數據庫系統概論第四版課后習題答案-資料下載頁

　　

【正文】 其中數據項是數據的最小組成單位，若干個數據項可以組成一個數據結構。數據字典通過對數據項和數據結構的定義來描述數據流和數據存儲的邏輯內容。數據字典的作用：數據字典是關于數據庫中數據的描述，在需求分析階段建立，是下一步進行概念設計的基礎，并在數據庫設計過程中不斷修改、充實、完蓋。7 ．什么是數據庫的概念結構？試述其特點和設計策略。答：概念結構是信息世界的結構，即概念模型，其主要特點是： ( l ）能真實、充分地反映現實世界，包括事物和事物之間的聯系，能滿足用戶對數據的處理要求，是對現實世界的一個真實模型； ( 2 ）易于理解，從而可以用它和不熟悉計算機的用戶交換意見，用戶的積極參與是數據庫設計成功的關鍵； ( 3 ）易于更改，當應用環境和應用要求改變時，容易對概念模型修改和擴充； ( 4 ）易于向關系、網狀、層次等各種數據模型轉換。概念結構的設計策略通常有四種： l ）自頂向下，即首先定義全局概念結構的框架，然后逐步細化； 2 ）自底向上，即首先定義各局部應用的概念結構，然后將它們集成起來，得到全局概念結構； 3 ）逐步擴張，首先定義最重要的核心概念結構，然后向外擴充，以滾雪球的方式逐步生成其他概念結構，直至總體概念結構； 4 ）混合策略，即將自頂向下和自底向上相結合，用自頂向下策略設計一個全局概念結構的框架，以它為骨架集成由自底向上策略中設計的各局部概念結構。8 ．什么叫數據抽象？試舉例說明。答：數據抽象是對實際的人、物、事和概念進行人為處理，抽取所關心的共同特性，忽略非本質的細節，并把這些特性用各種概念精確地加以描述，這些概念組成了某種模型。如“分類’夕這種抽象是：定義某一類概念作為現實世界中一組對象的類型。這些對象具有某些共同的特性和行為。它抽象了對象值和型之間的， 39。 i 5 member of ”的語義。在 E 一 R 模型中，實體型就是這種抽象。例如在學校環境中，李英是老師，表示李英是教師類型中的一員，則教師是實體型，李英是教師實體型中的一個實體值，具有教師共同的特性和行為：在某個系某個專業教學，講授某些課程，從事某個方向的科研。 9 ．試述數據庫概念結構設計的重要性和設計步驟。答：重要性：數據庫概念設計是整個數據庫設計的關鍵，將在需求分析階段所得到的應用需求首先抽象為概念結構，以此作為各種數據模型的共同基礎，從而能更好地、更準確地用某一 DBMS 實現這些需求。設計步驟：概念結構的設計方法有多種，其中最經常采用的策略是自底向上方法，該方法的設計步驟通常分為兩步：第 1 步是抽象數據并設計局部視圖，第 2 步是集成局部視圖，得到全局的概念結構。 10 ．為什么要視圖集成？視圖集成的方法是什么？答：在對數據庫系統進行概念結構設計時一般采用自底向上的設計方法，把繁雜的大系統分解子系統。首先設計各個子系統的局部視圖，然后通過視圖集成的方式將各子系統有機地融合起來，綜合成一個系統的總視圖。這樣，設計清晰，由簡到繁。由于數據庫系統是從整體角度看待和描述數據的，因此數據不再面向某個應用而是整個系統。因此必須進行視圖集成，使得數據庫能被全系統的多個用戶、多個應用共享使用。一般說來，視圖集成可以有兩種方式： ( l ）多個分 E 一 R 圖一次集成。 ( 2 ）逐步集成，用累加的方式一次集成兩個分 E 一 R 圖。