1．试述数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统的概念。

答：（1）数据是数据库中存储的基本对象，是描述事物的符号记录。数据有多种表现形式，它们都可以经过数字化后存入计算机。数据的种类有数字、文字、图形、图像、声音、正文等。

（2）数据库是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。数据库数据具有永久存储、有组织和可共享三个基本特点。

（3）数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，用于科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据。

（4）数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具)、应用系统、数据库管理员构成。

15．试述数据库系统的三级模式结构，并说明这种结构的优点是什么。

答：（1）数据库系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式组成。

①外模式，亦称子模式或用户模式，是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。

②模式，亦称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。模式描述的是数据的全局逻辑结构。外模式涉及的是数据的局部逻辑结构，通常是模式的子集。

③内模式，亦称存储模式，是数据在数据库系统内部的表示，即对数据的物理结构和存储方式的描述。

（2）数据库系统的三级模式是对数据的三个抽象级别，它把数据的具体组织留给 DBMS 管理，使用户能逻辑抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的表示和存储。为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换，数据库系统在这三级模式之间提供了两层映像：外模式/模式映像和模式/内模式映像。正是这两层映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

18．试述数据库系统的组成。

答：数据库系统一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。

（1）硬件平台及数据库。由于数据库系统数据量都很大，加之DBMS丰富的功能使得自身的规模也很大，因此整个数据库系统对硬件资源提出了较高的要求：①要有足够大的内存，存放操作系统、DBMS的核心模块、数据缓冲区和应用程序；②有足够的大的磁盘或磁盘阵列等设备存放数据库，有足够的磁带(或光盘)作数据备份；③要求系统有较高的通道能力，以提高数据传送率。

（2）软件。①DBMS；②支持DBMS运行的操作系统；③具有与数据库接口的高级语言及其编译系统；④以DBMS为核心的应用开发工具；⑤为特定应用环境开发的数据库应用系统。

（3）人员。开发、管理和使用数据库系统的人员主要是：数据库管理员、系统分析员和数据库设计人员、应用程序员和最终用户。

3．定义并理解下列术语，说明它们之间的联系与区别：

（1）域，笛卡儿积，关系，元组，属性；

（2）主码，候选码，外码；

（3）关系模式，关系，关系数据库。

答：（1）域，笛卡尔积，关系，元组，属性

①域：一组具有相同数据类型的值的集合。

②笛卡儿积：两个分别为n目和m目的关系R和S的笛卡尔积是一个n+m列的元组的集合。

③关系：在域D1，D2，…，Dn上笛卡尔积D1×D2×…×Dn的子集称为关系，表示为R（D1，D2，…，Dn）。

④元组：关系中的每个元素是关系中的元组。

⑤属性：关系也是一个二维表，表的每行对应一个元组，表的每列对应一个域。由于域可以相同，为了加以区分，必须对每列起一个名字，称为属性。

（2）主码，候选码，外部码

①候选码：关系中能惟一标识一个元组的某一属性组。

②主码：若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码。

③外部码：设F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的码，如果F与基本关系S的主码Ks相对应，则称F是基本关系R的外部码，简称外码。

（3）关系模式，关系，关系数据库

①关系模式：关系的描述称为关系模式，它可以形式化地表示为：R（U，D，Dom，F），其中R为关系名，U为组成该关系的属性名集合，D为属性组U中属性所来自的域，Dom为属性向域的映射集合，F为属性间数据的依赖关系集合。

②关系：在域D1，D2，…，Dn上笛卡尔积D1×D2×…×Dn的子集称为关系，表示为R（D1，D2，…，Dn）。关系是关系模式在某一时刻的状态或内容。关系模式是静态的、稳定的，而关系是动态的、随时间不断变化的，因为关系操作在不断地更新着数据库中的数据。

③关系数据库：关系数据库有型和值之分。关系数据库的型也称为关系数据库模式，是对关系数据库的描述，它包括若干域的定义以及在这些域上定义的若干关系模式。关系数据库的值是这些关系模式在某一时刻对应的关系的集合，通常就称为关系数据库。

7．试述等值连接与自然连接的区别和联系。

答：连接运算中有两种最为重要也最为常用的连接，一种是等值连接(Equijoin)，另一种是自然连接(Natural join)。θ为“=”的连接运算称为等值连接。它是从关系R与S的广义笛卡尔积中选取A，B属性值相等的那些元组，即等值连接为

自然连接(Natural join)是一种特殊的等值连接。它要求两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性组，并且在结果中把重复的属性列去掉。即若R和S具有相同的属性组B，则自然连接可记作

