数据库实用教程 第三版 清华大学出版社 课后习题参考答案.docx
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数据库实用教程第三版清华大学出版社课后习题参考答案
第1、2章
1.1 名词解释：
◆DB：
数据库（Database）,DB是统一管理的相关数据的集合。
DB能为各种用户共享，具有最小冗余度，数据间联系密切，而又有较高的数据独立性。
◆DBMS：
数据库管理系统（DatabaseManagementSystem），DBMS是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，为用户或应用程序提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更新及各种数据控制。
DBMS总是基于某种数据模型，可以分为层次型、网状型、关系型、面向对象型DBMS。
◆DBS：
数据库系统（DatabaseSystem）,DBS是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的系统，即采用了数据库技术的计算机系统。
◆1：
1联系：
如果实体集E1中的每个实体最多只能和实体集E2中的一个实体有联系，反之亦然，好么实体集E1对E2的联系称为“一对一联系”，记为“1：
1”。
◆1：
N联系：
如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系，而E2中每个实体至多和E1中的一个实体有联系，那么E1对E2的联系是“一对多联系”，记为“1：
N”。
◆M：
N联系：
如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系，反之亦然，那么E1对E2的联系是“多对多联系”，记为“M：
N”。
◆数据模型：
表示实体类型及实体类型间联系的模型称为“数据模型”。
它可分为两种类型：
概念数据模型和结构数据模型。
◆概念数据模型：
它是独门于计算机系统的模型，完全不涉及信息在系统中的表示，只是用来描述某个特定组织所关心的信息结构。
◆结构数据模型：
它是直接面向数据库的逻辑结构，是现实世界的第二层抽象。
这类模型涉及到计算机系统和数据库管理系统，所以称为“结构数据模型”。
结构数据模型应包含：
数据结构、数据操作、数据完整性约束三部分。
它主要有：
层次、网状、关系三种模型。
◆层次模型：
用树型结构表示实体间联系的数据模型
◆网状模型：
用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型。
◆关系模型：
是由若干个关系模式组成的集合，其主要特征是用二维表格结构表达实体集，用外鍵表示实体间联系。
◆概念模式：
是数据库中全部数据的整体逻辑结构的描述。
它由若干个概念记录类型组成。
概念模式不仅要描述概念记录类型，还要描述记录间的联系、操作、数据的完整性、安全性等要求。
◆外模式：
是用户与数据库系统的接口，是用户用到的那部分数据的描述。
◆内模式：
是数据库在物理存储方面的描述，定义所有的内部记录类型、索引和文件的组成方式，以及数据控制方面的细节。
◆模式/内模式映象：
这个映象存在于概念级和内部级之间，用于定义概念模式和内模式间的对应性，即概念记录和内部记录间的对应性。
此映象一般在内模式中描述。
◆外模式/模式映象：
这人映象存在于外部级和概念级之间，用于定义外模式和概念模式间的对应性，即外部记录和内部记录间的对应性。
此映象都是在外模式中描述。
◆数据独立性：
在数据库技术中，数据独立性是指应用程序和数据之间相互独立，不受影响。
数据独立性分成物理数据独立性和逻辑数据独立性两级。
◆物理数据独立性：
