数据库原理及应用

习题1
1.1名词解释

数据库(DB)：数据库是指计算机的存储设备上合理存放相关联，有结构的数据集合

数据库系统(DBS)：是指在计算机系统中引进数据库和数据库管理系统后的系统

数据库管理系统(DBMS)：是一个操纵和管理数据库的大型软件，它由计算机程序构成，它是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件
数据模型：是指现实世界数据和信息的模拟和抽象，用来描述数据，组织数据和对数据进行操作。

概念数据模型：是独立于计算机系统的数据模型，完全不涉及信息在计算机中的表示，是面向数据库用户的现实世界模型，主要用来描述现实世界的概念化结构。
一对一联系：设有两个实体集A，B，如果对于实体集A中的每一个实体，B中至多有一个实体与之有联系，反之亦然，则称A,By有一对一联系。

一对多联系 ：设有两个实体集A，B，若A中的每一个实体与B中任意个实体（包括零个）相联系，而B中每个实体至多和A中一个实体有联系，则称A和B是一对多联系（1：n联系)

多对多联系:设有两个实体集A，B，若有两个实体集A,B中的每一个实体都和另一个实体集中的任意个实体（包括零个）有联系，则称A,B 是多对多联系（m:n联系）

层次模型：是按照树状（层次）结构表示实体集与实体集之间的联系模型。

网状模型 ：用有向图结构表示实体类型以及实体间的联系

关系模型 ：用二维表格表示现实世界实体集及实体集间的联系

关键字：是指具有特定含义和功能的保留字，用于定义、操作或控制数据库的结构和行为。
模式：是由数据库设计者综合所有用户数据，按照统一的观点构造的对数据库全局逻辑结构的描述。
外模式：又称子模式，介于模式与应用之间，是用户与数据之间的接口，是数据库用户（包括用户程序员和最终用户）能够看见和是使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述

内模式：也称存储模式，是对数据库中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。

数据独立性：是指应用程序和数据结构之间相互独立，不受影响。

逻辑数据独立性：表示一旦模式发生变化，无须改变外模式或应用程序的能力
物理数据独立性：表示不会因为内模式发生改变而导致概念模式发生改变的能力

数据字典(DD)：是描述各级模式的信息，主要包括所有数据的结构名，意义，描述定义，存储格式，完整性约束，使用权限等信息。

1.2 简答

(1)举例说明哪些应用适合使用文件系统而不适合使用数据库系统，哪些应用适合使
用数据库系统而不适合使用文件系统。

文件系统适用于简单数据存储，如文本文件，图片和个人文档，适合不需要复杂查询，事务和多用户同时访问的情况，例如，个人电脑上的文件存储就适合文件系统

数据库系统适用于需要高度结构化，多用户协作，数据关系复杂的应用，如在线交易处理，客户关系管理，库存管理等，数据库提供了数据一致性，完整性，和高级查询能力，适合复杂的业务应用，但可能过于复杂和昂贵，不适合简单的数据存储需求，如存储个人笔记

(2)文件系统与数据库系统有何区别和联系?

文件系统与数据库系统的区别是:文件系统面向某一应用程序,共享性差,冗余度大,数据独立性差,记 录内有结构,整体无结构,由应用程序自己限制.数据库系统面向现实世界,共享性高,冗余度小,具有 较高的物理独立性和一定的逻辑独立性,塞体结构化,用数据模型描述,由数据库治理系统提供数据的安 全性、完整性、并发限制和恢复水平.

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治理数据的软件.解析文件系 统是操作系统的重要组成局部:而DBMS是独立于操作系统的软件.但是DBMS是在操作系统的根底上实 现的:数据库中数据的组织和存储是通过操作系统中的文件系统来实现的.

文件系统和数据库系统的区别

	文件系统	数据库系统
数据的管理者	文件系统	数据库管理系统
数据面向的对象	某一应用程序	整个应用系统
数据的共享程度	共享性差，冗余度大	共享性高，冗余度小
数据的独立性	独立性差	具有高度的物理独立性和逻辑独立性
数据的结构化	记录内有结构，整体无结构	整体结构化，用数据模型描述
数据控制能力	应用程序自己控制	由数据库管理系统提供数据安全性，完整性，并发控制，和恢复能力

(3)何谓数据的物理独立性与数据的逻辑独立性?

逻辑独立性表示一旦模式发生变化，无需改变外模式或应用程序的能力。
物理独立性表示不会因为内模式发生改变而导致概念模式发生改变的能力。

数据的物理独立性指的是数据的物理结构（存储方式和存储位置）发生变化时，数据的逻辑结构（用户看到的数据结构）保持不变，从而应用程序无需修改。

数据的逻辑独立性指的是数据的逻辑结构发生变化时，应用程序无需修改，因为应用程序是基于逻辑结构进行操作的，而不是直接基于物理结构。
（4）什么是数据独立性？在数据库系统体系结构中是如何体现的?