一般的连接操作是从行的角度进行运算。但自然连接还需要取消重复列，所以是同时从行和列的角度进行运算。

试述 SQL的特点。

①综合统一。SQL语言集数据定义语言(DDL)、数据操纵语言(DML)和数据控制语言(DCL)的功能于一体。

②高度非过程化。用SQL语言进行数据操作,只要提出“做什么”,而无须指明“怎么做”,因此无须了解存取路径。存取路径的选择以及SQL语句的操作过程由系统自动完成。

③面向集合的操作方式。SQL语言采用集合操作方式,不仅操作对象、查找结果可以是元组的集合,而且一次插人、删除、更新操作的对象也可以是元组的集合。

④以同一种语法结构提供两种使用方式。SQL语言既是自含式语言,又是嵌入式语言。作为自含式语言,它能够独立地用于联机交互的使用方式,也能够嵌入到高级语言程序中,供程序员设计程序时使用。

⑤语言简洁,易学易用。

7．试述视图的优点。

答：视图有以下五个优点：

（1）视图能够简化用户的操作：视图机制使用户可以将注意力集中在所关心的数据上，如果这些数据不是直接来自基本表，则可以通过定义视图，使数据库看起来结构简单、清晰，并且可以简化用户的数据查询操作；

（2）视图使用户能以多种角度看待同一数据：视图机制能使不同的用户以不同的方式看待同一数据，当许多不同种类的用户共享一个数据库时，这种灵活性是非常重要的；

（3）视图对重构数据库提供了一定程度的逻辑独立性：数据的逻辑独立性是指当数据库重构时，用户的应用程序不会受影响；

（4）视图能够对机密数据提供安全保护：有了视图机制，就可以在设计数据库应用系统时，对不同的用户定义不同的视图，使机密数据不出现在不应看到这些数据的用户视图上。这样视图机制就自动提供了对机密数据的安全保护功能。

（5）使用视图可以更清晰的表达查询。

1．什么是数据库的安全性?

答：数据库的安全性是指保护数据库以防止不合法的使用所造成的数据泄露、更改或破坏。

Armstrong公理以及证明

自反律：若Y是X的一部分（子集），则X→Y

增广律：如果X→Y，则XZ→YZ（X∪Z→Y∪Z）

传递律：如果X→Y，Y→Z，则X→Z

推导:

合并规则：若X→Y，X→Z，则X→YZ为F所蕴含；

伪传递规则：若X→Y，WY→Z，则XW→Z为F所蕴含；

分解规则：若X→Y，Z⊆Y，则X→Z为F所蕴含。

证明:

A1自反律：若Y X U，则X→Y为F所蕴含

证明1

设Y⊆X⊆U。

对R<U,F>的任一关系r中的任意两个元组t,s：

若t[X]=s[X]，由于Y X，则有t[Y]=s[Y]，所以X→Y成立，自反律得证。

A2增广律：若X→Y为F所蕴含，且Z U，则XZ→YZ为F所蕴含

证明2

设X→Y为F所蕴含，且Z⊆U。

对R<U,F>的任一关系r中的任意两个元组t,s：

若t[XZ]=s[XZ]，由于X ⊆XZ，Z⊆ XZ，根据自反律，则有t[X]=s[X]和t[Z]=s[Z]；

由于X→Y，于是t[Y]=s[Y]，所以t[YZ]=s[YZ]；所以XZ→YZ成立，增广律得证。

A3传递律：若X→Y，Y→Z为F所蕴含，则X→Z为F所蕴含

证明3

设X→Y及Y→Z为F所蕴含。

对R<U,F>的任一关系r中的任意两个元组t,s：

若t[X]=s[X]，由于X→Y，有t[Y]=s[Y]；

再由于Y→Z，有t[Z]=s[Z]，所以X→Z为F所蕴含，传递律得证。

合并规则：若X→Y，X→Z，则X→YZ为F所蕴含

证明4

因X→Y ，所以X→XY （增广律 XX→XY即X→XY）

因X→Z ，所以XY→YZ （增广律）

因X→XY，XY→YZ

故X→YZ （传递律）

伪传递规则：若X→Y，WY→Z，则XW→Z为F所蕴含

证明5

因X→Y ，所以WX→WY （增广律）

因WY→Z ，所以XW→Z （传递律）

分解规则：若X→Y，Z∈Y，则X→Z为F所蕴含

证明6

因Z∈Y 　所以Y→Z （自反律）

因X→Y 所以X→Z （传递律）

4．数据字典的内容和作用是什么？

答：（1）数据字典是系统中各类数据描述的集合。数据字典的内容通常包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程五个部分。数据项是组成数据的最小组成单位，若干个数据项可以组成一个数据结构。数据字典通过对数据项和数据结构的定义来描述数据流和数据存储的逻辑内容。

