2025年数据库原理与应用期末复习总结含试题及答案

2025年数据库原理与应用期末复习总结含试题及答案核心考点梳理一、数据库基础概念1.四大核心概念数据：描述事物的符号记录，是数据库存储的基本对象；数据库（DB）：长期存储在计算机内、有组织、可共享的大量数据的集合，具备较小冗余度、较高数据独立性和易扩展性；数据库管理系统（DBMS）：位于用户和操作系统之间的数据管理软件，是数据库系统的核心，核心功能包括数据定义（DDL）、数据操纵（DML）、数据库运行管理、数据库建立与维护；数据库系统（DBS）：由DB、DBMS、应用程序、数据库管理员（DBA）和用户构成的完整运行体系。2.数据管理发展三阶段对比对比维度人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段数据共享性无共享共享性差共享性高数据冗余度极高高低数据独立性无独立性差具有物理独立性和逻辑独立性数据结构化无结构记录内有结构、整体无结构整体结构化4.概念模型（E-R模型）核心要素：实体（客观存在且可相互区分的事物，用矩形表示）、属性（实体的特性，用椭圆形表示）、码（唯一标识实体的属性集）、联系（实体间的关联关系，用菱形表示，分为1:1、1:n、m:n三类）。5.关系模型三大完整性约束实体完整性：主码的所有属性非空且唯一，一个关系只能有一个主码；参照完整性：外码的取值要么为空，要么等于被参照关系中主码的取值；用户自定义完整性：针对具体业务场景定义的约束规则，例如成绩取值范围为0-100。二、关系代数1.五大基本操作：并（∪）、差（-）、笛卡尔积（×）、选择（σ，行级过滤，筛选符合条件的元组）、投影（π，列级过滤，筛选指定属性列并删除重复元组）；2.组合操作：交（∩）、连接（⋈，从笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组，自然连接是去掉重复属性列的等值连接）、除（÷，适用于“查询满足全部/所有条件”的场景，例如查询选修了全部课程的学生学号）。三、SQL语言1.语言分类：数据定义语言DDL（CREATE/ALTER/DROP，用于定义数据库、表、视图、索引等对象）、数据操纵语言DML（INSERT/UPDATE/DELETE，用于数据增删改）、数据查询语言DQL（SELECT，核心查询功能）、数据控制语言DCL（GRANT/REVOKE，用于权限管理）。2.SELECT语句执行顺序：FROM→WHERE→GROUPBY→HAVING→SELECT→ORDERBY，注意聚集函数（COUNT/SUM/AVG/MAX/MIN）仅能在SELECT、HAVING子句中使用，除COUNT(*)外所有聚集函数自动忽略空值。3.WHERE与HAVING的核心区别：WHERE是分组前过滤元组，不允许使用聚集函数；HAVING是分组后过滤组，必须与GROUPBY配合使用，支持聚集函数作为筛选条件。4.视图：虚表，数据存储在基本表中，仅存储查询定义，作用包括简化用户操作、提升数据安全性、提供逻辑数据独立性；索引：加快查询速度的存取路径，分为聚集索引（物理存储顺序与索引顺序一致，一个表仅能有1个）和非聚集索引（物理存储顺序与索引顺序无关，一个表可建多个）。四、关系规范化理论1.函数依赖核心概念：若关系中任意两个元组的X属性值相同，Y属性值必然相同，则称X函数确定Y，记作X→Y；非平凡函数依赖指Y不是X的子集；完全函数依赖指X的任何真子集都无法确定Y，部分函数依赖指X的真子集可以确定Y；传递函数依赖指X→Y、Y→Z且Y不函数确定X。2.