数据独立性是指数据库中数据库中数据的逻辑结构和物理存储结构的改变不会影响到应用程序的特性，数据独立性包括逻辑独立性和物理独立性。

逻辑独立性是指概念模式改变时，子模式可以不变，从而应用程序也不必改变，物理独立性是指当内模式改变时，概念模式可以不变，从而子模式和应用程序也不必修改。在数据库系统体系结构中，通过三级模式结构(外模式，概念模式和内模式）和两层映像（外模式/模式映像和模式/内模式映像）来体现数据独立性。

(5)数据模型的三要素。

数据结构，数据操作，数据完整性约束
(6)概念模型的作用。

概念模型是从现实世界中抽取出对于一个目标应用系统来说最有用的事物，事物特征以及事物之间的联系，通过各种概念精确地加以描述，因此，概念模型是沟通现实世界与计算机世界的桥梁，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与用户之间进行交流的语言
(7)举例说明实体集之间具有1:1、1:n、m:n的联系

例如：

四个实体集：学生，学校，教师，校长

校长和学校为1:1联系，学生和学校是1：n联系，学生和老师是m:n联系

(8)层次数据模型、网状数据模型和关系数据模型的优点和缺点。

层次模型具有查询效率较高、结构简单、层次分明，便于在计算机内实现的优点,
在层次数据结构中,从根结点到树中任意结点均存在一条唯一的层次路径，为有效地进行数
据操纵也提供了条件，并且层次数据模型提供了良好的完整性支持
但层次模型也有缺点，一是层次数据模型缺乏直接表达现实世界中非层次型结构的复杂联系，二是层次顺序的严格限制，使得对插入或删除操作也带来了较多的限制，并且查询子
女结点必须通过双亲结点，所以使得应用程序的编写也比较复杂。
网状模型的主要优点是能直接描述现实世界，记录之间的联系也是通过指针来实现的，所以查询效率高。缺点是结构和编程复杂，难掌握,不易使用
关系模型有坚实的理论基础。二维表不仅能表示实体集，而且能方便地表示实体集间的联系，所以说它有很强的表达能力，这是层次模型和网状模型所不及的。关系模型具有简单、易学易用的优点。数据独立性高
关系模型缺点是查询效率常常不如非关系数据模型
（9）举例说明E-R图的构成规则。

E-R图，即实体-关系图，是数据库设计中的一种重要工具，用于描绘实体、属性和实体之间的关系。它提供了一种表示实体类型、属性和连接的方法，用来描述现实世界的概念模型。

实体、属性和关系

实体：实体是客观存在的事物。

在E-R图中，实体通常用矩形表示。例如，用户实体可以包含属性如ID、姓名、年龄等2。

属性：属性是描述实体特征的元素。

在E-R图中，属性通常用椭圆形表示。属性可以分为关键属性、复合属性、多值属性和派生属性1关键属性：可以唯一标识实体集内的实体。 复合属性：由多个属性组合而成。 多值属性：可以包含多个值。 派生属性：其值是动态的，从其他属性派生而来。

关系：关系用于表示实体之间的联系。

在E-R图中，关系通常用菱形表示。关系可以是一对一、一对多、多对一或多对多。

(10)什么是外部模式?概念模式?内部模式?它们之间有何联系?这种分级结构的
优点是什么?

外部模式：又称子模式，介于模式与应用之间，是用户与数据之间的接口，是数据库用户（包括用户程序员和最终用户）能够看见和是使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述

概念模式简称模式，是由数据库设计者综合所有用户数据，按照统一的观点构造的对数据库全局逻辑结构的描述

内部模式：也称存储模式，是对数据库中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。

一个数据库结构从逻辑结构上可以划分为三个层次，外部模式，概念模式，和内部模式称为数据库系统的三级模式结构。

数据库的三级模式结构是对数据库进行三个级别的抽象，他对数据的具体组织留给DBMS去做，用户只要抽象地处理数据，而不必关心数据在机器中的具体表示方式和存储方式，数据库的三级结构是依靠映像来联系和互相转换的，正是这两层映像保证了数据库系统中的数据具有较高的数据独立性

