数据库系统概论(第四版)课后习题解答

绪论本章将介绍本文的背景和研究动机。我们将概括性地阐述主题的重要性,以及本研究试图探讨的核心问题。通过对相关理论和研究现状的总结,为后续章节的深入分析奠定基础。byJerryTurnersnull1.1数据库系统概述数据库系统定义数据库系统是一种管理和存储大量结构化数据的计算机软件。它提供了有效的数据管理和查询功能。系统组成数据库系统由数据库、数据库管理系统(DBMS)和应用程序三大部分组成,可实现数据共享和减少数据冗余。功能特点数据库系统能提供数据持久化存储、并发控制、事务管理等功能,满足业务需求并保证数据安全性。1.2数据库系统的组成数据库数据库是整个数据库系统的核心，它以结构化的方式存储和管理数据，为用户提供数据存储和数据访问服务。数据库管理系统数据库管理系统是一种软件系统，它提供了数据库的创建、维护和使用等功能，并确保数据库的安全性和完整性。应用程序应用程序是使用数据库中的数据的软件系统，它们提供了用户与数据库交互的接口。1.3数据库系统的发展历程从文件系统到数据库早期的数据管理依赖于文件系统,数据被分散存储,管理和查询效率低下。数据库系统应运而生,提供了集中管理、结构化存储和高效查询的解决方案。从单机到分布式数据库系统从最初的单机运行,发展到支持分布式部署,可以在多个节点上存储和管理数据,提高了可扩展性和可靠性。从传统到新兴数据库系统从传统的关系型数据库,发展到包括对象型、文档型、图型等多种新兴数据模型,满足了不同应用场景的需求。1.4数据库系统的特点可共享性数据库系统能够支持多个用户同时访问和共享数据资源,提高了数据利用效率。数据独立性数据库系统能够对数据的物理存储和逻辑表示进行分离,保证了数据的独立性。数据一致性数据库系统能够确保数据的完整性和一致性,避免出现数据冲突和不一致的情况。数据安全性数据库系统提供了多层次的数据访问控制和安全机制,确保数据的安全性。数据库系统的应用广泛应用于企业管理数据库系统被广泛应用于企业的各个领域,如财务管理、人力资源、供应链管理等,帮助企业提高效率和决策能力。支撑科学研究数据库系统在科学研究中发挥重要作用,存储和管理实验数据、模拟数据、观测数据等,为科学发现提供基础。服务于电子商务数据库系统是电子商务网站的核心,存储产品信息、用户信息、交易记录等数据,支撑网站的各项功能。应用于政府管理数据库系统在政府部门广泛应用,如户籍管理、税收管理、社会保障管理等,提高了政府管理的效率和透明度。数据模型数据模型是描述和定义数据在应用系统中如何表示和管理的框架。它包括数据的结构、数据的语义以及数据间的联系。通过数据模型,可以以更加规范和抽象的方式对数据进行组织和管理。2.1数据模型概述数据模型定义数据模型描述了数据的结构、数据之间的联系以及操作数据的方式。它为数据库的设计和实现提供了框架。数据模型分类常见的数据模型包括关系模型、实体-联系模型、层次模型和网状模型等。每种模型有不同的特点和适用范围。数据模型设计目标数据模型的设计目标是准确描述现实世界中的数据结构和其间的联系,同时满足用户的信息需求。2.2关系模型表化概念关系模型将现实世界中的实体和概念表示为表格形式的二维关系,每个表格代表一类实体,行代表实体实例,列代表属性。这种直观的表格形式使得关系模型成为最广泛应用的数据模型之一。数学基础关系模型建立在严格的数学理论基础之上,如集合论和元组理论,为数据操作提供了规范化的数学基础。这确保了关系模型的理论完整性和操作的逻辑性。查询语言关系模型配合关系代数和SQL查询语言,提供了强大而灵活的数据查询和操作能力,满足了用户复杂多样的信息需求。SQL已成为事实上的标准数据库查询语言。实体-联系模型概念描述实体-联系模型是一种抽象的数据模型,它通过实体和联系来描述数据的语义结构。实体表示数据库中存在的独立对象,而联系则描述实体之间的关系。图形表示在实体-联系模型中,实体用矩形框表示,而联系用菱形框表示。两者通过连线连接,描述它们之间的关系。分类体系实体-联系模型定义了多种不同类型的联系,如一对一、一对多、多对多等,用来表达各种复杂的数据关系。层次模型和网状模型层次模型层次模型将数据组织成树状结构，每个节点代表一个实体，节点之间通过父子关系相连。这种模型简单直观,但缺乏灵活性,难以应对复杂的数据关系。网状模型网状模型用节点和边的方式表示实体和实体之间的多对多关系。相比层次模型更加复杂,但能更好地反映现实世界中错综复杂的数据关系。优缺点比较两种模型各有优缺点,层次模型简单易用,但灵活性较差;网状模型更加复杂,但能更好地表达复杂的数据关系。实际应用中需要根据具体需求选择合适的模型。面向对象数据模型封装性面向对象数据模型将数据和操作封装成对象,使得对象的内部实现细节对外部透明,提高了数据的安全性和系统的模块化。