用户提供方便的用户接口。
(4)系统提供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、数据安全性,以保证数据库中数据是安全的、正确的、可靠的。
(5)对数据的操作不一定以记录为单位,也可以以数据项为单位,增加了系统的灵活性。
1.2什么是数据独立性?
在数据库中有哪两级独立性?
答:
数据独立性是指应用程序与数据库的数据结构之间相互独立。
在数据库中有物理数据独立性跟逻辑设计独立性
1.3试解释DB、DBMS、和DBS三个概念。
◆DB:
数据库(Database),DB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。
◆DBMS:
数据库管理系统(DatabaseManagementSystem),DBMS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。
◆DBS:
数据库系统(DatabaseSystem),DBS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。
第2章数据库系统结构
2.1名词解释。
逻辑数据物理数据联系的元数1:
1联系1:
N联系M:
N联系数据模型
概念数据模型结构数据模型层次模型网状模型关系模型外模式
概念模式内模式外模式/模式映像模式/内模式映像数据独立性
物理数据独立性逻辑数据独立性DDLDMLDDDD系统
答:
逻辑数据--理论上的数据,它是连续的、全部的、有序的。
物理数据--实际存储的数据,它是全部的、可能是断续的、无序的。
联系的元数—--与一个联系有关的实体集个数
◆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,好么实体集E1对E2的联系称为“一对一联系”,记为“1:
1”。
◆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”。
◆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”。
◆数据模型:
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。
◆概念数据模型:
它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。
◆结构数据模型:
它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。
◆层次模型:
用树型结构表示实体间联系的数据模型
◆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。
◆关系模型:
是由若干个关系模式组成的集合,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。
◆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。
◆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。
◆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。
◆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。
◆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。
◆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。
◆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。
◆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。
DML---数据操纵语言,用于让用户或程序员使用,实现对数据库中数据的操作。
基本的数据操作分为两类四种:
检索(查询)和更新(插入、删除、修改)。
DML分为交互型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
DDL---数据定义语言,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像,定义数据的完整性、安全控制等约束
DD:
数据字典(DataDictionary),数据库系统中存放三级结构定义的数据库称为数据字典。
(通常DD还存放数据库运行时的统计信息)
◆DD系统:
管理DD的实用程序称为“DD系统”。
2.2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?
数据描述有两形式:
物理描述和逻辑描述。
物理数据描述是指数据在存储设备上的存储方式,物理数据是实际存放在存储设备上的数据。
物理记录、物理文件(还有物理联系、物理结构等术语),都是用来描述存储数据的细节。
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。
2.3设某商业集团数据库有三个实体集。
一是“商品”实体集,属性有商品号、商品
名、规格、单价等;二是“商店”实体集,属性有商店号、商店名、地址等;三
是“供应商”实体集,属性有供应商编号、供应商名、地址等。
供应商之间存在“供应”联系,每个供应商可供应多种多种商品,每种商品可向
多个供应商订购,每个供应商供应每种商品有个月供应量;商店与商品间存在“销
售”联系,每个商店可销售多种商品,每种商品可在多个商店销售,每个商店销售
每种商品有个月计划数。
试画出反映上述问题的ER图,并将其转换成关系模型。
答:
实体:
商店(商店编号,店号,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:
P1-商店销售商品的有销售量间P2-职工参加某商店工作的开始时
ER图:
关系模式集:
商店模式(商店编号,店号,店址,店经理)
商品模式(商品编号,商品名,单价,产地)
职工模式(职工编号,职工名,性别,工资)
P1模式(商店编号,商品编号,月销售量)
P2模式(商店编号,职工编号,开始时间)
2.4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。
答:
ER模型的主要特点:
(1)接近于人的思维,容易理解;
(2)与计算机无关,用户容易接受。
层次模型的特点:
记录之间的联系通过指针实现,查询效率较高。
网状模型的特点:
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。
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。
2.5DB的三级模式结构描述了什么问题?