(11)关系数据库完整性约束有哪些?举例说明。

实体完整性约束是指任一关系中的标识属性（关键字）的值，不能为NULL，否则，无法识别关系中的元组

参照完整性约束，参照完整性是不同关系的一种约束，当存在关系间的引用时，要求不能引用不存在的元组，若属性组F是关系R（U）的外关键字，并是关系S（U）的关键字（即F不是R（U）的关键字，而是S（U）的关键字，称F是R（U）的外关键字 ）则对于R(U)中的每个元组在属性组F上的值是必须为空值（NULL）或者等于S（U）中的某个元组的关键字值，

用户定义完整性约束，如值的类型，宽度等。

(12)DBA的主要职责是什么？

（1）对数据库的运行和使用进行监控

（2）对数据库进行正常的数据备份

（3）对数据库出现故障时，对数据库进行恢复

（4）对数据库的存储空间进行管理和维护

（5）必要时，对数据库进行重组和重构

同时，还提供对数据库用户的数据和信息服务，进行数据库的安全性防护等

(13)用户访问数据库的过程

1）接受应用程序的数据请求

2）DEMS对用户的操作请求进行分析

3）数据库管理系统要向操作系统发出操作请求

4）操作系统接到命令后，对数据库中的数据进行处理，将结果送到系统缓冲区，并发出读完标志

5）DEMS接到回答信号后，将缓冲区的数据经过模式映射，变成用户的逻辑记录送到用户工作区，同时给用户回答成功与否的信息

(14）什么是数据字典?它在数据库中的作用是什么?

步骤1:定义数据字典
数据字典是数据库的信息系统，是由关于数据库中数据描述信息组成的库，也称为描述数据库。它集中了设计数据库时所收集的全部信息，如实体属性、实体联系、各种处理要求、用户名等。
数据字典的作用
数据字典在数据库中主要有以下几方面的作用:
(1)对数据进行标准化管理。数据字典集中了设计数据库时所收集的全部信息，如实体属性、实体联系、各种处理要求、用户名等。这不仅为管理和收集这些数据提供了方法和手段，而且使这些数据的名称、个数和含义统一，避免混淆，也就是说系统中的数据是标准化的
(2)使收集的信息文本化。数据字典对所收集的有关数据描述的信息进行统一管理。因此，如同数据库中的数据一样，可以方便地对这些信息进行各种操作，如查询、插入、删除和修改等。
(3)为数据库设计和系统分析提供了有力的工具。在数据库设计的各阶段以及在调试过程中，设计者必须保证原始信息与数据的准确性。数据字典中存放的与数据库系统有关的各种信息和原始资料，正是为数据库中的数据及其相互关系的准确性提供了依据。

(4)为数据库管理系统对数据库的存取控制和管理提供条件。数据库管理系统对所有的数据库存取请求都要进行检查如检查用户标识、口令、模式等。对存取请求采取什么样的控制，取决于检查的结果，也就是说，数据库管理系统对数据库的控制和管理是以数据字典为依据的，如果没有数据字典或数据字典被破坏，数据库管理系统对数据库的控制和管理也就失去了条件。
(5)为数据库的维护和扩充提供依据。数据库管理员可以通过查阅数据字典及时了解数据库的动态，掌握系统性能空间使用情况和各种统计信息，以便及时维护修改和扩充数据库。

(15)简述数据库、数据库管理系统和数据库系统之间的关系。

数据库(Database)是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库，它产生于距今六十多年前，随着信息技术和市场的发展，特别是二十世纪九十年代以后，数据管理不再仅仅是存储和管理数据，而转变成用户所需要的各种数据管理的方式。数据库有很多种类型，从最简单的存储有各种数据的表格到能够进行海量数据存储的大型数据库系统都在各个方面得到了广泛的应用。

数据库管理系统(Database Management System,DBMS)是一种操纵和管理数据库的大型软件，是用于建立、使用和维护数据库。它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。用户通过dbms访问数据库中的数据，数据库管理员也通过dbms进行数据库的维护工作。它提供多种功能，可使多个应用程序和用户用不同的方法在同时或不同时刻去建立，修改和询问数据库。它使用户能方便地定义和操纵数据，维护数据的安全性和完整性，以及进行多用户下的并发控制和恢复数据库。

数据库系统(Database System)，是由数据库及其管理软件组成的系统。数据库系统是为适应数据处理的需要而发展起来的一种较为理想的数据处理系统，也是一个为实际可运行的存储、维护和应用系统提供数据的软件系统，是存储介质 、处理对象和管理系统的集合体。

关系：数据库系统DBS（Data Base System）包含数据库DB（Data Base）和数据库管理系统DBMS（Database Management System）。数据库是以一定的组织方式将相关的数据组织在一起，长期存放在计算机内，可为多个用户共享，与应用程序彼此独立，统一管理的数据集合。数据库是数据库系统的核心部分，是数据库系统的管理对象。