如果数据库的内模式要进行修改，即数据库的存储设备和存储方法有所变化，那么模式/内模式映象也要进行相应的修改，使概念模式尽可能保持不变。
也就是对模式的修改尽量不影响概念模式。
◆逻辑数据独立性：
如果数据库的概念模式要进行修改（如增加记录类型或增加数据项），那么外模式/模式映象也要进行相应的修改，使外模式尽可能保持不变。
也就是对概念模式的修改尽量不影响外模式和应用程序。
◆宿主语言：
编写应用程序的语言（即高级程序设计语言）在数据库技术中称为宿主语言（hostlanguage）,简称主语言。
◆DDL：
数据定义语言（DataDefinitionLanguage）,用于定义数据库的三级结构，包括外模式、概念模式、内模式及其相互之间的映象，定义数据的完整性、安全控制等约束。
◆DML：
数据操纵语言（DataManipulationLanguage）,用于让用户或程序员使用，实现对数据库中数据的操作。
基本的数据操作分成两类四种：
检索（查询）和更新（插入、删除、修改）。
DML分成交互型DML和嵌入型DML两类。
依据语言的级别，DML又可分成过程性DML和非过程性DML两种。
◆交互型DML：
这类DML自成系统，可在终端上直接对数据库进行操作。
◆嵌入型DML：
这类DML是嵌入在主语言中使用。
此时主语言是经过扩充能处理DML语句的语言。
◆过程性DML：
用户编程时，不仅需要指出“做什么”（需要什么样的数据），还需要指出“怎么做”（怎么获得数据）。
层状、网状的DML属于过程性语言。
◆非过程性DML：
用户编程时，只需要指出“做什么”，不需要指出“怎么做”。
关系型DML属于非过程性语言。
◆DD：
数据字典（DataDictionary）,数据库系统中存放三级结构定义的数据库称为数据字典。
（通常DD还存放数据库运行时的统计信息）
◆DD系统：
管理DD的实用程序称为“DD系统”。
1.2 文件系统阶段的数据管理有些什么缺陷？
试举例说明。
答：
文件系统有三个缺陷：
（1）数据冗余性（redundancy）。
由于文件之间缺乏联系，造成每个应用程序都有对应的文件，有可能同样的数据在多个文件中重复存储。
（2）数据不一致性（inconsistency）。
这往往是由数据冗余造成的，在进行更新操作时，稍不谨慎，就可能使同样的数据在不同的文件中不一样。
（3）数据联系弱（poordatarelationship）。
这是由文件之间相互独立，缺乏联系造成的。
1.3 数据库阶段的数据管理有些什么特点？
答：
有五方面的特征：
（1）采用复杂的数据模型表示数据结构。
（2）有较高的数据独立性。
（3）数据库系统为用户提供方便的用户接口。
（4）系统提供四个方面的数据控制功能：
数据库的恢复、并发控制、数据完整性、数据安全性，以保证数据库中数据是安全的、正确的、可靠的。
（5）对数据的操作不一定以记录为单位，也可以以数据项为单位，增加了系统的灵活性。
1.4你怎样理解实体、属性、记录、字段这些概念的类型和值的差别？
试举例说明。
答：
实体（entity）：
是指客观存在可以相互区别的事物。
实体可以是具体的对象，如：
一个男学生，一辆汽车等；也可以是抽象的事件，如：
一次借书、一声场球赛等。
属性（attribute）:
实体有很多特性，每一个特性称为属性。
每个属性有一个值域，其类型可以是整数型、实数型、字符串型。
如：
学生（实体）有学号、姓名、年龄、性别等属性，相应值域为字符、字符串、整数和字符串型。
字段（field）:
标记实体属性的命名单位称为字段或数据项。
它是可以命名的最小信息单位，所以又称为数据元素或初等项。
字段的命名往往和属性相同，如：
学生有学号、姓名、年龄、性别等字段。
记录（record）:
字段的有序集合称为记录。
