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习题1
1．名词解释：
DB：是长期存储在计算机内、有组织的、统一管理的相关数据的集合。
DBMS：是位于用户与0S之间的一层数据管理软件，它为用户或应用程序提供访问DB的方法。
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硬件、软件和数据资源组成的系统，即采用数据库技术的计算机系统。
外模式：是用户用到的那部分数据的描述。
概念模式：数据库中全部数据的整体逻辑结构的描述。 内模式：DB在物理存储方面的描述。
实体：客观存在、可以相互区别的事物称为实体。 属性：实体有很多特性，每一个特性称为一个属性。
实体标识符：能惟一标识实体的属性或属性集，称为实体标识符。
分布式数据库：是由一组数据组成的，这组数据分布在计算机网络的不同计算机上，网络中的每个结点具有独立处理的能力（称为场地自治），可以执行局部应用。同时，每个结点也能通过网络通信子系统执行全局应用。
2．文件系统阶段的数据管理有哪些特点？
答：文件系统阶段主要有5个特点：数据以“文件”形式长期保存；数据的逻辑结构与物理结构有了区别；文件组织已多样化；数据面向应用；对数据的操作以记录为单位。
3．文件系统阶段的数据管理有些什么缺陷？试举例说明。 答：主要有3个缺陷：数据冗余；数据不一致性；数据联系弱。
例如学校里教务处、财务处、保健处建立的文件中都有学生详细资料，如联系电话，家庭住址等。这就是“数据”冗余；如果某个学生搬家，就要修改3个部门文件中的数据，否则会引起同一数据在3个部门中不一致；产生上述问题的原因是这3个部门的文件中数据没有联系。
4． 数据库阶段的数据管理有哪些特色?
答：主要有5个特点：采用数据模型可以表示复杂的数据结构；有较高的数据独立性； 为用户提供了方便的用户接口；提供了4个方面的数据控制功能；对数据的操作以数据项为 单位，增加了系统的灵活性。
5．实体之间联系有哪几种？分别举例说明？
答：1:1联系：如果实体集El中每个实体至多和实体集E2中的一个实体有联习，反之亦然，那么El和E2的联系称为“l:1联系”。例如：电影院的座位和观众实体之间的联系。
1:N联系：如果实体集El中每个实体可以与实体集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El中一个实体有联系，那么El和E2的联系是“1:N联系”。 例如：部门和职工两个实体集之间的联系。
M:N联系：如果实体集El中每个实体可以与实体集E2中任意个（零个或多个)实体有联系，反之亦然，那么El和E2的联系称为“M:N联系”。例如：工程项目和职工两个实体集之间的联系。
6．分析层次模型、网状模型和关系模型的特点。
答：层次模型的数据结构为树结构，记录之间联系通过指针实现，查询较快，但DML属于过程化的语言，操作复杂。
网状模型的数据结构为有向图，记录之间联系通过指针实现，查询较快，并且容易实现M：N联系，但DML属于过程化的语言，编程较复杂。
关系模型的数据结构为二维表格，容易为初学者理解。记录之间联系通过关键码实现。DML属于非过程化语言，编程较简单。
面向对象模型能完整描述现实世界的数据结构，具有丰富的表达能力，能表达嵌套、递归的数据结构。但涉及的知识面较广，用户较难理解，这种模型尚未普及。
7．简述数据库系统的两级映像和数据独立性之间的关系。
答：为了能够在系统内部实现外部级、概念级和内部级3个抽象层次的联系和转换，数据库管理系统在这三级模式之间提供了两层映像：
外模式/模式映像定义通常包含在各自外模式的描述中，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性，应用程序是依据外模式编写的；
