【正文】 儲； ( 5 ）處理過程五個部分。其中數(shù)據(jù)項是數(shù)據(jù)的最小組成單位，若干個數(shù)據(jù)項可以組成一個數(shù)據(jù)結構。數(shù)據(jù)字典通過對數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結構的定義來描述數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)存儲的邏輯內容。數(shù)據(jù)字典的作用：數(shù)據(jù)字典是關于數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫設計過程中不斷修改、充實、完蓋。7 ．什么是數(shù)據(jù)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(xiàn)實世界，包括事物和事物之間的聯(lián)系，能滿足用戶對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)抽象？試舉例說明。答：數(shù)據(jù)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(jié)，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(xiàn)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(huán)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(yè)教學，講授某些課程，從事某個方向的科研。 9 ．試述數(shù)據(jù)庫概念結構設計的重要性和設計步驟。答：重要性：數(shù)據(jù)庫概念設計是整個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)模型的共同基礎，從而能更好地、更準確地用某一 DBMS 實現(xiàn)這些需求。設計步驟：概念結構的設計方法有多種，其中最經(jīng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫系統(tǒng)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(tǒng)分解子系統(tǒng)。首先設計各個子系統(tǒng)的局部視圖，然后通過視圖集成的方式將各子系統(tǒng)有機地融合起來，綜合成一個系統(tǒng)的總視圖。這樣，設計清晰，由簡到繁。由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)的，因此數(shù)據(jù)不再面向某個應用而是整個系統(tǒng)。因此必須進行視圖集成，使得數(shù)據(jù)庫能被全系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫的邏輯結構設計？試述其設計步驟。答：數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)狀、層次模型； ( 2 ）將轉換來的關系、網(wǎng)狀、層次模型向特定 DBMS 支持下的數(shù)據(jù)模型轉換； ( 3 ）對數(shù)據(jù)模型進行優(yōu)化。14 ．規(guī)范化理論對數(shù)據(jù)庫設計有什么指導意義？答：規(guī)范化理論為數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫設計工作有了嚴格的理論基礎。 15 ．試述數(shù)據(jù)庫物理設計的內容和步驟。答：數(shù)據(jù)庫在物理設備上的存儲結構與存取方法稱為數(shù)據(jù)庫的物理結構，它依賴于給定的 DBMS 。為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應用要求的物理結構，就是數(shù)據(jù)庫的物理設計的主要內容。數(shù)據(jù)庫的物理設計步驟通常分為兩步： ( l ）確定數(shù)據(jù)庫的物理結構，在關系數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)輸入在實施階段的重要性是什么？如何保證輸入數(shù)據(jù)的正確性？答：數(shù)據(jù)庫是用來對數(shù)據(jù)進行存儲、管理與應用的，因此在實施階段必須將原有系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)量一般都很大，而且數(shù)據(jù)來源于部門中的各個不同的單位。數(shù)據(jù)的組織方式、結構和格式都與新設計的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有相當?shù)牟罹?，組織數(shù)據(jù)錄入就要將各類源數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫結構的形式，輸入數(shù)據(jù)庫。因此這樣的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理系統(tǒng)時，各類數(shù)據(jù)分散在各種不同的原始表格、憑證、單據(jù)之中，數(shù)據(jù)輸入工作量更大。保證輸入數(shù)據(jù)正確性的方法：為提高數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)錄入子系統(tǒng)，由計算機來完成數(shù)據(jù)入庫的任務。在源數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)入庫。 17 ．什么是數(shù)據(jù)庫的再組織和重構造？為什么要進行數(shù)據(jù)庫的再組織和重構造？答：數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫的重構造則是指部分修改數(shù)據(jù)庫的模式和內模式，即修改原設計的邏輯和物理結構。數(shù)據(jù)庫的再組織是不修改數(shù)據(jù)庫的模式和內模式的。進行數(shù)據(jù)庫的再組織和重構造的原因：數(shù)據(jù)庫運行一段時間后，由于記錄不斷增、刪、改，會使數(shù)據(jù)庫的物理存儲情況變壞，降低了數(shù)據(jù)的存取效率，數(shù)據(jù)庫性能下降，這時 DBA 就要對數(shù)據(jù)庫進行重組織。 DBMS 一般都提供用于數(shù)據(jù)重組織的實用程序。數(shù)據(jù)庫應用環(huán)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(shù)據(jù)庫設計不能滿足新的需求，需要調整數(shù)據(jù)庫的模式和內模式。這就要進行數(shù)據(jù)庫重構造。 18 ．現(xiàn)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(lián)系，請讀者自己設計適當?shù)膶傩裕嫵?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(lián)系電話）出版（作者號，出版社號，書的數(shù)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(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)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(yōu)化1 ．試述查詢優(yōu)化在關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的重要性和可能性。