一般用一个记录描述一个实体，所以记录又可以定义为能完整地描述一个实体的字段集。
如：
一个学生记录，由有序的字段集（学号、姓名、年龄、性别等）组成。
2.2 逻辑记录与物理记录，逻辑文件与物理文件有些什么联系和区别？
答：
数据描述有两形式：
物理描述和逻辑描述。
物理数据描述是指数据在存储设备上的存储方式，物理数据是实际存放在存储设备上的数据。
物理记录、物理文件（还有物理联系、物理结构等术语），都是用来描述存储数据的细节。
逻辑数据描述是指程序员或用户用以操作的数据形式，是抽象的概念化数据。
逻辑记录、逻辑文件（还有逻辑联系、逻辑结构等术语），都是用户观点的数据描述。
2.3 为某百货公司设计一个ER模型。
百货管辖若干个连锁商店，每家商店经营若干商品，每家商店有若干职工，但每个职工只能服务于一家商店。
实体类型“商店”的属性有：
商店编号，店号，店址，店经理。
实体类型“商品”的属性有：
商品编号，商品名，单价，产地。
实体类型“职工”的属性有：
职工编号，职工名，性别，工资。
在联系中应反映出职工参加某商店工作的开始时间，商店销售商品的有销售量。
试画出反映商店、商品、职工实体类型及联系类型的ER图，并将其转换成关系模式集。
答：
实体：
商店（商店编号，店号，店址，店经理）
商品（商品编号，商品名，单价，产地）
职工（职工编号，职工名，性别，工资）
联系：
P1－商店销售商品的有销售量间
P2－职工参加某商店工作的开始时
ER图：
关系模式集：
商店模式（商店编号，店号，店址，店经理）
商品模式（商品编号，商品名，单价，产地）
职工模式（职工编号，职工名，性别，工资）
P1模式（商店编号，商品编号，月销售量）
P2模式（商店编号，职工编号，开始时间）
2.4 试述ER模型、层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型的主要特点。
答：
ER模型的主要特点：
（1）接近于人的思维，容易理解；
（2）与计算机无关，用户容易接受。
层次模型的特点：
记录之间的联系通过指针实现，查询效率较高。
网状模型的特点：
记录之间联系通过指针实现，M：
N联系也容易实现（每个M：
N联系可拆成两个1：
N联系），查询效率较高。
关系模型的特点：
用关鍵码而不是用指针导航数据，表格简单，用户易懂，编程时并不涉及存储结构、访问技术等细节。
2.7 试述概念模式在数据库结构中的重要地位。
答：
概念模式（定义）是数据库中全部数据的整体逻辑结构的描述。
它由若干个概念记录类型组成。
概念模式不仅要描述概念记录类型，还要描述记录间的联系、操作、数据的完整性、安全性等要求。
数据按外模式的描述提供给用户，按内模式的描述存储在磁盘中，而概念模式提供了连接这两级的相对稳定的中间观点，并使得两级的任何一级的改变都不受另一级的牵制。
2.9 数据独立性与数据联系这两个概念有什么区别？
答：
数据独立性是指应用程序与数据之间相互独立，不受影响。
数据联系是指同一记录内部各字段间的联系，以及记录之间的联系。
2.11 试述DBMS的主要功能。
答：
DBMS的主要功能有：
（1）数据库的定义功能
（2）数据库的操纵功能
（3）数据库的保护功能
（4）数据库的存储管理
（5）数据库的维护功能
（6）数据字典
2.12 试叙DBMS对数据库的保护功能。
答：
DBMS对数据库的保护主要通过四个方面实现：
（1）数据库的恢复。
（2）数据库的并发控制。
（3）数据库的完整性控制。
（4）数据库的安全性控制。
2.13 试叙DBMS对数据库的维护功能。
答：
DBMS中主要有四个实用程序提供给数据库管理员运行数据库系统时使用，起着数据库维护的功能：
（1）数据装载程序（loading）
（2）备份程序（backup）
（3）文件重组织程序
（4）性能监控程序
