2025年大学《数据计算及应用》专业题库- 数据计算与应用专业数据模型设计与优化

2025年大学《数据计算及应用》专业题库——数据计算与应用专业数据模型设计与优化考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在括号内）1.在关系模型中，用来唯一标识元组的属性或属性组合称为（）。A.属性B.关系C.主键D.外键2.下列关于第一范式（1NF）的说法中，错误的是（）。A.关系中的每一列都是不可再分的原子值。B.关系中的每一行都是唯一的。C.关系中的属性必须具有数据类型。D.每个元组在每个属性上的值都是唯一的。3.将满足BCNF的关系模式分解为多个满足3NF的关系模式的目的是（）。A.消除数据冗余B.提高查询效率C.消除插入异常、删除异常和更新异常D.简化关系模式4.在ER图中，用来表示实体之间联系的符号是（）。A.矩形B.椭圆C.菱形D.线条5.下列哪个不是关系模型的基本操作？（）A.选择B.投影C.连接D.移除6.索引的主要作用是（）。A.增加数据存储空间B.提高数据插入速度C.加快数据检索速度D.保证数据的一致性7.某关系模式R(A,B,C)，其中A是主键。若要使R满足第二范式（2NF），则必须满足的条件是（）。A.R中不存在非主属性B.R中不存在传递依赖C.R中所有非主属性都完全函数依赖于主键D.R中所有非主属性都函数依赖于主键8.以下哪种索引结构适用于频繁的范围查询？（）A.哈希索引B.B+树索引C.散列索引D.全文索引9.负责数据库中数据定义、存储、维护和查询执行等操作的软件是（）。A.数据库应用系统B.数据库管理系统C.数据库管理系统D.数据仓库10.在设计数据模型时，需要考虑数据的完整性约束，以下哪项不属于完整性约束？（）A.主键约束B.外键约束C.参照完整性约束D.频率约束二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.ER图中的三个基本要素是________、________和________。2.关系模型中，实现实体之间联系的主要方式是通过________属性。3.满足第三范式（3NF）的关系模式，其非主属性只能依赖于________。4.索引按照结构不同，主要可以分为________索引和________索引。5.SQL语言中，用于创建数据库表的结构化查询语言是________。三、简答题（每小题5分，共20分）1.简述关系模型中的规范化理论的主要目的。2.解释什么是数据模型的物理设计，并简述其主要考虑因素。3.简述在数据库设计中，从概念模型到逻辑模型再到物理模型的转换过程。4.为什么说数据库的索引设计是一个需要权衡的过程？四、设计题（每小题10分，共30分）1.假设有一个大学课程管理系统，需要设计一个数据库模型来存储学生、课程和选课信息。请根据以下需求，设计该系统的ER图（概念模型），并标注实体、属性（包括主键和外键）以及实体之间的关系类型和基数（1:1,1:N,N:M）。*学生有学号、姓名、性别、专业。*课程有课程号、课程名、学分。*学生可以选修多门课程，每门课程可以有多个学生选修。2.根据上题设计的ER图，将其转换为关系模式（逻辑模型）。请写出所有关系模式的SQL`CREATETABLE`语句，并说明每个关系模式的主键和外键。3.考虑上题中的关系模式，假设经常需要查询某个学生的所有课程名称以及对应课程的学分，同时还需要查询某个课程的选课学生名单。请分析当前模型是否存在性能问题，并提出至少一种优化方案（可以通过添加索引或进行反范式设计等方式），并简述该方案的理由。---试卷答案一、选择题1.C2.D3.C4.C5.D6.C7.D8.B9.B10.D二、填空题1.实体，属性，联系2.外键3.主键（或候选键）4.B-Tree（或索引树），哈希5.CREATETABLE三、简答题1.解析思路：规范化理论的主要目的是通过逐步分解关系模式，消除数据冗余、避免插入异常、删除异常和更新异常，从而提高数据的一致性和完整性，并使数据结构更合理。最终目标是使关系模式达到一定的范式级别（如3NF），以优化数据库的性能和维护代价。2.解析思路：物理设计是将逻辑数据模型转化为特定数据库管理系统可实现的物理数据结构的过程。主要考虑因素包括：选择合适的存储结构（如文件组织）、设计索引策略（类型、位置）、确定数据存储参数（如缓冲区大小）、考虑系统性能和效率（查询速度、更新速度）、安全性控制等。3.解析思路：转换过程通常分为两步：首先，将概念模型（ER图）中的实体、属性和关系转换为逻辑模型中的关系模式（表），确定主键和外键，明确各表之间的联系。其次，根据选定的数据库管理系统和性能需求，将逻辑模型中的关系模式进一步转化为物理模型，涉及具体的数据类型选择、索引创建、存储路径规划等细节。4.解析思路：索引设计需要权衡其带来的好处和代价。好处是显著提高数据查询速度，特别是对于大型数据集和复杂查询。代价则包括：索引本身需要占用额外的存储空间；插入、删除、更新记录时，需要同时维护索引，从而降低了这些操作的速度。因此，需要根据查询频率、数据更新频率、表的大小等因素，有选择地创建索引，并在查询性能和更新性能之间做出平衡。四、设计题1.解析思路：概念模型设计（ER图）需先识别实体（学生、课程），列出主要属性（学生：学号PK，姓名，性别，专业；课程：课程号PK，课程名，学分），然后确定关系（学生与课程之间是多对多关系N:M）。在ER图中表示为：学生和课程为两个矩形实体，之间用菱形连接，表示“选修”关系，菱形内标注“N:M”，并在学生实体中添加课程号作为外键，在课程实体中添加学号作为外键。2.解析思路：逻辑模型是将ER图转换为关系模式。根据ER图，得到三个关系模式：学生（学号PK，姓名，性别，专业），课程（课程号PK，课程名，学分），选课（学号FK，课程号FK）。写SQL`CREATETABLE`语句时，使用`PRIMARYKEY`约束定义主键，使用`FOREIGNKEY`约束定义外键，确保参照完整性。例如：```sqlCREATETABLE学生(学号VARCHAR(20)PRIMARYKEY,姓名VARCHAR(50),性别CHAR(1),专业VARCHAR(50));CREATETABLE课程(课程号VARCHAR(20)PRIMARYKEY,课程名VARCHAR(100),学分INT);CREATETABLE选课(学号VARCHAR(20)FOREIGNKEYREFERENCES学生(学号),课程号VARCHAR(20)FOREIGNKEYREFERENCES课程(课程号));```3.解析思路：分析查询需求，发现当前模型（学生(学号,姓名,性别,专业),课程(课程号,课程名,学分),选课(学号FK,课程号FK)）需要进行跨表连接查询才能满足需求，这可能导致查询效率低下。优化方案可以是反范式设计，在学生表中添加一个课程名称列和学分列（作为冗余数据），通过外键关联到课程表。这样查询学生选课信息时就可以直接在学生表