無論采用哪種方式，每次集成局部 E 一 R 圖時都需要分兩步走： ( l ）合并，解決各分 E 一 R 圖之間的沖突，將各分 E 一 R 圖合并起來生成初步 E 一 R 圖； ( 2 ）修改和重構，消除不必要的冗余，生成基本 E 一 R 圖。 11 ．什么是數據庫的邏輯結構設計？試述其設計步驟。答：數據庫的邏輯結構設計就是把概念結構設計階段設計好的基本 E 一 R 圖轉換為與選用的 DBMS 產品所支持的數據模型相符合的邏輯結構。設計步驟為 : ( l ）將概念結構轉換為一般的關系、網狀、層次模型； ( 2 ）將轉換來的關系、網狀、層次模型向特定 DBMS 支持下的數據模型轉換； ( 3 ）對數據模型進行優化。14 ．規范化理論對數據庫設計有什么指導意義？答：規范化理論為數據庫設計人員判斷關系模式的優劣提供了理論標準，可用以指導關系數據模型的優化，用來預測模式可能出現的問題，為設計人員提供了自動產生各種模式的算法工具，使數據庫設計工作有了嚴格的理論基礎。 15 ．試述數據庫物理設計的內容和步驟。答：數據庫在物理設備上的存儲結構與存取方法稱為數據庫的物理結構，它依賴于給定的 DBMS 。為一個給定的邏輯數據模型選取一個最適合應用要求的物理結構，就是數據庫的物理設計的主要內容。數據庫的物理設計步驟通常分為兩步： ( l ）確定數據庫的物理結構，在關系數據庫中主要指存取方法和存儲結構； ( 2 ）對物理結構進行評價，評價的重點是時間效率和空間效率。16 ．數據輸入在實施階段的重要性是什么？如何保證輸入數據的正確性？答：數據庫是用來對數據進行存儲、管理與應用的，因此在實施階段必須將原有系統中的歷史數據輸入到數據庫。數據量一般都很大，而且數據來源于部門中的各個不同的單位。數據的組織方式、結構和格式都與新設計的數據庫系統有相當的差距，組織數據錄入就要將各類源數據從各個局部應用中抽取出來，分類轉換，最后綜合成符合新設計的數據庫結構的形式，輸入數據庫。因此這樣的數據轉換、組織入庫的工作是相當費力費時的工作。特別是原系統是手工數據處理系統時，各類數據分散在各種不同的原始表格、憑證、單據之中，數據輸入工作量更大。保證輸入數據正確性的方法：為提高數據輸入工作的效率和質量，應該針對具體的應用環境設計一個數據錄入子系統，由計算機來完成數據入庫的任務。在源數據入庫之前要采用多種方法對它們進行檢驗，以防止不正確的數據入庫。 17 ．什么是數據庫的再組織和重構造？為什么要進行數據庫的再組織和重構造？答：數據庫的再組織是指：按原設計要求重新安排存儲位置、回收垃圾、減少指針鏈等，以提高系統性能。數據庫的重構造則是指部分修改數據庫的模式和內模式，即修改原設計的邏輯和物理結構。數據庫的再組織是不修改數據庫的模式和內模式的。進行數據庫的再組織和重構造的原因：數據庫運行一段時間后，由于記錄不斷增、刪、改，會使數據庫的物理存儲情況變壞，降低了數據的存取效率，數據庫性能下降，這時 DBA 就要對數據庫進行重組織。 DBMS 一般都提供用于數據重組織的實用程序。數據庫應用環境常常發生變化，如增加新的應用或新的實體，取消了某些應用，有的實體與實體間的聯系也發生了變化等，使原有的數據庫設計不能滿足新的需求，需要調整數據庫的模式和內模式。這就要進行數據庫重構造。 18 ．現有一局部應用，包括兩個實體：“出版社”和“作者”，這兩個實體是多對多的聯系，請讀者自己設計適當的屬性，畫出 E 一 R 圖，再將其轉換為關系模型（包括關系名、屬性名、碼和完整性約束條件）。