(2025年)数据库原理课后题附答案

(2025年)数据库原理课后题附答案一、选择题（每题2分，共20分）1.以下关于数据库三级模式结构的描述中，错误的是（）。A.外模式是用户与数据库系统的接口B.模式描述数据库中全体数据的逻辑结构和特征C.内模式是数据物理结构和存储方式的描述D.外模式/模式映射保证了数据与程序的物理独立性答案：D解析：外模式/模式映射保证的是数据的逻辑独立性，内模式/模式映射保证物理独立性。2.关系模型中，候选码的属性可以是（）。A.0个B.1个或多个C.只能1个D.至少2个答案：B解析：候选码是能唯一标识元组的最小属性集，可能由单个或多个属性组成（如复合码）。3.下列SQL语句中，用于修改表结构的是（）。A.UPDATEB.ALTERC.INSERTD.DELETE答案：B解析：ALTERTABLE用于修改表结构（如添加列、修改列类型）；UPDATE用于更新数据，INSERT用于插入数据，DELETE用于删除数据。4.事务的原子性是指（）。A.事务中所有操作要么全部完成，要么全部不完成B.事务一旦提交，其对数据库的修改是永久的C.一个事务的执行不能被其他事务干扰D.事务必须使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态答案：A解析：原子性（Atomicity）要求事务是不可分割的工作单元，要么全做，要么全不做。5.关系代数中，σ（选择）操作的条件是（）。A.元组属性间的逻辑表达式B.关系的属性名C.关系的元组数量D.关系的模式结构答案：A解析：选择操作σF(R)从关系R中选择满足条件F（由属性比较或逻辑连接组成）的元组。6.若关系模式R∈3NF，则R一定（）。A.不存在非主属性对码的部分函数依赖B.不存在主属性对码的部分函数依赖C.不存在非主属性对码的传递函数依赖D.不存在主属性对码的传递函数依赖答案：C解析：3NF要求消除非主属性对码的部分和传递函数依赖（2NF已消除部分依赖，3NF进一步消除传递依赖）。7.数据库索引的主要目的是（）。A.减少数据冗余B.提高查询效率C.保证数据完整性D.实现数据共享答案：B解析：索引通过建立属性值到记录的映射，加速数据检索（如B+树索引支持快速查找和范围查询）。8.并发事务导致的“丢失修改”问题是指（）。A.事务T1读取数据后，事务T2修改了该数据，T1再次读取时得到不同值B.事务T1修改数据后，事务T2也修改了该数据，T1的修改被覆盖C.事务T1读取了被T2修改但未提交的数据，T2回滚后T1的数据无效D.事务T1按一定顺序访问数据，事务T2以相反顺序访问，导致死锁答案：B解析：丢失修改（LostUpdate）是两个事务同时修改同一数据，后提交的事务覆盖了先提交事务的修改。9.以下关于B+树索引的描述中，正确的是（）。A.所有叶子节点不在同一层B.非叶子节点存储数据记录的指针C.适合范围查询（如查询年龄在20-30岁的用户）D.插入和删除操作不会破坏树的平衡答案：C解析：B+树的叶子节点存储数据指针且按顺序链接，支持高效的范围查询；所有叶子节点在同一层，非叶子节点仅存储索引键，插入删除需调整树结构以保持平衡。10.数据仓库与数据库的主要区别是（）。A.数据仓库支持OLTP，数据库支持OLAPB.数据仓库存储当前数据，数据库存储历史数据C.数据仓库面向分析，数据库面向事务D.数据仓库使用关系模型，数据库使用多维模型答案：C解析：数据库主要支持联机事务处理（OLTP），面向日常业务；数据仓库支持联机分析处理（OLAP），面向决策分析，存储历史和集成数据。二、填空题（每空2分，共20分）1.数据库系统的核心是__________。答案：数据库管理系统（DBMS）2.关系模型的完整性约束包括实体完整性、参照完整性和__________。答案：用户定义的完整性3.SQL中，用于查询数据的关键字是__________。答案：SELECT4.事务的ACID特性中，“I”代表__________。答案：隔离性（Isolation）5.关系代数中，π（投影）操作的作用是__________。答案：从关系中选择若干属性列组成新关系6.若关系模式R的所有属性都是主属性，则R至少属于__________范式。答案：2NF（因无任何非主属性，不存在部分依赖）7.数据库恢复的基础是__________，它用来记录事务对数据库的更新操作。答案：日志文件（或日志）8.并发控制的主要技术是__________，包括共享锁（S锁）和排他锁（X锁）。答案：封锁（或锁机制）9.数据字典中存储的是数据库的__________，如数据项、数据结构的定义。答案：元数据（或描述数据的数据）10.在分布式数据库中，数据分片的方式包括水平分片、垂直分片、混合分片和__________。答案：导出分片三、简答题（每题8分，共40分）1.简述外键（ForeignKey）的作用及实现方式。答案：外键用于建立两个表之间的关联，确保参照完整性。