【正文】 數(shù)據(jù)字典是系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)描述的集合。數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容通常包括： ( l ）數(shù)據(jù)項； ( 2 ）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； ( 3 ）數(shù)據(jù)流； ( 4 ）數(shù)據(jù)存儲； ( 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(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)字典通過對數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義來描述數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)存儲的邏輯內(nèi)容。數(shù)據(jù)字典的作用：數(shù)據(jù)字典是關(guān)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(shè)計的基礎(chǔ)，并在數(shù)據(jù)庫設(shè)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(jié)構(gòu)？試述其特點和設(shè)計策略。答：概念結(jié)構(gòu)是信息世界的結(jié)構(gòu)，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(shè)計成功的關(guān)鍵； ( 3 ）易于更改，當(dāng)應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用要求改變時，容易對概念模型修改和擴充； ( 4 ）易于向關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計策略通常有四種： l ）自頂向下，即首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架，然后逐步細(xì)化； 2 ）自底向上，即首先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成起來，得到全局概念結(jié)構(gòu)； 3 ）逐步擴張，首先定義最重要的核心概念結(jié)構(gòu)，然后向外擴充，以滾雪球的方式逐步生成其他概念結(jié)構(gòu)，直至總體概念結(jié)構(gòu)； 4 ）混合策略，即將自頂向下和自底向上相結(jié)合，用自頂向下策略設(shè)計一個全局概念結(jié)構(gòu)的框架，以它為骨架集成由自底向上策略中設(shè)計的各局部概念結(jié)構(gòu)。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(guān)心的共同特性，忽略非本質(zhì)的細(xì)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(xué)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(xué)，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(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性和設(shè)計步驟。答：重要性：數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵，將在需求分析階段所得到的應(yīng)用需求首先抽象為概念結(jié)構(gòu)，以此作為各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎(chǔ)，從而能更好地、更準(zhǔn)確地用某一 DBMS 實現(xiàn)這些需求。設(shè)計步驟：概念結(jié)構(gòu)的設(shè)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(shè)計步驟通常分為兩步：第 1 步是抽象數(shù)據(jù)并設(shè)計局部視圖，第 2 步是集成局部視圖，得到全局的概念結(jié)構(gòu)。 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(jié)構(gòu)設(shè)計時一般采用自底向上的設(shè)計方法，把繁雜的大系統(tǒng)分解子系統(tǒng)。首先設(shè)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(gòu)，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(jié)構(gòu)設(shè)計？試述其設(shè)計步驟。答：數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計就是把概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段設(shè)計好的基本 E 一 R 圖轉(zhuǎn)換為與選用的 DBMS 產(chǎn)品所支持的數(shù)據(jù)模型相符合的邏輯結(jié)構(gòu)。設(shè)計步驟為 : ( l ）將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型； ( 2 ）將轉(zhuǎn)換來的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型向特定 DBMS 支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)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(shè)計有什么指導(dǎo)意義？答：規(guī)范化理論為數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員判斷關(guān)系模式的優(yōu)劣提供了理論標(biāo)準(zhǔn)，可用以指導(dǎo)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化，用來預(yù)測模式可能出現(xiàn)的問題，為設(shè)計人員提供了自動產(chǎn)生各種模式的算法工具，使數(shù)據(jù)庫設(shè)計工作有了嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)。 15 ．試述數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計的內(nèi)容和步驟。答：數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)與存取方法稱為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，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(yīng)用要求的物理結(jié)構(gòu)，就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計的主要內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計步驟通常分為兩步： ( l ）確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中主要指存取方法和存儲結(jié)構(gòu)； ( 2 ）對物理結(jié)構(gòu)進行評價，評價的重點是時間效率和空間效率。16 ．?dāng)?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(yīng)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(jié)構(gòu)和格式都與新設(shè)計的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有相當(dāng)?shù)牟罹啵M織數(shù)據(jù)錄入就要將各類源數(shù)據(jù)從各個局部應(yīng)用中抽取出來，分類轉(zhuǎn)換，最后綜合成符合新設(shè)計的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的形式，輸入數(shù)據(jù)庫。因此這樣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、組織入庫的工作是相當(dāng)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(zhì)量，應(yīng)該針對具體的應(yīng)用環(huán)境設(shè)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(wù)。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(gòu)造？為什么要進行數(shù)據(jù)庫的再組織和重構(gòu)造？答：數(shù)據(jù)庫的再組織是指：按原設(shè)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(gòu)造則是指部分修改數(shù)據(jù)庫的模式和內(nèi)模式，即修改原設(shè)計的邏輯和物理結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫的再組織是不修改數(shù)據(jù)庫的模式和內(nèi)模式的。進行數(shù)據(jù)庫的再組織和重構(gòu)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(yīng)用環(huán)境常常發(fā)生變化，如增加新的應(yīng)用或新的實體，取消了某些應(yīng)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(shè)計不能滿足新的需求，需要調(diào)整數(shù)據(jù)庫的模式和內(nèi)模式。