數據庫系統(tǒng)概論習題解答和解析

1、第七章 習題解答和解析1. 試述數據庫設計過程。答：這里只概要列出數據庫設計過程的六個階段:(1) 需求分析;(2) 概念結構設計;(3) 邏輯結構設計;(4) 數據庫物理設計;(5) 數據庫實施;(6) 數據庫運行和維護。這是一個完整的實際數據庫及其應用系統(tǒng)的設計過程。不僅包括設計數據庫本身,還包括數據庫的實施、運行和維護。設計一個完善的數據庫應用系統(tǒng)往往是上述六個階段的不斷反復。解析：希望讀者能夠認真閱讀概論7.1 的內容,了解并掌握數據庫設計過程。2.試述數據庫設計過程中結構設計部分形成的數據庫模式。答：數據庫結構設計的不同階段形成數據庫的各級模式,即:(1) 在概念設計階段形成獨立于機

2、器特點,獨立于各個 DB MS 產品的概念模式,在本篇中就是 E-R 圖;(2) 在邏輯設計階段將 E-R 圖轉換成具體的數據庫產品支持的數據模型,如關系模型,形成數據庫邏輯模式,然后在基本表的基礎上再建立必要的視圖(View),形成數據的外模式;(3) 在物理設計階段,根據 DB MS 特點和處理的需要,進行物理存儲安排,建立索引,形成數據庫內模式。讀者可以參考概論上圖7.4。圖中概念模式是面向用戶和設計人員的,屬于概念模型的層次;邏輯模式、外模式、內模式是 DBMS 支持的模式,屬于數據模型的層次,可以在 DBMS 中加以描述和存儲。3.需求分析階段的設計目標是什么 ? 調查的內容是什么

3、?答需求分析階段的設計目標是通過詳細調查現(xiàn)實世界要處理的對象(組織、部門、企業(yè)等),充分了解原系統(tǒng)(手工系統(tǒng)或計算機系統(tǒng))工作概況,明確用戶的各種需求,然后在此基礎上確定新系統(tǒng)的功能。調查的內容是“數據”和“處理”,即獲得用戶對數據庫的如下要求:(1) 信息要求,指用戶需要從數據庫中獲得信息的內容與性質,由信息要求可以導出數據要求,即在數據庫中需要存儲哪些數據;(2) 處理要求,指用戶要完成什么處理功能,對處理的響應時間有什么要求,處理方式是批處理還是聯(lián)機處理;(3) 安全性與完整性要求。詳細的可以參考概論上7. 2。4.數據字典的內容和作用是什么 ?答數據字典是系統(tǒng)中各類數據描述的集合。數據

4、字典的內容通常包括:(1) 數據項;(2) 數據結構;(3) 數據流;(4) 數據存儲;(5) 處理過程五個部分。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、完善。(詳細參考概論上 7. 2. 3。注意,數據庫設計階段形成的數據字典與DBMS 中的數據字典不同,后者是 DBMS 關于數據庫中數據的描述,當然兩者是有聯(lián)系的)。5.什么是數據庫的概念結構 ? 試述其特點和設

5、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:(1) 能真實、充分地反映現(xiàn)實世界,包括事物和事物之間的聯(lián)系,能滿足用戶對數據的處理要求,是對現(xiàn)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(huán)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:1) 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

6、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。6. 定義并解釋概念模型中以下術語:實體,實體型,實體集,屬性,碼,實體聯(lián)系圖(E-R 圖)答實體:客觀存在并可以相互區(qū)分的事物叫實體。實體型:具有相同屬性的實體具有相同的特征和性質,用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體,稱為實體型。實體集:同型實體的集合稱為實體集。屬性:實體所具有的某一特性,一個實體可由若干個屬性來刻畫。碼:惟一標識實體的屬性集稱為碼。實體聯(lián)