答：重要性：關系系統(tǒng)的查詢優(yōu)化既是 RDBMS 實現(xiàn)的關鍵技術又是關系系統(tǒng)的優(yōu)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(yōu)化的優(yōu)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(tǒng)可以比用戶程序的“優(yōu)化’夕做得更好。可能性：這是因為： ( l ）優(yōu)化器可以從數(shù)據(jù)字典中獲取許多統(tǒng)計信息，例如關系中的元組數(shù)、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(yōu)化器可以根據(jù)這些信息選擇有效的執(zhí)行計劃，而用戶程序則難以獲得這些信息。 ( 2 ）如果數(shù)據(jù)庫的物理統(tǒng)計信息改變了，系統(tǒng)可以自動對查詢進行重新優(yōu)化以選擇相適應的執(zhí)行計劃。在非關系系統(tǒng)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(yōu)化器可以考慮數(shù)十甚至數(shù)百種不同的執(zhí)行計劃，從中選出較優(yōu)的一個，而程序員一般只能考慮有限的幾種可能性。 ( 4 ）優(yōu)化器中包括了很多復雜的優(yōu)化技術，這些優(yōu)化技術往往只有最好的程序員才能掌握。系統(tǒng)的自動優(yōu)化相當于使得所有人都擁有這些優(yōu)化技術。2 ．對學生一課程數(shù)據(jù)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(shù)表示的語法樹，并用關系代數(shù)表達式優(yōu)化算法對原始的語法樹進行優(yōu)化處理，畫出優(yōu)化后的標準語法樹。答：3 ．試述查詢優(yōu)化的一般準則。答：下面的優(yōu)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(zhí)行； ( 4 ）把某些選擇同在它前面要執(zhí)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(yōu)化的一般步驟。答：各個關系系統(tǒng)的優(yōu)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(yōu)化）形式。即利用優(yōu)化算法，把原始的語法樹轉換成優(yōu)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xù)性（Durability ）。這4 個特性也簡稱為ACID 特性。原子性：事務是數(shù)據(jù)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(zhí)行的結果必須是使數(shù)據(jù)庫從一個一致性狀態(tài)變到另一個一致性狀態(tài)。隔離性：一個事務的執(zhí)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(shù)據(jù)對其他并發(fā)事務是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的各個事務之間不能互相干擾。持續(xù)性：持續(xù)性也稱永久性（Perfnanence ) ，指一個事務一旦提交，它對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)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(zhí)行結果有任何影響。2 ．為什么事務非正常結束時會影響數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的正確性，請列舉一例說明之。答：事務執(zhí)行的結果必須是使數(shù)據(jù)庫從一個一致性狀態(tài)變到另一個一致性狀態(tài)。如果數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行中發(fā)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(shù)據(jù)庫所做的修改有一部分已寫入物理數(shù)據(jù)庫，這時數(shù)據(jù)庫就處于一種不正確的狀態(tài)，或者說是不一致的狀態(tài)。例如某工廠的庫存管理系統(tǒng)中，要把數(shù)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(shù)據(jù)庫就處于不一致性狀態(tài)，庫存量無緣無故少了Q 。3 ．數(shù)據(jù)庫中為什么要有恢復子系統(tǒng)？它的功能是什么？答：因為計算機系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性，重則破壞數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)庫中全部或部分數(shù)據(jù)丟失，因此必須要有恢復子系統(tǒng)?；謴妥酉到y(tǒng)的功能是：把數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復到某一已知的正確狀態(tài)（亦稱為一致狀態(tài)或完整狀態(tài)）。4 ．數(shù)據(jù)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(zhí)行？哪些故障破壞數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)？答：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中可能發(fā)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(tǒng)故障；（3）介質故障；（4）計算機病毒。事務故障、系統(tǒng)故障和介質故障影響事務的正常執(zhí)行；介質故障和計算機病毒破壞數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。5 ．數(shù)據(jù)庫恢復的基本技術有哪些？答：數(shù)據(jù)轉儲和登錄日志文件是數(shù)據(jù)庫恢復的基本技術。當系統(tǒng)運行過程中發(fā)生故障，利用轉儲的數(shù)據(jù)庫后備副本和日志文件就可以將數(shù)據(jù)庫恢復到故障前的某個一致性狀態(tài)。6 ．數(shù)據(jù)庫轉儲的意義是什么？試比較各種數(shù)據(jù)轉儲方法。答：數(shù)據(jù)轉儲是數(shù)據(jù)庫恢復中采用的基本技術。所謂轉儲即DBA 定期地將數(shù)據(jù)庫復制到磁帶或另一個磁盤上保存起來的過程。當數(shù)據(jù)庫遭到破壞后可以將后備副本重新裝入，將數(shù)據(jù)庫恢復到轉儲時的狀態(tài)。靜態(tài)轉儲：在系統(tǒng)中無運行事務時進行的轉儲操作，如上圖所示。靜態(tài)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(zhí)行。顯然，這會降低數(shù)據(jù)庫的可用性。動態(tài)轉儲：指轉儲期間允許對數(shù)據(jù)庫進行存取或修改。動態(tài)轉儲可克服靜態(tài)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，使得后援副本上的數(shù)據(jù)不是數(shù)據(jù)庫的一致版本。為此，必須把轉儲期間各事務對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫某一時