第4章习题与解答.doc

第4章 数据库和数据仓库4.1 本章知识框架与学习要求数据库技术是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。它已经成为先进信息技术的重要组成部分，是现代计算机信息系统和计算机应用系统的基础和核心。数据库已经成为人们存储数据、管理信息、共享资源的最先进最常用的技术。认识和掌握有关的数据库技术对学好本课程具有重要作用。本章主要介绍了数据库技术的相关概念包括数据的组织层次、数据模型、信息模型、关系规范化等，以及数据库的设计方法，数据库仓库和数据挖掘的概念。4.1.1 知识框架与学习要求一、数据的描述与组织（掌握）（一）三个世界1现实世界2信息世界3计算机世界（二）数据组织的层次1数据项（字段）2记录数据文件数据库二、数据库管理技术（一） 数据管理的发展（了解）1.简单应用阶段2.文件系统阶段3.数据库系统阶段（二） 数据库管理系统（掌握）1数据库系统（DBS）2数据库管理系统（DBMS）（1）数据库的定义功能（2）数据库的操作功能（3）数据库的保护功能（4）数据库的维护功能（5）数据的存储管理三、数据模型（掌握）（一） 信息模型（概念模型）1信息模型的要素2两个实体集之间联系的分类实体联系模型（E-R模型）（二） 数据模型1数据模型的三要素2数据模型与信息模型的关系3. 三种主要的数据模型（）层次模型（Hierarchical Model）（）网状模型（Network Model）（）关系模型（Relational Model）（三） 概念模型向关系模型的转换（四） 关系的规范化1第一范式（1NF）2第二范式（2NF）3第三范式（3NF）五、数据库设计（掌握） （一）数据库设计方法简述 （二）数据库设计步骤6、 数据仓库和数据挖掘（了解） （一）数据仓库 1.数据仓库的概念 2.数据仓库和数据库的区别 3.数据仓库的特性 4.数据仓库的基本结构 5.数据仓库工具的组成 （二）数据挖掘 1.数据挖掘的概念 2.数据仓库与数据挖掘的关系4.1.2 学习重点本章重点掌握以下几方面的内容：三个世界即现实世界、信息世界、计算机世界的特点及区别与联系；2.人工管理阶段、文件系统阶段及数据库系统阶段应用程序与数据关系的区别；3数据库管理系统功能4信息（概念）模型的要素、E-R模型的绘制方法；5数据模型的三要素、数据模型与信息模型的关系、关系模型；6概念模型向关系模型的转换；7数据库设计方法和步骤4.2 教材习题与解答4.2.1 习题一、名词解释1.数据库 2.记录 3.DBMS 4.DBS 5.概念模式 6.数据模型 7.概念模型 8.键或码 9.数据操作 10.1NF 11. 2NF 12.3NF 13.关系 14.关系模式 15.数据仓库 16.数据挖掘二、简答题1. 数据库系统组织数据的特点是什么?2. 数据库系统与文件系统的区别是什么?3. 数据管理经历了哪几个阶段?各个阶段的特点是什么?4. 数据模型的三要素是什么？5. 数据库管理系统的主要功能是什么？6. 信息模型的要素有哪些？7. 试述概念模式在数据库中的重要地位。8.举出实例，要求实体型之间具有一对一、一对多和多对多的联系。9.实体之间的联系方式有几种？不同的联系方式在转换为关系模型时的处理方式有什么不同？10.什么是E-R图？构成E-R图的基本要素是什么？如何将E-R模型转换为关系模型？11. 某工厂生产多种产品，每种产品又要使用多种零件，一种零件可能装在多种产品上。每种零件由一种材料制造，每种材料可用于不同零件的制作。有关产品、零件、材料的数据字段如下：产品：产品号（GNO），产品名（GNA），产品单价（GUP）零件：零件号（PNO），零件名（PNA），单重（UW），单价（UP）材料：材料号（MNO），材料名（MNA），计量单位（CU），单价（MUP）以各产品需要各种零件数为GQTY，各零件需要的材料数为PQTY（1）请画出产品、零件、材料的E-R图。（2）请将该E-R图转换为关系数据模型12. 教学管理涉及的实体有：教员：职工号、姓名、年龄、职称学生：学号、姓名、年龄、性别课程：课程号、课程名、学时数这些实体间的联系如下：一个教员只讲授一门课程，一门课程可由多个教员讲授；一个学生学习多门课程，每门课程有多个学生学习。请画出教员、学生、课程的E-R图，并构造其关系数据模型。三、单选题1. DBMS对数据库的保护主要通过四个方面实现，因而在DBMS中应该包括这四个子系统：数据库的并发控制、数据库的恢复、数据完整性控制和（ ）。