试详细解释。
答:
DB的三级模式结构是对数据的三个抽象级别。
它把数据的具体组织留给DBMS去做,用户只要抽象地处理数据,而不必关心数据在计算机中的表示和存储,这样就减轻了用户使用系统的负担
外模式是数据库用户(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。
它既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境,也与具体的应用程序,与所使用的应用开发工具及高级程序设计语言(如C、Cobol、Fortran)无关。
内模式也称存储模式(StorageSchema),一个数据库只有一个内模式。
它是数据物理结构和存储方式的描述,是数据在数据库内部的表示方式。
例如,记录的存储方式是顺序存储、按照B树结构存储、还是按Hash方法存储;索引按照什么方式组织;数据是否压缩存储,是否加密;数据的存储记录结构有何规定等。
2.6试述概念模式在数据库结构中的重要地位。
答:
概念模式(定义)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。
2.7什么是数据独立性?
其目的是什么?
答:
数据独立性是指应用程序与数据之间相互独立,不受影响。
数据与程序的独立,把数据的定义从程序中分离出去,加上数据的存取又由DBMS负责,从而简化了应用程序的编制,大大减少了应用程序的维护和修改。
2.8试述DBMS的主要功能
(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
2/10
2.9从模块结构观察,DBMS由哪些部分组成?
答:
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
2.10DBS有哪几部分组成?
答:
DBS由四部分组成:
数据库、硬件、软件、数据库管理员
2.11在DBS中,DBMS和OS之间的关系是什么?
答:
DBMS需要通过OS才能操作DBS。
第3章关系运算
3.1名词解释。
关系模型关系模式关系实例属性域元组超键候选键主键外键
实体完整性规则参照完整性规则
∙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。
关系模型是由若干个关系模式组成的集合。
∙关系模式:
关系模式实际上就是记录类型。
它包括:
模式名,属性名,值域名以及模式的主键。
关系模式仅是对数据特性的描述。
∙关系实例:
就是一个关系,即一张二维表格。
∙属性:
在关系模型中,字段称为属性。
∙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。
∙元组:
在关系中,记录称为元组。
∙超键:
在一个关系中,能唯一标识元组的属性或属性集。
∙候选键:
不含有多余属性的超键称为候选键。
∙主键:
用户选作元组标识的一个候选键为主键。
∙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。
∙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。
∙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。
3.2笛卡尔积、等值联接、自然联接三者之间有什么区别?
答:
笛卡尔积对两个关系R和S进行操作,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,挑选关系第i个分量与第(r+j)个分量值相等的元组;自然连接则是在等值联接(以公共属性值相等为条件)的基础上再行投影操作,去掉S中的公共属性列,当两个关系没有公共属性时,自然连接就转化笛卡尔积。
3.3设有关系R和S(见下表),计算R∪S,R-S,R∩S,R×S,π3,2(S),σB<’5’(R),RS,RS。
3.4如果R是二元关系,那么下列元组表达的结果是什么?
(R)
{t|(u)(R(t)∧R(u)∧(t[1]≠u
(1)∨t[2]≠u
(2)))}
答:
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。
3.5假设R和S分别是三元和二元关系,试把表达式π1,5(σ2=4∨3=4(R×S))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:
选择R×S关系中元组第2分量或第3分量与第4分量值相等的元组并取第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)∧(u[2]=v[4]∨u[3]=v[4])∧t[1]=u[1]∧t[2]=v[2])}
(3)域表达式:
{xv|(
y)(
z)(
u)(R(xyz)∧S(uv)∧(y=u∨z=u))}
3.6假设R和S都是二元关系,试把元组表达式{t|(R(t)∧(?