答：關系模型為：作者（作者號，姓名，年齡，性別，電話，地址）出版社（出版社號，名稱，地址，聯系電話）出版（作者號，出版社號，書的數量）出版關系的主碼作者號，出版社號分別參照作者關系的主碼作者號和出版社關系的主碼出版社號。19 ．請設計一個圖書館數據庫，此數據庫中對每個借閱者保存讀者記錄，包括：讀者號，姓名，地址，性別，年齡，單位。對每本書存有：書號，書名，作者，出版社。對每本被借出的書存有讀者號、借出日期和應還日期。要求：給出 E 一 R 圖，再將其轉換為關系模型。答 ：E 一 R 圖為：關系模型為：讀者（讀者號，姓名，地址，性別書（書號，書名，作者，出版社）借書（讀者號，書號，借出日期，年齡，單位）應還日期）第9章 關系查詢處理和查詢優化1 ．試述查詢優化在關系數據庫系統中的重要性和可能性。答：重要性：關系系統的查詢優化既是 RDBMS 實現的關鍵技術又是關系系統的優點所在。它減輕了用戶選擇存取路徑的負擔。用戶只要提出“干什么”，不必指出“怎么干”。查詢優化的優點不僅在于用戶不必考慮如何最好地表達查詢以獲得較好的效率，而且在于系統可以比用戶程序的“優化’夕做得更好。可能性：這是因為： ( l ）優化器可以從數據字典中獲取許多統計信息，例如關系中的元組數、關系中每個屬性值的分布情況、這些屬性上是否有索引、是什么索引（ B ＋樹索引還是 HASH 索引或惟一索引或組合索引）等。優化器可以根據這些信息選擇有效的執行計劃，而用戶程序則難以獲得這些信息。 ( 2 ）如果數據庫的物理統計信息改變了，系統可以自動對查詢進行重新優化以選擇相適應的執行計劃。在非關系系統中必須重寫程序，而重寫程序在實際應用中往往是不太可能的。 ( 3 ）優化器可以考慮數十甚至數百種不同的執行計劃，從中選出較優的一個，而程序員一般只能考慮有限的幾種可能性。 ( 4 ）優化器中包括了很多復雜的優化技術，這些優化技術往往只有最好的程序員才能掌握。系統的自動優化相當于使得所有人都擁有這些優化技術。2 ．對學生一課程數據庫有如下的查詢： SEI 王 CT Cn 即 ne FROM Student , Cou 拐 e , SC WHERE Student . Sno = SC . Sno AND SC . Cllo = Coll 拐 e . Cllo AND Stu 擊 nt . Sdept = ! 15 ! 。 此查詢要求信息系學生選修了的所有課程名稱。試畫出用關系代數表示的語法樹，并用關系代數表達式優化算法對原始的語法樹進行優化處理，畫出優化后的標準語法樹。答：3 ．試述查詢優化的一般準則。答：下面的優化策略一般能提高查詢效率： ( l ）選擇運算應盡可能先做； ( 2 ）把投影運算和選擇運算同時進行； ( 3 ）把投影同其前或其后的雙目運算結合起來執行； ( 4 ）把某些選擇同在它前面要執行的笛卡兒積結合起來成為一個連接運算； ( 5 ）找出公共子表達式； ( 6 ）選取合適的連接算法。4 ．試述查詢優化的一般步驟。答：各個關系系統的優化方法不盡相同，大致的步驟可以歸納如下： ( l ）把查詢轉換成某種內部表示，通常用的內部表示是語法樹。 ( 2 ）把語法樹轉換成標準（優化）形式。即利用優化算法，把原始的語法樹轉換成優化的形式。 ( 3 ）選擇低層的存取路徑。 ( 4 ）生成查詢計劃，選擇代價最小的。第10章 數據庫恢復技術1．試述事務的概念及事務的4 個特性。答：事務是用戶定義的一個數據庫操作序列，這些操作要么全做要么全不做，是一個不可分割的工作單位。事務具有4 個特性：原子性（Atomicity ）、一致性（consistency ）、隔離性( Isolation ）和持續性（Durability ）。