(16)给出层次模型和网状模型的概念,并各给出一个实例。

层次模型是一种数据库模型，它使用树形结构来组织和表示数据。在层次模型中，数据以父子关系进行组织，每个父节点可以有多个子节点，但每个子节点只能有一个父节点。这种层次结构可以形成多级的父子关系，从而表示复杂的数据关系。例如，一个公司的组织结构可以用层次模型表示，公司作为根节点，下面是部门节点，再下面是员工节点。
网状模型是一种数据库模型，它使用图形结构来组织和表示数据。在网状模型中，数据之间可以有多对多的关系，每个实体可以与其他实体直接相连，形成复杂的关系网络。例如，一个学生选课系统可以用网状模型表示，学生和课程之间可以有多对多的关系，一个学生可以选择多门课程，一门课程也可以被多个学生选择。
层次模型是一种使用树形结构组织和表示数据的数据库模型，网状模型是一种使用图形结构组织和表示数据的数据库模型。例如，公司的组织结构可以用层次模型表示，学生选课系统可以用网状模型表示。

(17)你认为选择数据库管理系统的主要原则有哪些?

选择数据库管理系统的主要原则包括：

1. 需求分析：了解项目需求，确定数据量、性能、可用性和安全性等方面的需求。

2. 数据模型：选择数据库类型（关系型、文档型、图形型等）以匹配数据模型和应用需求。

3. 成本效益：考虑预算和资源可用性，选择适合的数据库系统，避免过度投资。

4. 性能和可扩展性：确保数据库系统能够满足未来业务增长的需求，具备良好的性能和可扩展性。5. 安全性：确保数据库系统提供足够的安全性措施，如身份验证、授权和加密。

6. 支持和社区：选择有稳定支持和活跃社区的数据库系统，以便获得帮助和更新。

7. 互操作性：考虑与其他系统的集成和互操作性，确保无缝数据流动。

8. 备份和恢复：确保数据库系统具备有效的备份和恢复机制，以应对数据丢失或损坏情况。

9. 数据一致性和完整性：数据库应提供事务支持，确保数据的一致性和完整性。

10. 监测和性能优化：选择能够提供监测工具和性能优化建议的数据库系统。

(18)给出三个具体DBMS的主要特点和适用场合

数据库管理系统 （DBMS）是一种软件，用于 管理 数据库 的创建、检索、更新和管理。 它具有许多常见的功能和特点，包括： 数据 定义 功能（DDL）：允许 用户 定义数据库中的 数据结构，如表、 视图 、索引等。 数据操纵功能（DML）：允许用户插入、更新、删除和查询数据库中的数据。 数据完整性：DBMS可以确保数据库中的数据完整性，如实体完整性、参照完整性、用户定义的完整性等。

1.3判断。

(1)数据库系统的一个主要特点是数据无冗余。   ×（冗余度低）
(2)数据库管理系统和数据库构成了数据库系统。  × （数据库系统是在计算机系统中引进数据库和数据库管理系统后的系统） 
(3)数据结构化是数据库和文件系统的根本区别。√

(4)一个数据库系统设计中,概念模式只有一个，而外模式则可有多个。√
(5)数据库系统中数据具有完全独立性。 ×（数据的逻辑独立性不彻底）
(6) DBA的主要职责是管理数据库中的数据   ×（主要职责是参与数据库系统的设计与建立；对系统的运行进行实时监控；定义数据的安全性要求和完整性约束条件；负责数据库性能的改进和数据库的重组工作及重构工作）
(7)数据库避免了一切数据重复。 ×
(8)每一种DBMS的实现，均是建立在某一种数据模型基础之上的。√
(9)非过程化语言比过程化语言好。 ×
(10)模式是数据库全局逻辑结构的描述。√
(11)三级模式结构是数据车唯一的一种分级模式结构。 ×
(12)层次数据模型和网状数据模型都可用关系数据模型表示。√
(13)关系模型不仅可以措述实体,还可以措述实体及实体集之间的联系。√
(14)关系数据模型与网状数据模型相比具有查询效率高的优点。√
(15)网状数据模型可以直接表示M:N的联系。√
(16)概念模型独立于硬件设备和DBMS。√
(17)视图对重构数据库提供了一定程度的物理独立性。 × （提供了一定程度的逻辑独立性）
(18)实体是信息世界中的术语,与之相对应的数据库术语为字段。 ×（实体对应的数据库术语为记录）
(19)数据库系统的核心工作就是完成用户级数据库、概念级数据库和物理级数据库间的映射。√
(20)一个网状数据结构模型可以变换为一个等价的层次数据结构模型,这种变换以存储空间为代价。√
1.4选择题。
(1)在()中一个节点可以有多个双亲,节点之间可以有多种联系。
A.网状模型          B.关系模型
C.层次模型          D.以上都有
(2)数据库管理系统(DBMS）是（）。
A.一个完整的数据库应用系统      B.一组硬件
C.一组软件                                  D.既有硬件,也有软件
(3)用户或应用程序看到的那部分局部逻辑结构和特征的描述是(
）模式。
A.模式                           B.物理模式
C.子模式                       D.内模式
(4)要保证数据库的逻辑数据独立性，需要修改的是(
A.模式与外模式之间的映射            B.模式与内模式之间的映射
C.模式                                            D.三级模式