2.14 从模块结构看，DBMS由哪些部分组成？
答：
从模块结构看，DBMS由两大部分组成：
查询处理器和存储管理器
（1）查询处理器有四个主要成分：
DDL编译器，DML编译器，嵌入型DML的预编译器，查询运行核心程序
（2）存储管理器有四个主要成分：
授权和完整性管理器，事务管理器，文件管理器，缓冲区管理器
2.15 DBS由哪几个部分组成？
答：
DBS由四部分组成：
数据库、硬件、软件、数据库管理员。
2.17 什么样的人是DBA？
DBA应具有什么素质？
DBA的职责是什么？
答：
DBA是控制数据整体结构的人，负责DBS的正常运行。
DBA可以是一个人，在大型系统中也可以是由几个人组成的小组。
DBA应具有下列素质：
（1）熟悉企业全部数据的性质和用途；
（2）对用户的需求有充分的了解；
（3）对系统的性能非常熟悉。
DBA的主要职责有五点：
（1）概念模式定义
（2）内模式定义
（3）根据要求修改数据库的概念模式和内模式
（4）对数据库访问的授权
（5）完整性约束的说明
2.19 使用DBS的用户有哪几类？
答：
使用DBS的用户有四类：
1）DBA
2）专业用户
3）应用程序员
4）最终用户
3.1名词解释:
∙关系模型：
用二维表格结构表示实体集，外键表示实体间联系的数据模型称为关系模型。
关系模型是由若干个关系模式组成的集合。
∙关系模式：
关系模式实际上就是记录类型。
它包括：
模式名，属性名，值域名以及模式的主键。
关系模式仅是对数据特性的描述。
∙关系实例：
就是一个关系，即一张二维表格。
∙属性：
在关系模型中，字段称为属性。
∙域：
在关系中，每一个属性都有一个取值范围，称为属性的值域。
∙元组：
在关系中，记录称为元组。
∙超键：
在一个关系中，能唯一标识元组的属性或属性集。
∙候选键：
不含有多余属性的超键称为候选键。
∙主键：
用户选作元组标识的一个候选键为主键。
∙外键：
某个关系的主键相应的属性在另一关系中出现，此时该主键在就是另一关系的外键，如有两个关系S和SC,其中S#是关系S的主键，相应的属性S#在关系SC中也出现，此时S#就是关系SC的外键。
∙实体完整性规则：
这条规则要求关系中元组在组成主键的属性上不能有空值。
如果出现空值，那么主键值就起不了唯一标识元组的作用。
∙参照完整性规则：
这条规则要求“不引用不存在的实体”。
其形式定义如下：
如果属性集K是关系模式R1的主键，K也是关系模式R2的外键，那么R2的关系中，K的取值只允许有两种可能，或者为空值，或者等于R1关系中某个主键值。
∙这条规则在使用时有三点应注意：
∙1）外键和相应的主键可以不同名，只要定义在相同值域上即可。
∙2）R1和R2也可以是同一个关系模式，表示了属性之间的联系。
∙3）外键值是否允许空应视具体问题而定。
∙过程性语言：
在编程时必须给出获得结果的操作步骤，即“干什么”和“怎么干”。
如Pascal和C语言等。
∙非过程性语言：
编程时只须指出需要什么信息，不必组出具体的操作步骤的语言，各种关系查询语言均属于非过程性语言。
3.2为什么关系中的元组没有先后顺序?
答：
因为关系是一个集合，因此不考虑元组间的顺序，即没有行序。
3.3为什么关系中不允许有重复元组?
答：
如果关系中有重复元组，那么就无法用键来标识唯一的元组。
因此在关系模型中对关系作了限制。
3.4关系与普通的表格、文件有什么区别?
答：
总而言之，关系是一种规范化了的二维表格，在关系模型中，对关系作了下列规范性限制：
1）关系中每一个属性值都是不可分解的。
2）关系中不允许出现相同的元组（没有重复元组）。
3）由于关系是一个集合，因此不考虑元组间的顺序，即没有行序。
4）元组中，属性在理论上也是无序的，但在使用时按习惯考虑列的顺序。
3.5笛卡尔积、等值联接、自然联接三者之间有什么区别?