作用：保证一个表（从表）的外键取值必须与另一个表（主表）的主键值匹配（或为NULL）。实现方式：在从表中定义外键列，其数据类型与主表主键一致，并通过DBMS的约束检查机制，当插入/更新从表数据时，验证外键值是否存在于主表主键中；删除主表数据时，根据级联规则（如RESTRICT、CASCADE）决定是否允许删除或同步更新从表。2.说明B树与B+树的主要区别，为什么数据库索引更倾向于使用B+树？答案：主要区别：①B树的非叶子节点和叶子节点都存储数据记录指针；B+树仅叶子节点存储指针，非叶子节点仅存储索引键。②B树的叶子节点无顺序链接；B+树的叶子节点通过指针顺序链接。③B树的查询可能在非叶子节点终止；B+树的查询必须遍历到叶子节点。选择B+树的原因：①叶子节点顺序链接，支持高效的范围查询（如按索引键排序的区间查找）；②所有查询路径长度相同（从根到叶子），查询效率稳定；③非叶子节点不存储数据指针，可容纳更多索引键，减少树的高度，降低I/O次数。3.简述事务的隔离级别及其对并发问题的影响（至少列出3种）。答案：SQL标准定义了4种隔离级别（从低到高）：①读未提交（ReadUncommitted）：允许事务读取其他事务未提交的修改，可能导致脏读、不可重复读、幻读。②读已提交（ReadCommitted）：只读取已提交的数据，避免脏读，但仍可能出现不可重复读（同一事务两次读取同一数据得到不同结果）。③可重复读（RepeatableRead）：保证事务多次读取同一数据的结果一致，避免不可重复读，但可能出现幻读（读取到其他事务插入的新数据）。④可串行化（Serializable）：最高隔离级别，所有事务串行执行，避免脏读、不可重复读、幻读，但并发性能最低。4.什么是数据冗余？它可能导致哪些问题？如何通过规范化解决？答案：数据冗余指同一数据在数据库中多次重复存储。可能导致的问题：①插入异常（无法插入某些信息，如未完全填充冗余字段）；②删除异常（删除数据时丢失其他有用信息）；③更新异常（修改冗余数据时需同步更新所有副本，否则导致数据不一致）。规范化通过分解关系模式，逐步消除数据依赖中的不合理部分（如部分依赖、传递依赖），将关系模式分解为更高范式（如2NF、3NF、BCNF），减少冗余，提高数据一致性。5.简述数据库备份与日志恢复的协同工作机制。答案：备份（如全量备份、增量备份）用于在数据库崩溃时恢复到备份时刻的状态；日志（如redo日志、undo日志）记录事务的所有更新操作，用于恢复备份后到故障前的事务操作。协同机制：①定期执行全量备份并记录备份时间点；②日常运行中记录所有事务的日志；③数据库故障时，首先通过全量备份恢复到最近备份的状态；④然后利用日志文件重做（redo）已提交但未写入数据库的事务，撤销（undo）未提交的事务，最终将数据库恢复到故障前的一致状态。四、应用题（每题10分，共30分）1.已知学生表Student（Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept），课程表Course（Cno,Cname,Ccredit），选课表SC（Sno,Cno,Grade）。用SQL语句完成以下查询：（1）查询计算机系（Sdept='计算机'）中年龄（Sage）大于20岁的女生（Ssex='女'）的学号和姓名；（2）查询选修了课程号为'C01'的学生的平均成绩（保留2位小数）；（3）查询所有未选修任何课程的学生的姓名（用子查询实现）。答案：（1）SELECTSno,SnameFROMStudentWHERESdept='计算机'ANDSage>20ANDSsex='女';（2）SELECTROUND(AVG(Grade),2)AS平均成绩FROMSCWHERECno='C01';（3）SELECTSnameFROMStudentWHERESnoNOTIN(SELECTDISTINCTSnoFROMSC);2.关系R（A,B,C,D），函数依赖集F={A→B,B→C,C→D}。（1）求R的候选码；（2）判断R属于第几范式，说明理由；（3）将R分解为3NF，保持函数依赖。答案：（1）候选码：A（A能决定B，B决定C，C决定D，因此A能决定所有属性，且无更小的属性集）。（2）R属于1NF。因为存在非主属性（B、C、D）对候选码A的传递函数依赖（A→B→C→D），不满足2NF（2NF要求消除非主属性对码的部分依赖），但R的码是单属性，不存在部分依赖，因此R属于2NF？需重新分析：函数依赖A→B，B→C，C→D。主属性是A，非主属性是B、C、D。A→B是完全依赖（码是单属性，无部分依赖），所以R∈2NF；但存在传递依赖A→B→C→D（A→C通过B传递，A→D通过B→C传递），因此R不属于3NF，故R∈2NF。（3）分解为3NF：根据传递依赖，分解为R1(A,B)（A→B），R2(B,C)（B→C），R3(C,D)（C→D）。