7、系圖(E-R 圖):提供了表示實體型、屬性和聯(lián)系的方法: 實體型:用矩形表示,矩形框內寫明實體名; 屬性:用橢圓形表示,并用無向邊將其與相應的實體連接起來; 聯(lián)系:用菱形表示,菱形框內寫明聯(lián)系名,并用無向邊分別與有關實體連接起來,同時在無向邊旁標上聯(lián)系的類型(1:1,1: n 或 m: n)。7. 學校中有若干系,每個系有若干班級和教研室,每個教研室有若干教員,其中有的教授和副教授每人各帶若干研究生;每個班有若干學生,每個學生選修若干課程,每門課可由若干學生選修。請用 E-R 圖畫出此學校的概念模型。在畫 E-R 圖時,讀者可以按照習題中對問題的描述一步一步畫出每一句話中涉及的實體,再根據給出

8、的實際語義,畫出實體之間的聯(lián)系。例如,每個教研室有若干教員,每個班有若干學生,可以畫出教研室和教員、班級和學生之間一對多的聯(lián)系。再如,有的教授和副教授每人各帶若干研究生,而一個研究生一般指定一個導師,這是通常的規(guī)則,所以可以畫出教員和學生之間一對多的聯(lián)系。E-R圖中各實體的屬性假設為：系：系編號，系名班級：班級編號，班級名教研室：教研室編號，教研室學生：學號，姓名，學歷課程：課程編號，課程名教員：職工號，姓名，職稱各聯(lián)系的屬性為：選修：成績，其他聯(lián)系無屬性。8. 某工廠生產若干產品,每種產品由不同的零件組成,有的零件可用在不同的產品上。這些零件由不同的原材料制成,不同零件所用的材料可以相同。這

9、些零件按所屬的不同產品分別放在倉庫中,原材料按照類別放在若干倉庫中。請用 E-R 圖畫出此工廠產品、零件、材料、倉庫的概念模型。對實體之間聯(lián)系的語義描述有時不是直截了當的,需要從對現(xiàn)實世界的整體描述中進行分析,導出實體之間的某種聯(lián)系。就如本題中,“零件和倉庫的聯(lián)系”就要從以下描述中分析:“零件按所屬的不同產品分別放在倉庫中”。因為一個產品由多種零件組成的,所以一個倉庫中存放多種零件;反過來一種零件是放在一個倉庫還是多個倉庫中呢 ? 因為一種零件可以用在多種產品上,這些零件按所屬的不同產品分別放在倉庫中, 于是知道一種零件可以放在多個倉庫中,所以零件和倉庫之間是多對多的聯(lián)系?！安牧虾蛡}庫的聯(lián)系”

10、則根據“原材料按照類別放在若干倉庫”這句話就可以得出:一個倉庫中放多種材料,而一種材料只放在一個倉庫中,所以倉庫和材料之間是一對多的聯(lián)系。E-R圖中各實體的屬性假設為：產品：產品號，產品名零件：零件號，零件名原材料：原材料號，原材料名，類別倉庫：倉庫號，倉庫名各聯(lián)系的屬性為：產品的組成：使用零件量零件制造：使用原材料量零件存儲：存儲量材料存放：存放量9. 什么是數據庫的邏輯結構設計 ? 試述其設計步驟。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-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 :(1)將概念結構轉換為特定 DBMS 支持下的數據

11、模型:關系、網狀、層次模型等； (2)對數據模型進行優(yōu)化。10.試把習題7和習題8中的E-R圖轉換為關系模型。習題7中的E-R圖轉換的關系模型如下，其中有劃畫線的屬性是主碼屬性：系(系編號,系名,學校名)班級(班級編號,班級名,系編號)教研室(教研室編號,教研室,系編號)學生(學號,姓名,學歷,班級編號,導師職工號)課程(課程編號,課程名)教員(職工號,姓名,職稱,教研室編號)選課(學號,課程編號,成績)習題8中的E-R圖轉換的關系模型如下，其中有劃畫線的屬性是主碼屬性：產品(產品號,產品名,倉庫號)零件(零件號,零件名)原材料(原材料號,原材料名,類別,倉庫號,存放量)倉庫(倉庫號,倉庫名)

12、產品組成(產品號,零件號,使用零件量)零件組成(零件號,原材料號,使用原材料量)零件儲存(零件號,倉庫號,存儲量)11. 試用規(guī)范化理論中有關范式的概念分析習題 7中你設計的關系模型中各個關系模式的碼,它們屬于第幾范式 ? 會產生什么更新異常 ?習題 7 中設計的各個關系模式的碼都用下劃線注明,這些關系模式都只有一個碼,且都是惟一決定的因素,所以都屬于 BCNF。不會產生更新異?，F(xiàn)象。12規(guī)范化理論對數據庫設計有什么指導意義 ?答規(guī)范化理論為數據庫設計人員判斷關系模式的優(yōu)劣提供了理論標準,可用以指導關系數據模型的優(yōu)化,用來預測模式可能出現(xiàn)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