答：
笛卡尔积对两个关系R和S进行操作，产生的关系中元组个数为两个关系中元组个数之积。
等值联接则是在笛卡尔积的结果上再进行选择操作，挑选关系第i个分量与第（r+j）个分量值相等的元组；自然连接则是在等值联接（以公共属性值相等为条件）的基础上再行投影操作，去掉S中的公共属性列，当两个关系没有公共属性时，自然连接就转化笛卡尔积。
3.8假设R和S分别是三元和二元关系，试把表达式π1,5（σ2=4∨3=4（R×S））转换成等价的：
（1）汉语查询句子；
（2）元组表达式；（3）域表达式。
解：
（1）汉语表达式：
选择R×S关系中元组第2分量或第3分量与第4分量值相等的元组并取第1列与第5列组成的新关系。
（2）元组表达式：
{t|（
u）（
v）（R（u）∧S（v）∧（u[2]=v[4]∨u[3]=v[4]）∧t[1]=u[1]∧t[2]=v[2]）}
（3）域表达式:
{xv|（
y）（
z）（
u）（R（xyz）∧S（uv）∧（y=u∨z=u））}
3.10试把域表达式{ab|R（ab）∧R（ba）}转换成等价的：
（1）汉语查询句子；
（2）关系代数表达式；（3）元组表达式。
解：
（1）汉语查询句子：
选择R中元组第1分量值与第2分量值互换后仍存在于R中的元组。
（2）关系代数表达式：
π1，2（σ1=4∧2=3（R×R））；
（3）元组表达式：
{t|（
u）（R（t）∧R（u）∧t[1]=u[2]∧t[2]=u[1]）}
3.11
设有两个关系R（A，B，C）和S（D，E，F），试把下列关系代数表达式转换成等价的元组表达式：
（1）πA（R）；
（2）σB='17'（R）；（3）R×S；（4）πA,F（σC=D（R×S））
解：
（1）{t|（
u）（R（t）∧R（u）∧t[1]=u[1]）}
（2）{t|R（t）∧t[2]='17'）}
（3）{t|（
u）（
v）（R（u）∧S（v）∧t[1]=u[1]∧t[2]=u[2]∧t[3]=u[3]∧t[4]=v[1]∧t[5]=v[2]∧t[6]=v[3]）}
（4）{t|（
u）（
v）（（R（u）∧S（v）∧u[3]=v[4]∧t[1]∧u[1]∧t[2]=v[3]）}
3.12设有三个关系：
S（S#,SNAME,AGE,SEX）
SC（S#,C#,GRADE）
C（C#,CNAME,TEACHER）
试用关系代数表达式表示下列查询语句。
3.13试用元组表达式表示上题中各个查询语句。
解：
上两题一并作答：
（前者为关系代数表达式，后者为元组表达式。
）
∙
（1）检索LIU老师所授课程的课程号、课程名。
∙πC#,CNAME（σTEACHER='LIU'（C））
∙{t|（
u）（C（u）∧t[3]='LIU'∧t[1]=u[1]∧t[2]=u[3]）}
∙
（2）检索年龄大于23岁的男学生的学号与姓名。
∙πS#,SNAME（σAGE＞'23'∧SEX='男'（S））
∙{t|（
u）（S（u）∧u[AGE]＞'23'∧u[SEX]='男'∧t[1]=u[S#]∧t[2]=u[SNAME]）}（这里分量用属性表示,当然也可用数字）
∙检索学号为S3学生所学课程的课程名与任课教师名。
∙πCNAME,TEACHER（σS#='S3'∧SC.C#=C.C#（SC×C））（也可将两个关系自然连接后选择、投影）
∙{t|（
u）（
v）（
w）（S（u）∧SC（v）∧C（w）∧u[1]='S3'∧v[1]=u[1]∧v[2]=w[1]∧t[1]=w[2]∧t[2]=w[3]）}
∙检索至少选修LIU老师所授课程中一门课程的女学生的姓名。
∙πSNAME（σSEX='女'∧TEACHER='LIU'（S|X|SC|X|C））
∙{t|（
u）（
v）（
w）（S（u）∧SC（v）∧C（w）∧u[SEX]='女'∧v[S#]=u[S#]∧v[C#]=w[C#]∧w[TEACHER]='LIU'∧t[1]=u[SNAME]）}
∙检索WANG同学不学的课程号。