继承性面向对象数据模型支持对象之间的继承关系,使得新对象可以继承已有对象的属性和方法,提高了代码的重用性。多态性面向对象数据模型支持多态性,同一种操作可以作用于不同类型的对象,提高了系统的灵活性和扩展性。第3章关系数据库关系数据库是目前使用最广泛的数据库模型,它采用二维表的形式来管理数据,具有优秀的表达能力和简单性。以下将探讨关系数据库的基本概念和语言。3.1关系数据库概述定义关系数据库是建立在关系模型基础之上的数据库管理系统,采用二维表格的方式组织数据,行表示记录,列表示属性,在表格中数据以行列的形式存储。特点关系数据库具有数据独立性强、结构灵活、查询方便等特点,广泛应用于各行各业的信息管理系统中。功能关系数据库提供了完善的数据定义、存储、操作和管理功能,能够有效地组织和管理大量结构化数据。3.2关系数据库的基本概念关系关系是一个二维表,由行和列组成。每一行代表一个实体,每一列代表一个属性。元组元组是一个有序的属性集合,对应于关系中的每一行。属性属性是关系中每个列所代表的特征或性质。域域是属性所允许取的值的集合,定义了属性的数据类型。关系代数基本操作关系代数包括选择、投影、连接等基本操作,这些操作可以组合使用以执行复杂的查询。集合运算关系代数还支持并、交、差等集合运算,用于处理多个关系之间的关系。代数变换通过关系代数的代数变换,可以化简复杂查询,提高查询效率。SQL语言SQL概述SQL是一种用于管理关系型数据库的标准语言,提供了丰富的语句来执行数据操作和管理任务。它简单易用,被广泛应用于各种数据库系统中。SQL语句分类SQL语句包括DDL(数据定义语言)、DML(数据操作语言)、DCL(数据控制语言)和TCL(事务控制语言)等类型,覆盖了数据库的各项基本操作。SQL语句应用通过SQL语句可以对数据库进行增删改查等操作,并实现复杂的数据查询、视图管理、存储过程定义等功能,是数据库管理的重要手段。数据库设计数据库设计是数据库系统开发的核心环节，包括概念设计、逻辑设计和物理设计。通过合理的数据库设计，可以充分利用数据资源，提高数据库系统的性能和可靠性。4.1概念设计需求分析深入了解用户需求,通过访谈、观察等方式获取详细信息,为后续设计奠定基础。概念模型抽象出实体、属性和联系,构建概念层面上的数据模型,为逻辑设计提供指导。数据字典对所有数据元素进行细致描述,包括名称、类型、长度等,确保数据定义的一致性。4.2逻辑设计关系模型映射根据概念设计阶段建立的实体-联系模型,将其转换为关系模型,包括确定实体类对应的关系模式、属性以及主码。属性类型选择为每个关系模式中的属性选择合适的数据类型,确保数据的准确性和完整性。完整性约束定义根据业务需求,定义关系数据库中的各种完整性约束,如键约束、参照完整性约束等。查询语言设计设计满足用户需求的SQL查询语句,包括SELECT、INSERT、UPDATE和DELETE等操作。物理设计存储结构优化根据数据特点和查询需求,选择合适的存储结构,如B+树索引、哈希表等,以提高访问性能。空间分配管理合理分配数据文件、索引文件、日志文件等空间,并进行动态扩展,确保数据存储安全。并发控制采用锁机制、时间戳等方法,解决多用户并发访问同一数据的问题,保证数据完整性。数据库设计的方法论整体设计思路从业务需求出发,遵循"自顶向下、逐步求精"的设计原则,采用概念、逻辑、物理三个层次进行循序渐进的设计。建模技术利用实体-联系模型、关系模型等建模技术,清晰地描述业务对象及其相互关系,为后续设计奠定基础。质量保证贯穿设计全过程的需求分析、规范评审、功能测试等环节,确保设计方案满足业务需求,符合质量标准。第5章数据库系统的实现本章将深入探讨数据库管理系统的体系结构、功能和实现技术。从整体架构到具体实现细节,全面介绍数据库如何高效运行并为用户提供服务。5.1数据库管理系统的体系结构分层架构数据库管理系统采用分层架构,包括应用层、逻辑层和存储层,各层之间通过标准接口进行交互。这种设计可提高系统的灵活性和可扩展性。并发控制数据库管理系统需要提供并发控制机制,确保多个用户同时访问数据库时的数据完整性和一致性。权限管理数据库管理系统需要实现用户权限管理,控制不同用户对数据的访问和操作权限,确保数据安全。事务处理数据库管理系统需要提供事务处理功能,确保数据的原子性、一致性、隔离性和持久性。数据库管理系统的功能数据管理DBMS提供了对数据的创建、读取、更新和删除的功能,确保数据的完整性和一致性。安全性控制DBMS通过用户认证、权限管理等机制,确保只有授权用户才能访问数据,保护数据的机密性。并发控制DBMS通过锁定、事务管理等机制,协调多个用户同时访问数据,避免数据不一致。5.3数据库管理系