Îu)R(u)∧u[1]≠t[2])}转换成等
价的:
①汉语查询句子;②元组表达式;③域表达式。
答:
(1)汉语表达式:
从R×S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)∧(u[2]=v[1]∨u[3]=v[1])∧t[1]=u[1]∧t[2]=v[2])}
(3)域表达式:
{xv|(
y)(
z)(
u)(R(xyz)∧S(uv)∧(y=u∨z=u))}
3.7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:
①πA(R));②πB=’17’(R);③R×S;④πA,F(σC=D(R×S))。
解:
(1){t|(
u)(R(t)∧R(u)∧t[1]=u[1])}
(2){t|R(t)∧t[2]='17')}
(3){t|(
u)(
v)(R(u)∧S(v)∧t[1]=u[1]∧t[2]=u[2]∧t[3]=u[3]∧t[4]=v[1]∧t[5]=v[2]∧t[6]=v[3])}
(4){t|(
u)(
v)((R(u)∧S(v)∧u[3]=v[4]∧t[1]∧u[1]∧t[2]=v[3])}
3.8设有三个关系
S(SNO,SNAME,AGE,SEX,SDEPT)
SC(SNO,CNO,GRADE)
C(CNO,CNAME,CDEPT,TNAME)
试用关系代数表达式表示下列查询语句:
R:
ABC3274
6524
7733
S:
ABC374253
3/10
①检索LIU老师所授课程的课程号、课程名。
②检索年龄大于23岁的男学生的学号与姓名。
③检索学号S3学生所学课程的课程名与任课教师名。
④检索至少选修LIU老师所授课程中一门课的女学生姓名。
⑤检索WANG同学不学的课程的课程号。
⑥检索至少选修两门课程的学生学号。
⑦检索全部学生都选修的课程的课程号与课程名。
⑧检索选修课程包含LIU老师所授课程的学生学号。
∙
(1)检索LIU老师所授课程的课程号、课程名。
∙πC#,CNAME(σTEACHER='LIU'(C))
∙{t|(
u)(C(u)∧t[3]='LIU'∧t[1]=u[1]∧t[2]=u[3])}
∙
(2)检索年龄大于23岁的男学生的学号与姓名。
∙πS#,SNAME(σAGE>'23'∧SEX='男'(S))
∙{t|(
u)(S(u)∧u[AGE]>'23'∧u[SEX]='男'∧t[1]=u[S#]∧t[2]=u[SNAME])}(这里分量用属性表示,当然也可用数字)
∙检索学号为S3学生所学课程的课程名与任课教师名。
∙πCNAME,TEACHER(σS#='S3'∧SC.C#=C.C#(SC×C))(也可将两个关系自然连接后选择、投影)
∙{t|(
u)(
v)(
w)(S(u)∧SC(v)∧C(w)∧u[1]='S3'∧v[1]=u[1]∧v[2]=w[1]∧t[1]=w[2]∧t[2]=w[3])}
∙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。
∙πSNAME(σSEX='女'∧TEACHER='LIU'(S|X|SC|X|C))
∙{t|(
u)(
v)(
w)(S(u)∧SC(v)∧C(w)∧u[SEX]='女'∧v[S#]=u[S#]∧v[C#]=w[C#]∧w[TEACHER]='LIU'∧t[1]=u[SNAME])}
∙检索WANG同学不学的课程号。
∙πC#(SC)-πC#(σSNAME='WANG'∧S.S#=SC.S#(S×SC))
∙{t|(
u)(
v)(S(u)∧SC(v)∧u[SNAME]='WANG'∧u[S#]≠v[S#]∧t[1]=v[C#])}
∙(前一式用全部课程号减去WANG同学所学的课程号,后一句则是直接选择SNAME='WANG'的元组并且WANG没有相应课程号的元组。
)
∙检索至少选修两门课程的学生学号。
∙πS#(σ1=4∧2≠5(SC×SC))(SC自乘之后,同一个学号下两个课程号不同的元组)
∙{t|(
u)(
v)(SC(u)∧SC(v)∧u[S#]=v[S#]∧u[C#]≠v[C#])∧t[1]=u[S#]}