（5)下列4项中,不属于数据库系统特点的是(
A.数据共享                B. 数据完整性
C.数据冗余度高         D.数据独立性高


(6)数据库(DB),数据库系统(DBS)和数据库管理系统(DBMS)之间的关系是(
A. DBS 包括 DB 和 DBMs        B. DBMS 包括 DB 和 DBS
C. DB包括 DBS 和 DBMS        D. DBS 就是 DB,也就是 DBMS

(7)数据库系统与文件系统的主要区别是(
A.数据库系统复杂，而文件系统简单
B.文件系统不能解决数据冗余和数据独立性问题，而数据库系统可以解决

C.文件系统只能管理程序文件，而数据库系统能够管理各种类型的文件
D.文件系统管理的数据量较少,而数据库系统可以管理庞大的数据量
(8)数据库的概念模型独立于(）
A.具体的机器和DBMS                        B. E-R 图
C.信息世界                                          D.现实世界
(9)在数据库中存储的是(）
A.数据
B.数据模型
C.数据以及数据之间的联系
D.信息
(10)在数据库中,数据的物理独立性是指(）
A.数据库与数据库管理系统的相互独立
B.用户程序与DBMS的相互独立
C.用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中的数据是相互独立的
D.应用程序与数据库中数据的逻辑结构相互独立
(11)数据库的特点之一是数据的共享,严格地讲,这里的数据共享是指(）
A.同一应用中的多个程序共享一个数据集合
B.多个用户、同一种语言共享数据
C.多个用户共享一个数据文件
D.多种应用、多种语言、多个用户相互覆盖地使用数据集合
(12)在数据库技术中,为提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，数据库的结构被划分成用户级、()和存储级三个层次
A.管理员级
B.外部级
C.概念级
D.内部级
(13)在数据库中,产生数据不一致的根本原因是().
A.数据存储量太大
B.没有严格保护数据
C.未对数据进行完整性控制
D.数据冗余
(14)数据库具有(1)、最小的(2)和较高的程序与数据(3)。
①     A.程序结构化     B.数据结构化     C.程序标准化      D.数据模块化          （B）
②     A冗余度             B.存储量             C.完整性             D.有效性                 （A）
③     A.可靠性            B.完整性            C.独立性              D.一致性                 （C）
(15)在数据库的三级模式结构中,描述数据库中全体数据的逻辑结构和特征的
是(）
A.外模式                          B.内模式   
C.存储模式                      D.模式
1.5设计一个学生档案管理系统,学生的信息主要包括学生的学号、姓名、性别、人学
年份、出生日期、联系电话、宿含等,和学生相关的信息还有学生所在学院、所学专业、所在班
级、班主任等。其中，一个学院可以有多个专业，一个专业可以有多个班级，一个专业只属于
某个学院，一个班级也只属于某个专业，一个班级只能有一个班主任，一个班主任也只能
带一个班级，学院信息包括学院代号、学院名称、学院负责人，专业信息包括专业代号、专
业名称、专业负责人，班级信息包括班级代号、班级名称，班主任信息包括工号、姓名、职
称，和班主任有关的信息包括所在学院和所在系部,一个教师只能在一个学院下的一个
系部工作

要求：

（1 ）确定有哪些实体，每个实体包括哪些属性

（2 ）找出实体间的联系

（3 ）画出E-R图

（1）学生：学号，姓名，性别，入学年份，出生日期，联系电话，宿舍

         学院：学院代号，学院名称，学院负责人

         专业：专业代号，专业名称，专业负责人

         班级：班级代号，班级名称

          班主任：工号，姓名，职称

          系部：系名称，系主任

（2）学生——学院（所属）1：n

   学生——专业（学习）1：n

班主任——学院（聘任）1：n

班主任——班级（管理）1:1

班级——学院（属于）1：n

班级——专业（属于）1：n

学院——专业（开设）1：n

（3）