模式/内模式映像包含在模式描述中，此映像是唯一的，它定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系，它保证了数据与程序的物理独立性，所以称为数据的物理独立性。
8．分析分布式数据库的体系结构。
答： 分布式DBS的体系结构分为四级：全局外模式、全局概念模式、分片模式和分配模式。
(1)全局外模式：它们是全局应用的用户视图，是全局概念模式的子集。
(2)全局概念模式：全局概念模式定义了分布式数据库中所有数据的逻辑结构。
(3)分片模式：分片模式定义片段以及定义全局关系与片段之间的映象。这种映象是一对多的，即每个片段来自一个全局关系，而一个全局关系可分成多个片段。
(4)分配模式：片段是全局关系的逻辑部分，一个片段在物理上可以分配到网络的不同场地上。分配模式根据数据分配策略的选择定义片段的存放场地。
9．当前主要的几种新型数据库系统各有什么特点？用于什么领域？
答：主要有：分布式数据库系统、面向对象数据库系统、专家数据库系统、多媒体数据库系统、空间数据库系统、工程数据库系统。
分布式数据库系统分布式数据库系统是地理上分布在计算机网络的不同结点，逻辑上属于同一系统的数据库系统，它不同于将数据存储在服务器上供用户共享存取的网络数据库系统，分布式数据库系统不仅能支持局部应用，存取本地结点或另一结点的数据，而且能支持全局应用，同时存取两个或两个以上结点的数据。分布式数据库的主要特点是：数据是分布的；数据是逻辑相关的；结点的自治性。分布式数据库系统广泛地应用于大企业,多种行业及军事国防等领域。
面向对象数据库（简称OODB）有以下特点：
使用对象数据模型将客观世界按语义组织成由各个相互关联的对象单元组成的复杂系统 。对象可以定义为对象的属性和对象的行为描述，对象间的关系分为直接和间接关系；语义上相似的对象被组织成类，类是对象的集合，对象只是类的一个实例，通过创建类的实例实现对象的访问和操作；对象数据模型具有“封装”、“继承”、“多态”等基本概念；方法实现类似于关系数据库中的存储过程，但存储过程并不和特定对象相关联，方法实现是类的一部分。面向对象数据库可以实现一些带有复杂数据描述的应用系统，如时态和空间事务、多媒体数据管理等。
专家数据库系统（Expert DataBase System，EDBS）是人工智能与数据库技术相结合的产物。它具有两种技术的优点，而避免了它们的缺点。它是一种新型的数据库系统，它所涉及的技术除了人工智能和数据库以外还有逻辑、信息检索等多种技术和知识。
多媒体数据库系统随着信息技术的发展，数据库应用从传统的企业信息管理扩展到计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助制造
（Computer Aided Manufacture，CAM）、办公自动化（Office Automation，OA）、人工智能（Artificial Intelligent，AI）等多种应用领域。这些领域中要求处理的数据不仅包括传统的数字、字符等格式化数据，还包括大量多种媒体形式的非格式化数据，如图形、图像、声音等。多媒体数据库系统（Multimedia Database System，MDBS）是能存储和管理多种媒体的数据库系统。
空间数据库系统的特点：数据量庞大。空间数据库面向的是地理学及其相关对象，而在客观世界中它们所涉及的往往都是地球表面信息、地质信息、大气信息等及其复杂的现象和信息，所以描述这些信息的数据容量很大，容量通常达到 GB级；具有高可访问性。空间信息系统要求具有强大的信息检索和分析能力， 这是建立在空间数据库基础上的，需要高效访问大量数据；空间数据模型复杂。空间数据库存储的不是单一性质的数据，而是涵盖了几乎所有与地理相关的数据类型。空间数据库系统有效地利用卫星遥感资源迅速绘制出各种经济专题地图。
工程数据库系统特点：主要数据库是图形和图象数据；数据库规模庞大；设计处理的状态是直观和暂时的；设计的多次版本信息都要予以保存；事务是长寿的，从设计到生产周期较长；数据要求有序性；数据项可多达几百项。工程数据库系统主要用于CAD/CAM领域。