∙检索全部学生都选修的课程的课程号与学生学号。
∙πC#,S#(SC|X|(πS#,C#(SC)÷πS#(S)))(涉及到全部值时,应用除法,“除数”是全部量。
)
∙{t|(
u)(
v)(
w)(SC(u)∧S(v)∧C(w)∧u[S#]=v[S#]∧u[C#]=w[C#]∧t[1]=u[C#]∧t[2]=v[S#])}
∙检索选修课程包含LIU老师所授课程的学生学号。
∙πS#(σTEACHER='LIU'(S|X|SC|X|C))
∙{t|(
u)(
v)(
w)(S(u)∧SC(v)∧C(w)∧u[1]=v[1]∧v[2]=w[1]∧w[3]='LIU'∧t[1]=u[1])}
3.9在上题的三个关系中,用户有一查询语句:
检索数学系的学生选修计算机课程的
课程名和任课教师姓名。
①试写出该查询的关系代数表达式。
②试写出该查询优化的关系代数表达式。
③画出该查询初始的关系代数表达式的语法树。
④使用3.4.4节的优化算法,对语法树进行优化,并画出优化后的语法树。
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)πCNAME,TEACHER(σSEX='女'(S
SC
C))
(2)优化为:
πCNAME,TEACHER(C
πC#(πS#,C#(SC)
πS#(σSEX='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
3.10为什么要对关系代数表达式进行优化?
答:
在关系代数运算中,各个运算所费时间和空间是不一样的。
如何安排若干关系的运算操作步骤,直接影响到整个操作所需要的时间和空间。
对关系代数表达式进行优化,可以提高系统的操作效率,达到执行过程即省时间又省空间的目的。
3.11子模式DDL用来描述什么?
答:
用户所需数据的结构,还可定义用户对数据进行操作的权限
3.12五种基本关系代数运算
答:
并、差、笛卡尔积、投影、选择
3.13外联接
如果R和S做自然联接时,把原该舍弃的元组也保留在新关系中,同时在这些元组新增加的属性上填上空值,这种操作称为“外连接“操作。
用符号表示
如果R和S做自然联接时,把R中原该舍弃的元组放到新关系中,那么这种操作称为“左外连接“操作。
用符号表示
如果R和S做自然联接时,把S中原该舍弃的元组放到新关系中,那么这种操作称为“右外连接“操作。
用符号表示
3.14关系数据库的关系演算语言是以谓词演算为基础的DML语言。
3.15设关系模式R(A,B)和S(C,D),有关系代数表达式E=πA,C(σB=‘d’(R×S)),请
画出表达式E的语法树。
3.16等式σF(E1×E2)=E1×σF(E2)成立的条件是F只涉及到E2中的属性。
第4章结构化查询语言
4.1名词解释。
SQL模式基本表视图实表虚表相关子查询联接查询嵌套查询
交互式SQL嵌入式SQL共享变量游标滚动游标
SQL模式:
基本表的集合定义为SQL模式。
一个SQL模式(即"数据库模式")由模式名和模式拥有者的用户名或账号来确定,并包含模式中每一个元素(基本表、视图、索引等)的定义。
◆基本表:
在SQL中,把传统的关系模型中的关系模式称为基本表(BaseTable),基本表是本身独立的表,一个关系就对应一个基本表。
◆视图:
在SQL中,把传统的关系模型中的子模式称为视图(View),视图是从一个或多个基本表导出的表。
◆实表:
基本表就被称为实表,它是实际存放在数据库中的表。
◆虚表:
视图就被称为虚表,因为在数据库中只存储视图的定义而不存放视图所对应的数据。
◆相关子查询:
在嵌套查询中,内层查询称为‘相关子查询’,子查询中查询条件依赖于外层查询中的某个值,所以子查询的处理不只一次,要反复求值,以供外层查询使用。
嵌套查询:
在一个SELECT语句的WHERE子句或HAVING子句中嵌套另一个SELECT语句的查询称为嵌套查询,又称子查询。
子查询是SQL语句的扩展,其语句形式如下:
SELECT<目标表达式1>[,...]
FROM<表或视图名1>
WHERE[表达式](SELECT<目标表达
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