13、據庫設計工作有了嚴格的理論基礎?？蓞⒖几耪撋?7.4.2有關數據模型的優(yōu)化的內容)。13. 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:(1) 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。詳細參考概論7.5。14. 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

14、的,因此在實施階段必須將原有系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)是手工數據處理系統(tǒng)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(huán)境設計一個數據錄入子系統(tǒng),由計算機來完成數據入庫的任務。在源數據入庫

15、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。15.什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(tǒng)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(huán)

16、境常常發(fā)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(lián)系也發(fā)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。補充習題1.選擇題(1)數據庫外模式是在下列哪個階段設計（）。A.數據庫概念結構設計 B.數據庫邏輯結構設計C.數據庫物理設計 D.數據庫實施和維護(2)生成DBMS系統(tǒng)支持的數據模型是在下列哪個階段完成（）。A.數據庫概念結構設計 B.數據庫邏輯結構設計C.數據庫物理設計 D.數據庫實施和維護(3)根據應用需求建立索引是在下列哪個階段完成（）。A.數據庫概念結構設計 B.數據庫邏輯結構設計C.數據庫物理設計

17、D.數據庫實施和維護(4)員工性別的取值,有的為“男”、“女”，有的為“1”、“0”，這種情況屬于( ) 。A.屬性沖突 B.命名沖突C.結構沖突 D.數據冗余2.填空題(1)數據庫設計方法包括_ 、_ _、_ _、_ _和統(tǒng)一建模語言(UML)方法等。(2)數據庫設計的基本步驟包括需求分析、 、_ _、_ _、數據庫實施、數據庫運行和維護等。(3)集成局部E-R圖要分兩個步驟，分別是 _和_ _。(4)數據庫常見的存取方法主要有 _、_ _和Hash方法。3.問答題(1)在進行概念結構設計時，將事物作為屬性的基本準則是什么。(2)將E-R圖轉換為關系模式時，可以如何處理實體型間的聯(lián)系。4.綜

18、合題(1)某商場可以為顧客辦理會員卡，每個顧客只能辦理一張會員卡，顧客信息包括顧客 姓名、地址、電話、身份證號，會員卡信息包括號碼、等級、積分，給出該系統(tǒng)的E-R圖。(2)按照下列說明修改題(1)中的要求，分別給出相應的E-R圖：顧客具有多個地址和多個電話號碼，地址包括省、市、區(qū)、街道，電話號碼包括區(qū)號、號碼；顧客具有多個地址，每個地址具有多個電話號碼，地址包括省、市、區(qū)、街道，電話號碼 包括區(qū)號、號碼。(3)某數據庫記錄樂隊、成員和歌迷的信息，樂隊包括名稱、多個成員、一個隊長，隊長也 是樂隊的成員，成員包括名字、性別，歌迷包括名字、性別、喜歡的樂隊、喜歡的成員。畫出基本的E-R圖；修改E-R

19、圖，使之能夠表示成員在樂隊的工作記錄，包括進入樂隊時間以及離開樂隊時間。(4)考慮某個IT公司的數據庫信息：部門具有部門編號、部門名稱、辦公地點等屬性；部門員工具有員工編號、姓名、級別等屬性，員工只在一個部門工作；每個部門有唯一一個部門員工作為部門經理；實習生具有實習編號、姓名、年齡等屬性，只在一個部門實習；項目具有項目編號、項目名稱、開始日期、結束日期等屬性；每個項目由一名員工負責，由多名員工、實習生參與；一名員工只負責一個項目，可以參與多個項目，在每個項目具有工作時間比；每個實習生只參與一個項目。畫出E-R圖，并將E-R圖轉換為關系模型（包括關系名、屬性名、碼和完整性約束條件）。補充習題答案1.選擇題(1)(3)(4)BBCA2.填空題(1)新奧爾良