习题2
1．名词解释：
超键：能惟一标识元组的属性或属性集，称为关系的超键。 候选键：不含有多余属性的超键，称为候选键。 实体完整性规则：实体的主键值不允许是空值。 参照完整性规则：依赖关系中的外键值或者为空值，或者是相应参照关系中某个主键值。 函数依赖：设有关系模式R(U)，X和Y是属性集U的子集，若对于R(U)的任意一个可能的关系r，r中不可能存在两个元组在X上的属性值相等，而在Y上的属性值不等，则称X函数确定Y或Y函数依赖（Functional Dependency，简记为FD）于X，记作X→Y。
无损分解：当对关系模式R进行分解时，R的元组将分别在相应属性集进行投影而产生新的关系。如果对新的关系进行自然连接得到的元组集合与原关系完全一致，则称该分解为无损分解。
2NF：如果关系模式R属于1NF，且它的每一个非主属性都完全函数依赖于R的候选键，则称R属于第二范式，简记为R∈2NF。
3NF：如果关系模式R属于1NF，且每个非主属性都不传递依赖于R的候选键，那么称R属于第三范式，简记为R∈3NF。
2．为什么关系中的元组没有先后顺序，且不允许有重复元组？
答：由于关系定义为元组的集合，而集合中的元素是没有顺序的，因此关系中的元组也就没有先后的顺序(对用户而言)。这样既能减少逻辑排序，又便于在关系数据库中引进集合论的理论。
3．笛卡尔积、等值连接和自然连接三者之间有什么区别？
答：笛卡儿积是一个基本操作，而等值连接和自然连接是组合操作。 设关系R的元数为r，元组个数为m；关系S的元数为s。，元组个数为n。 那么，R×S的元数为r+s，元组个数为m×n；
R S的元数也是r+s，但元组个数小于等于m×n；
iθj R S的元数小于等于r+s，元组个数也小于等于m×n： 4．设有关系R和S，如图2.17所示。
R A 3 B 6 C 7 S A 3 B 4 C 5 计算R∪S，R-S，R∩S，R×S，π3,2(S)，σB<'5'(R)，R S，R S。 2 5 7 7 2 2<2 3 答： 7 2 3
B 4 C 4 R-SA B C R∪S A R×S R.A R.B R.C S.A S.B S.C 3
3 6 7 3 6 7 3 4 5 3 6 7 图2.17 关系R和S 2 5 7 3 6 7 7 2 3 2 5 7
7 2 3 2 5 7 3 4 5 4 4 3
4 4 3 2 5 7 7 2 3 B C R∩S A 3 4 5 7 2 3 3 4 5 7 2 3 7 2 3 7 2 3 π3,2(S) C B 4 4 3 3 4 5 σB<’5’(R) A B C
7 2 3 3 2 4 4 3 R S A R S R.A R.B R.C S.A S.B S.C 7 2<2 7 2 3 3 4 5
5．设教学管理数据库中有三个关系 S(SNO,SNAME,AGE,SEX,SDEPT) SC(SNO,CNO,GRADE)
C(CNO,CNAME,CDEPT,TNAME) 试用关系代数表达式表示下列查询语句：
(1) 检索LIU老师所授课程的课程号、课程名。 (2) 检索年龄大于23岁的男学生的学号与姓名。
(3) 检索学号为S3学生所学课程的课程名与任课教师名。 (4) 检索至少选修LIU老师所授课程中一门课的女学生姓名。 (5) 检索WANG同学不学的课程的课程号。 (6) 检索至少选修两门课程的学生学号。 解：
⑴ πCNO,CNAME(σTEACHER=’LIU’(C)) ⑵ πSNO,SNAME(σAGE>’23’∧SEX=’M’(SC)) ⑶ πCNAME,TEACHER(σSNO=’S3’(SC C)) ⑷ πSNAME(σSEX=’F’∧TEACHER=’LIU’(S SC C)) ⑸ πCNO(C)-πCNO(σSNAME=’WANG’(S SC)) ⑹ π1(σ1=4∧2≠5(SC×SC))
5 4 4 4 3 7 2 3 B 2 C 3