A数据的检索 B数据的更新 C数据安全性控制 D数据的存储2. 在数据库系统的三级模式结构中，外模式通常还称为（ ）。A用户模式 B内模式 C物理模式 D概念模式3. 实体与实体间的联系方式有( )种。 A1 B2 C3 D44. 若联系为M：N，则关系的码为所连接的（ ）。AN端和M端的码的组合 BN端的码 CM端的码 D都不是5. 数据仓库有四个重要的特点：面向主题、相对稳定的、反映历史变化和（ ）。A.分散的 B.合并的 C.集中的 D.集成的 4.2.2 习题解答一、名词解释1数据库是存储起来的相关数据的集合。2记录是具有一定关系的数据项的有序集合。3DBMS即数据库管理系统，是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。他的主要功能包括：数据定义功能、数据操纵功能、数据库的运行管理功能、数据库的建立和维护功能。4DBS即数据库系统，是指在计算机系统中引入数据库后的系统，这类系统由五部分组成：硬件系统、数据库集合、数据库管理系统（DBMS）及相关软件、数据库管理员（Data Base Administrator，简记为DBA）和用户。5概念模式也称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。它是数据库系统模式结构的中间层，既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，也与具体的应用、所使用的应用开发工具及高级程序设计语言无关。6数据模型是数据库中用来对现实世界进行抽象的工具，是数据库系统中用于提供信息表示和操作手段的形式构架。7概念模型也称信息模型, 它是按用户的观点来对数据和信息建模，是现实世界到机器世界的中间层次。它主要用于数据库设计。8键或码指能唯一标识每个实体的属性或属性集，有时也称为实体标识符。例如学生的学号可以作为学生实体的键。9数据操作是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。操作主要包括数据库检索和更新（包括插入、删除、修改）两大类操作。10满足下述要求的关系，叫做关系的第一范式（1NF），否则称为非规范形式。（1）关系中每个数据项（元组中每个分量）必须是一个不可分的数据项，即此项所表达的实体属性必是原子属性，且要求数据项没有重复组。（2）列是同质的，即每一列中所有数据项类型相同。各列指定一个相异的名字，列的次序任意。（3）各行相异，不允许有重复的行，行的次序任意。11在满足第一范式的关系上消去非主属性对主关键字的不完全依赖性，所得的关系叫第二范式的关系。12在满足第二范式的关系上消去非主属性对主关键字的传递依赖性，称为第三范式。13关系即指二维表。14关系模式即对关系的描述，用关系名（属性1，属性2，属性n）来表示。15.数据仓库是一个面向主题的、集成的、非易失的且随时间变化的数据集合，用来支持经营管理中的决策制定过程。16.数据挖掘，又称为数据库中的知识发现，就是从大量数据中获取有效的、新颖的、潜在有用的、最终可理解的模式的非平凡过程。二、简答题1. 数据库系统组织数据的特点是：（1）面向全组织的复杂数据结构。数据库中的数据结构不仅描述了数据自身，而且描述了整个组织数据之间的联系，实现了整个组织数据的结构化。（2）数据冗余度小，易于扩充。由于数据库从组织的整体来看待数据，数据不再是面向某一特定的应用，而是面向整个系统，减少了数据冗余和数据之间的不一致现象。在数据库系统下，可以根据不同的应用需求选择相应的数据加以使用，使系统易于扩充。（3）数据与程序独立。数据库系统提供了数据存储与逻辑结构之间的映射功能及总体逻辑结构与局部逻辑结构之间的映射功能，从而使得当数据的存储结构改变时，逻辑结构保持不变，或者当总体逻辑结构改变时，局部逻辑结构可以保持不变，从而实现了数据的物理独立性和逻辑独立性，把数据的定义和描述与应用程序完全分离开。（4）统一的数据控制功能。数据库系统提供了专门的管理软件即数据库管理系统对数据实施统一的管理和控制，这些控制包括数据的安全性控制（Security）、完整性控制（Integrity）和并发控制即允许多个用户同时使用数据库资源等。2. 数据库系统与文件系统的区别是：（1）数据库系统的数据是面向组织，而文件系统是面向局部应用的。