三个关系模式均满足3NF（每个非主属性都完全依赖于码，且不存在传递依赖）。3.某超市数据库中有订单表Order（Ono,Cno,Odate,Total），其中Ono为订单号（主键），Cno为客户号（外键，参照客户表Customer的Cno），Odate为订单日期，Total为订单总金额。现有事务T1和T2同时执行：T1：UPDATEOrderSETTotal=Total1.05WHERECno='C001'ANDOdate>'2024-01-01';T2：DELETEFROMOrderWHERECno='C001'ANDTotal<100;（1）若两个事务不加锁并发执行，可能导致什么问题？（2）说明如何通过封锁机制避免该问题（要求给出具体的锁类型和加锁顺序）。答案：（1）可能导致丢失修改或不一致的分析结果。例如，T1读取某条订单的Total值并计算1.05倍，此时T2删除该订单（若Total<100），则T1的更新可能作用于已删除的记录，或T2删除了T1已更新但未提交的记录，导致数据不一致。（2）使用两段锁协议（2PL）：①T1在执行UPDATE前，对涉及的元组（Cno='C001'且Odate>'2024-01-01'）加排他锁（X锁）；②T2在执行DELETE前，对涉及的元组（Cno='C001'且Total<100）加排他锁（X锁）；③若两个事务的操作有重叠元组（如某订单同时满足Odate>'2024-01-01'且Total<100），则后请求锁的事务需等待前一个事务释放锁后再执行，避免并发修改冲突。通过保证所有锁在事务提交或回滚前不释放（两段锁的“增长阶段”和“收缩阶段”分离），可确保事务的可串行化执行，避免丢失修改等问题。五、综合题（每题15分，共30分）1.某高校图书馆管理系统需要设计数据库，涉及的实体有：读者（读者号，姓名，性别，院系，证件类型，证件号）图书（书号，书名，作者，出版社，出版日期，单价）借阅记录（借阅单号，读者号，书号，借阅日期，应还日期，实际归还日期）（1）画出E-R图（需标注实体属性、联系及联系类型）；（2）将E-R图转换为关系模式，注明主键和外键；（3）分析借阅记录表的函数依赖，判断其是否属于3NF，若不属于则分解为3NF。答案：（1）E-R图设计：实体“读者”属性：读者号（主键）、姓名、性别、院系、证件类型、证件号；实体“图书”属性：书号（主键）、书名、作者、出版社、出版日期、单价；实体“借阅记录”属性：借阅单号（主键）、读者号、书号、借阅日期、应还日期、实际归还日期；联系“借阅”：读者与图书之间的多对多联系（一个读者可借多本图书，一本图书可被多个读者借阅），通过“借阅记录”实体实现（联系转换为实体，包含两实体的主键作为外键）。（2）关系模式转换：读者（读者号，姓名，性别，院系，证件类型，证件号）；主键：读者号；图书（书号，书名，作者，出版社，出版日期，单价）；主键：书号；借阅记录（借阅单号，读者号，书号，借阅日期，应还日期，实际归还日期）；主键：借阅单号；外键：读者号（参照读者.读者号），书号（参照图书.书号）。（3）借阅记录表的函数依赖分析：主键是借阅单号（假设每个借阅单唯一标识一次借阅行为），因此存在函数依赖：借阅单号→（读者号，书号，借阅日期，应还日期，实际归还日期）；此外，可能存在读者号→（姓名，性别，院系）等依赖，但这些依赖涉及其他表的属性，不属于借阅记录表的函数依赖；在借阅记录表内部，非主属性（读者号、书号、借阅日期等）完全依赖于主键（借阅单号），不存在部分依赖（因主键是单属性），因此属于2NF；检查是否存在传递依赖：假设不存在非主属性对主键的传递依赖（如借阅单号直接决定所有非主属性），因此借阅记录表属于3NF。2.某银行数据库中有账户表Account（AccNo,Balance），其中AccNo为账号（主键），Balance为余额。现有两个事务：T1：从账号A转100元到账号B（即A.Balance=A.Balance-100，B.Balance=B.Balance+100）；T2：从账号B转200元到账号C（即B.Balance=B.Balance-200，C.Balance=C.Balance+200）。（1）若两个事务并发执行，可能产生哪些并发问题？举例说明；（2）设计一种基于时间戳的并发控制策略，避免上述问题（要求说明时间戳分配规则和冲突处理方式）。答案：（1）可能产生的并发问题：①丢失修改：若T1和T2同时读取B的余额（如初始为500），T1将B增加100（变为600），T2将B减少200（变为300），若T2后提交，则T1的修改被覆盖，最终B的余额为300（正确应为500+100-200=400）。②不可重复读：T1读取A的余额后，T2修改了A的余额（若涉及A），T1再次读取时得到不同值，导致转账金额计算错误。③幻读：若存在其他事务插入新的账户记录，可能影响当前事务的统计结果（本题中不明显，但通用场景可能发生）。（2）时间戳并发控制策略：①时