這就要進行數(shù)據(jù)庫重構(gòu)造。 18 ．現(xiàn)有一局部應(yīng)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(shè)計適當(dāng)?shù)膶傩裕嫵?E 一 R 圖，再將其轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型（包括關(guān)系名、屬性名、碼和完整性約束條件）。答：關(guān)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(guān)系的主碼作者號，出版社號分別參照作者關(guān)系的主碼作者號和出版社關(guān)系的主碼出版社號。19 ．請設(shè)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(yīng)還日期。要求：給出 E 一 R 圖，再將其轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。答 ：E 一 R 圖為：關(guān)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(yīng)還日期）第9章 關(guān)系查詢處理和查詢優(yōu)化1 ．試述查詢優(yōu)化在關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的重要性和可能性。答：重要性：關(guān)系系統(tǒng)的查詢優(yōu)化既是 RDBMS 實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)又是關(guān)系系統(tǒng)的優(yōu)點所在。它減輕了用戶選擇存取路徑的負(fù)擔(dān)。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(dá)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?？赡苄裕哼@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(guān)系中的元組數(shù)、關(guān)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(yīng)的執(zhí)行計劃。在非關(guān)系系統(tǒng)中必須重寫程序，而重寫程序在實際應(yīng)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(fù)雜的優(yōu)化技術(shù)，這些優(yōu)化技術(shù)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(dāng)于使得所有人都擁有這些優(yōu)化技術(shù)。2 ．對學(xué)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(xué)生選修了的所有課程名稱。試畫出用關(guān)系代數(shù)表示的語法樹，并用關(guān)系代數(shù)表達(dá)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(biāo)準(zhǔn)語法樹。答：3 ．試述查詢優(yōu)化的一般準(zhǔn)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(yīng)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(jié)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(jié)合起來成為一個連接運算； ( 5 ）找出公共子表達(dá)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(guān)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(zhuǎn)換成某種內(nèi)部表示，通常用的內(nèi)部表示是語法樹。 ( 2 ）把語法樹轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)（優(yōu)化）形式。即利用優(yōu)化算法，把原始的語法樹轉(zhuǎn)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(fù)技術(shù)1．試述事務(wù)的概念及事務(wù)的4 個特性。答：事務(wù)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(wù)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(wù)是數(shù)據(jù)庫的邏輯工作單位，事務(wù)中包括的諸操作要么都做，要么都不做。一致性：事務(wù)執(zhí)行的結(jié)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(wù)的執(zhí)行不能被其他事務(wù)干擾。即一個事務(wù)內(nèi)部的操作及使用的數(shù)據(jù)對其他并發(fā)事務(wù)是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的各個事務(wù)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(wù)一旦提交，它對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的改變就應(yīng)該是永久性的。接下來的其他操作或故障不應(yīng)該對其執(zhí)行結(jié)果有任何影響。2 ．為什么事務(wù)非正常結(jié)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(wù)執(zhí)行的結(jié)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(wù)尚未完成就被迫中斷，這些未完成事務(wù)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(wù)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 ．?dāng)?shù)據(jù)庫中為什么要有恢復(fù)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(wù)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?jǐn)?shù)據(jù)丟失，因此必須要有恢復(fù)子系統(tǒng)?；謴?fù)子系統(tǒng)的功能是：把數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)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 ．?dāng)?shù)據(jù)庫運行中可能產(chǎn)生的故障有哪幾類？哪些故障影響事務(wù)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(wù)內(nèi)部的故障；（2）系統(tǒng)故障；（3）介質(zhì)故障；（4）計算機病毒。事務(wù)故障、系統(tǒng)故障和介質(zhì)故障影響事務(wù)的正常執(zhí)行；介質(zhì)故障和計算機病毒破壞數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。5 ．?dāng)?shù)據(jù)庫恢復(fù)的基本技術(shù)有哪些？答：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲和登錄日志文件是數(shù)據(jù)庫恢復(fù)的基本技術(shù)。當(dāng)系統(tǒng)運行過程中發(fā)生故障，利用轉(zhuǎn)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(fù)到故障前的某個一致性狀態(tài)。6 ．?dāng)?shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲的意義是什么？試比較各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲方法。答：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲是數(shù)據(jù)庫恢復(fù)中采用的基本技術(shù)。所謂轉(zhuǎn)儲即DBA 定期地將數(shù)據(jù)庫復(fù)制到磁帶或另一個磁盤上保存起來的過程。當(dāng)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(fù)到轉(zhuǎn)儲時的狀態(tài)。靜態(tài)轉(zhuǎn)儲：在系統(tǒng)中無運行事務(wù)時進行的轉(zhuǎn)儲操作，如上圖所示。靜態(tài)轉(zhuǎn)儲簡單，但必須等待正運行的用戶事務(wù)結(jié)束才能進行。同樣，新的事務(wù)必須等待轉(zhuǎn)儲結(jié)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(zhuǎn)儲：指轉(zhuǎn)儲期間允許對數(shù)據(jù)庫進行存取或修改。動態(tài)轉(zhuǎn)儲可克服靜態(tài)轉(zhuǎn)儲的缺點，它不用等待正在運行的用戶事務(wù)結(jié)束，也不會影響新事務(wù)的運行。但是，轉(zhuǎn)儲結(jié)束時后援副本上的數(shù)據(jù)并不能保證正確有效。因為轉(zhuǎn)儲期間運行的事務(wù)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