（2）数据库系统数据共享性高、冗余度小，文件系统数据共享性差、冗余度大。（3）数据库系统的数据与程序独立，文件系统的数据与程序不完全独立。（4）数据库系统具有统一的数据控制功能，文件系统没有。3. 数据管理经历了简单应用阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段。简单应用阶段（20世纪50年代以前）。这个阶段最基本的特征是无数据管理及完全分散的手工方式。其表现在：（1）无外存或只有磁带外存，输入输出设备简单。（2）无操作系统，无文件管理系统，无管理数据的软件。（3）数据是程序的组成部分，数据不独立。（4）文件系统尚未出现，程序员必须自行设计数据的组织方式。文件系统阶段（20世纪50年代后期到60年代中期）。这个阶段的基本特征是有了面向应用的数据管理功能，工作方式是分散的非手工的。其表现为：（1）外存有了很大的发展，除磁带机外，还出现了大容量的硬盘和灵活软磁盘。数据可以长期保存，数据以独立数据文件的形式长期存储在外存储器上，可以被应用程序随时访问。（2）系统软件方面出现了操作系统、文件管理系统和多用户的分时系统，出现了专用于商业事务管理的高级语言COBOL。它主要用于文件处理，也可以进行非数值处理。（3）数据管理方面，实现了数据对程序的一定的独立性，数据不再是程序的组成部分，修改数据不必修改程序，数据有结构，被组织到文件内，存储在磁带、磁盘上，可以反复使用和保存。（4）文件类型已经多样化。（5）数据存取以记录为单位。数据库系统阶段的特点参考第1题。4. 数据模型的三要素是数据结构、数据操作和完整性约束三部分。5. 数据库管理系统的主要功能是：（1）数据库的定义功能（2）数据库的操作功能（3）数据库的保护功能（4）数据库的维护功能（5）数据的存储管理6. 信息模型的要素有：（1）实体（Entity）：客观存在，可以相互区别的事物称为实体。（2）实体集（Entity set）：性质相同的同类实体的集合，称为实体集。（3）属性（Attribute）：实体有很多特性，每一个特性称为属性。（4）联系（Relationship）：联系是指客观存在的事物之间的相互关系，通常是指实体集与实体集之间的关系。（5）键（Key）：能唯一标识每个实体的属性或属性集，称为实体的键（关键字或码），有时也称为实体标识符。（6）域（Domain）：域是某个（些）属性的取值范围。7. 概念模式（Conceptual schema）或逻辑模式是数据库中全部数据整体逻辑结构的描述。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。而概念模式提供了一种约束其它两极的相对稳定的中间观点，它使得两极中的任何一级改变都不受另一级的牵制。概念模式是数据库的中心与关键，它独立于数据库的其他层次，所以设计数据库模式结构时应该首先确定数据库的逻辑模式。8.一对一：例如车间与车间主任、学校与校长。一对多：例如车间与职工、教研室与教师。多对多：例如车间与零部件、学生与课程。9. 两个实体集之间的联系是信息模型中最基本的联系，可以将这种联系分为以下几种方式：（1）一对一联系；（2）一对多联系；（3）多对多联系。一个联系也可以转换为一个关系，与该联系相连的各实体的码以及联系的属性可转换为关系的属性。不同的联系方式在转换为关系模型时的处理方式有不同：（1）若联系为1：1，则所连接的各实体的码均是该关系的码；（2）若联系为1：N，关系的码为N端实体的码；（3）若联系为M：N，则关系的码为所连接的各实体码的组合。10. 实体联系模型（EntityRelationship Model，简记为E-R模型）是P.S.Chen于1976年提出的。这个模型直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间联系，然后用实体联系图（E-R图）表示数据模型。设计ER图的方法称为ER方法。ER图是直观表示概念模型的有力工具。在E-R图中有下面四个基本成分：（1）矩形框，表示实体类型（考虑问题的对象）。（2）菱形框，表示联系类型（实体之间的联系）。（3）椭圆形框，表示实体类型和联系类型的属性。（4）直线，联系类型与其涉及的实体类型之间以直线连接，用来表示它们之间的联系，并在直线端部标注联系的种类（11、1n或mn）。由E-R图向关系模型转换可按下述的三条规则进行：（1）一个实体型转换为一个关系，实体的属性就是该关系的属性，实体的码就是该关系