∙πC#（SC）-πC#（σSNAME='WANG'∧S.S#=SC.S#（S×SC））
∙{t|（
u）（
v）（S（u）∧SC（v）∧u[SNAME]='WANG'∧u[S#]≠v[S#]∧t[1]=v[C#]）}
∙（前一式用全部课程号减去WANG同学所学的课程号，后一句则是直接选择SNAME='WANG'的元组并且WANG没有相应课程号的元组。
）
∙检索至少选修两门课程的学生学号。
∙πS#（σ1=4∧2≠5（SC×SC））（SC自乘之后，同一个学号下两个课程号不同的元组）
∙{t|（
u）（
v）（SC（u）∧SC（v）∧u[S#]=v[S#]∧u[C#]≠v[C#]）∧t[1]=u[S#]}
∙检索全部学生都选修的课程的课程号与学生学号。
∙πC#,S#（SC|X|（πS#,C#（SC）÷πS#（S）））（涉及到全部值时，应用除法，“除数”是全部量。
）
∙{t|（
u）（
v）（
w）（SC（u）∧S（v）∧C（w）∧u[S#]=v[S#]∧u[C#]=w[C#]∧t[1]=u[C#]∧t[2]=v[S#]）}
∙检索选修课程包含LIU老师所授课程的学生学号。
∙πS#（σTEACHER='LIU'（S|X|SC|X|C））
∙{t|（
u）（
v）（
w）（S（u）∧SC（v）∧C（w）∧u[1]=v[1]∧v[2]=w[1]∧w[3]='LIU'∧t[1]=u[1]）}
3.15
在教学数据库S、SC、C中，用户有一查询语句：
检索女同学选修课程的课程名和任课教师名。
（1）试写出该查询的关系代数表达式；
（2）试写出查询优化的关系代数表达式。
解：
（1）πCNAME,TEACHER（σSEX='女'（S|X|SC|X|C））
（2）优化为：
πCNAME，TEACHER（πCNAME,TEACHER（C）|X|（πS#,C#（SC）|X|πS#（σSEX='女'（S））））
第4章结构化查询语言
4.1 名词解释：
◆SQL模式：
基本表的集合定义为SQL模式。
一个SQL模式（即"数据库模式"）由模式名和模式拥有者的用户名或账号来确定,并包含模式中每一个元素（基本表、视图、索引等）的定义。
◆SQL数据库：
SQL（StructuredQueryLanguage），即‘结构式查询语言’，采用英语单词表示和结构式的语法规则。
一个SQL数据库是表的汇集，它用一个或多个SQL模式定义。
◆基本表：
在SQL中，把传统的关系模型中的关系模式称为基本表（BaseTable），基本表是本身独立的表，一个关系就对应一个基本表。
◆存储文件：
在SQL中，把传统的关系模型中的存储模式称为存储文件（StoredFile）。
◆视图：
在SQL中，把传统的关系模型中的子模式称为视图（View），视图是从一个或多个基本表导出的表。
◆行：
在SQL中，把传统的关系模型中的元组称为行（row）。
◆列：
在SQL中，把传统的关系模型中的属性称为列（coloumn）。
◆实表：
基本表就被称为实表，它是实际存放在数据库中的表。
◆虚表：
视图就被称为虚表，因为在数据库中只存储视图的定义而不存放视图所对应的数据。
◆相关子查询：
在嵌套查询中，内层查询称为‘相关子查询’，子查询中查询条件依赖于外层查询中的某个值，所以子查询的处理不只一次，要反复求值，以供外层查询使用。
◆联接查询：
查询时先对表进行笛卡尔积操作，然后再做等值联接、选择、投影等操作。
联接查询的效率比嵌套查询低。
◆交互式SQL：
在终端交互方式下使用的SQL语言称为交互式SQL。
◆嵌入式SQL：
嵌入在高级语言的程序中使用的SQL语言称为嵌入式SQL。
◆共享变量：
在嵌入的SQL语句中引用宿主语言的程序变量称为共享变量。
◆游标：
游标是与某一查询结果相联系的符号名，用于把集合操作转换成单记录处理方式。
◆卷游标：
卷游标在推进时不但能沿查询结果中元组顺序从头到尾一行行推
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