（2）数据字典的作用：数据字典是关于数据库中数据的描述，在需求分析阶段建立，是下一步进行概念设计的基础，并在数据库设计过程中不断修改、充实、完善。

1．试述查询优化在关系数据库系统中的重要性和可能性。

答：（1）查询优化在关系数据库系统中的重要性：

关系系统的查询优化既是RDBMS实现的关键技术，又是关系系统的优点所在。它减轻了用户选择存取路径的负担。用户只要提出“干什么”，不必考虑如何最好地表达查询以获取较好的效率，而且系统可以比用户程序的“优化”做得更好。

（2）查询优化在关系数据库系统中的可能性：

①优化器可以从数据字典中获取许多统计信息，例如关系中的元组数、关系中每个属性的分布情况、这些属性上是否有索引（B+树索引、HASH索引、唯一索引或组合索引）等。优化器可以根据这些信息选择有效的执行计划，而用户程序则难以获得这些信息。

②如果数据库的物理统计信息改变了，系统可以自动对查询进行重新优化以选择相适应的执行计划。在非关系系统中必须重写程序，而重写程序在实际应用中往往是不太可能的。

③优化器可以考虑数十甚至数百种不同的执行计划，从中选出较优的一个，而程序员一般只能考虑有限的几种可能性。

④优化器中包括了很多复杂的技术，这些优化技术往往只有最好的程序员才能掌握。系统的自动优化相当于使得所有人都拥有这些优化技术。

6．试述关系数据库管理系统查询优化的一般准则。

答：下面的优化策略一般能提高查询效率：

（1）选择运算应尽可能先做。

（2）投影运算和选择运算同时进行。

（3）投影同其前或其后的双目运算结合起来。

（4）某些选择同在它前面要执行的笛卡尔积结合起来成为一个连接运算。

（5）找出公共子表达式。

（6）选取合适的连接算法。

7．试述关系数据库管理系统查询优化的一般步骤。

答：各个关系系统的优化方法不尽相同，大致的步骤可以归纳如下：

（l）把查询转换成某种内部表示，通常用的内部表示是语法树。

（2）把语法树转换成标准（优化）形式，即利用优化算法，把原始的语法树转换成优化的形式。

（3）选择低层的存取路径。

（4）生成查询计划，选择代价最小的。

1．试述事务的概念及事务的4个特性。恢复技术能保证事务的哪些特性?

答：（1）事务是用户定义的一个数据库操作序列，是一个不可分割的工作单位。事务具有4个特性：原子性、一致性、隔离性和持续性。这4个特性也简称为ACID特性。

①原子性：事务是数据库的逻辑工作单位，事务中的操作要么都做，要么都不做。

②一致性：事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。当数据库只包含成功事务提交的结果时，就说数据库处于一致性状态。

③隔离性：一个事务的执行不能被其他事务干扰，即一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。

④持续性：持续性指一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的，接下来的其他操作或故障不应该对其执行结果有任何影响。

3．登记日志文件时为什么必须先写日志文件，后写数据库?

答：把对数据的修改写到数据库中和把表示这个修改的日志记录写到日志文件中是两个不同的操作。有可能在这两个操作之间发生故障，即这两个写操作只完成了一个。

如果先写了数据库修改，而在运行记录中没有登记这个修改，则以后就无法恢复这个修改了。如果先写日志，但没有修改数据库，在恢复时只不过是多执行一次UNDO操作，并不会影响数据库的正确性。所以一定要先写日志文件，即首先把日志记录写到日志文件中，然后进行数据库的修改。

1．在数据库中为什么要并发控制？并发控制技术能保证事务的哪些特性？

答：（1）数据库是共享资源，可以供多个用户使用，所以通常有许多个事务同时在运行。当多个事务并发地存取数据库时就会产生同时读取或修改同一数据的情况。若对并发操作不加以控制就可能会存取和存储不正确的数据，破坏数据库的一致性。所以数据库管理系统必须提供并发控制机制。

（2）并发控制可以保证事务的一致性和隔离性，保证数据库的一致性。

8．什么样的并发调度是正确的调度？

答：可串行化的调度是正确的调度。

可串行化的调度是指多个事务的并发执行是正确的，当且仅当其结果与按某一次序串行执行它们时的结果相同的调度策略。