這4 個特性也簡稱為ACID 特性。原子性：事務是數據庫的邏輯工作單位，事務中包括的諸操作要么都做，要么都不做。一致性：事務執行的結果必須是使數據庫從一個一致性狀態變到另一個一致性狀態。隔離性：一個事務的執行不能被其他事務干擾。即一個事務內部的操作及使用的數據對其他并發事務是隔離的，并發執行的各個事務之間不能互相干擾。持續性：持續性也稱永久性（Perfnanence ) ，指一個事務一旦提交，它對數據庫中數據的改變就應該是永久性的。接下來的其他操作或故障不應該對其執行結果有任何影響。2 ．為什么事務非正常結束時會影響數據庫數據的正確性，請列舉一例說明之。答：事務執行的結果必須是使數據庫從一個一致性狀態變到另一個一致性狀態。如果數據庫系統運行中發生故障，有些事務尚未完成就被迫中斷，這些未完成事務對數據庫所做的修改有一部分已寫入物理數據庫，這時數據庫就處于一種不正確的狀態，或者說是不一致的狀態。例如某工廠的庫存管理系統中，要把數量為Q 的某種零件從倉庫1 移到倉庫2 存放。則可以定義一個事務T , T 包括兩個操作；Ql = Ql 一Q , Q2= Q2 + Q。 如果T 非正常終止時只做了第一個操作，則數據庫就處于不一致性狀態，庫存量無緣無故少了Q 。3 ．數據庫中為什么要有恢復子系統？它的功能是什么？答：因為計算機系統中硬件的故障、軟件的錯誤、操作員的失誤以及惡意的破壞是不可避免的，這些故障輕則造成運行事務非正常中斷，影響數據庫中數據的正確性，重則破壞數據庫，使數據庫中全部或部分數據丟失，因此必須要有恢復子系統。恢復子系統的功能是：把數據庫從錯誤狀態恢復到某一已知的正確狀態（亦稱為一致狀態或完整狀態）。4 ．數據庫運行中可能產生的故障有哪幾類？哪些故障影響事務的正常執行？哪些故障破壞數據庫數據？答：數據庫系統中可能發生各種各樣的故障，大致可以分以下幾類：（1）事務內部的故障；（2）系統故障；（3）介質故障；（4）計算機病毒。事務故障、系統故障和介質故障影響事務的正常執行；介質故障和計算機病毒破壞數據庫數據。5 ．數據庫恢復的基本技術有哪些？答：數據轉儲和登錄日志文件是數據庫恢復的基本技術。當系統運行過程中發生故障，利用轉儲的數據庫后備副本和日志文件就可以將數據庫恢復到故障前的某個一致性狀態。6 ．數據庫轉儲的意義是什么？試比較各種數據轉儲方法。答：數據轉儲是數據庫恢復中采用的基本技術。所謂轉儲即DBA 定期地將數據庫復制到磁帶或另一個磁盤上保存起來的過程。當數據庫遭到破壞后可以將后備副本重新裝入，將數據庫恢復到轉儲時的狀態。靜態轉儲：在系統中無運行事務時進行的轉儲操作，如上圖所示。靜態轉儲簡單，但必須等待正運行的用戶事務結束才能進行。同樣，新的事務必須等待轉儲結束才能執行。顯然，這會降低數據庫的可用性。動態轉儲：指轉儲期間允許對數據庫進行存取或修改。動態轉儲可克服靜態轉儲的缺點，它不用等待正在運行的用戶事務結束，也不會影響新事務的運行。但是，轉儲結束時后援副本上的數據并不能保證正確有效。因為轉儲期間運行的事務可能修改了某些數據，使得后援副本上的數據不是數據庫的一致版本。為此，必須把轉儲期間各事務對數據庫的修改活動登記下來，建立日志文件( 109 file ）。這樣，后援副本加上日志文件就能得到數據庫某一時刻的正確狀態。轉儲還可以分為海量轉儲和增量轉儲兩種方式。海量轉儲是指每次轉儲全部數據庫。增量轉儲則指每次只轉儲上