范式层级及要求1NF：所有属性都是不可再分的原子值，是关系模式的最低要求；2NF：在1NF基础上，消除非主属性对主码的部分函数依赖；3NF：在2NF基础上，消除非主属性对主码的传递函数依赖；BCNF：在3NF基础上，消除所有属性（包括主属性）对主码的部分和传递函数依赖，所有非平凡函数依赖的决定因素都包含码。3.规范化原则：逐步消除数据依赖中的不良部分，使关系模式达到更高范式，权衡查询效率和存储冗余，实际工程中多数场景满足3NF即可。五、数据库设计数据库设计分为六个核心阶段：1.需求分析：输出数据流图、数据字典，明确用户的功能和性能需求；2.概念结构设计：输出E-R图，独立于具体的DBMS，描述数据的概念逻辑；3.逻辑结构设计：将E-R图转换为关系模式，通过规范化优化关系模式；4.物理结构设计：设计数据的存储结构和存取路径，例如确定索引创建方案、存储分块规则；5.数据库实施：创建数据库对象、装载测试数据、进行功能和性能测试；6.运行与维护：日常备份、性能调优、schema迭代等。E-R图转关系模式核心规则：实体单独转关系模式，属性为实体属性，码为实体码；1:1联系可独立转模式，也可合并到任意一端实体模式中；1:n联系可独立转模式，也可合并到n端实体模式中，加入1端主码作为外码；m:n联系必须独立转模式，属性为两端实体主码加联系自身属性，码为两端主码的组合。六、事务管理与故障恢复1.事务ACID特性：原子性（事务是逻辑工作单元，所有操作要么全执行要么全不执行）、一致性（事务执行前后数据库从一个一致性状态转变为另一个一致性状态）、隔离性（并发事务之间互不干扰）、持久性（事务提交后对数据的修改永久生效，后续故障不会影响提交结果）。2.并发操作三类问题：丢失修改（两个事务同时修改同一数据，一个事务的修改被另一个覆盖）、不可重复读（一个事务两次读取同一数据，期间另一个事务修改了该数据，两次读取结果不一致）、读脏数据（一个事务读取了另一个事务未提交的修改数据，后续该事务回滚，读取的数据无效）。3.封锁协议：一级封锁协议（修改数据前加排他锁X，事务结束后释放，解决丢失修改）；二级封锁协议（一级基础上，读数据前加共享锁S，读完立即释放，解决丢失修改+读脏数据）；三级封锁协议（一级基础上，读数据前加共享锁S，事务结束后释放，解决三类并发问题）；两段锁协议（事务分为扩展阶段（仅能加锁不能解锁）和收缩阶段（仅能解锁不能加锁），是可串行化调度的充分条件）。4.故障分类与恢复策略事务内部故障：事务运行异常终止，恢复方式为反向扫描日志文件，撤销该事务的所有更新操作；系统故障（软故障，如断电、OS崩溃）：内存数据丢失，恢复方式为正向扫描日志，撤销未提交事务，重做已提交事务；介质故障（硬故障，如磁盘损坏）：物理存储数据丢失，恢复方式为重装最近转储的数据库副本，再重做转储后到故障点所有已提交的事务；恢复核心技术：数据转储（静态/动态、海量/增量）、日志文件（记录所有数据修改操作，遵循先写日志文件后写数据库的原则）。期末典型试题及答案一、单项选择题1.数据库系统的核心组成部分是（）A.数据库B.数据库管理系统C.应用程序D.数据库管理员答案：B2.关系模型中，参照完整性约束要求外码（）A.必须为空B.必须等于被参照关系的主码值C.要么为空，要么等于被参照关系的主码值D.可以取任意值答案：C3.下列关系代数操作中，属于列级操作的是（）A.选择B.投影C.连接D.笛卡尔积答案：B4.SQL中，下列子句中可以使用聚集函数的是（）A.WHEREB.FROMC.HAVINGD.ORDERBY答案：C5.若关系模式R中不存在非主属性对主码的部分函数依赖，则R至少属于（）A.1NFB.2NFC.3NFD.BCNF答案：B6.E-R图中，用来表示实体属性的图形是（）A.矩形B.菱形C.椭圆形D.三角形答案：C7.事务的隔离性是指（）A.事务的所有操作要么全执行要么全不执行B.事务执行前后数据库保持一致性C.并发事务之间的操作互不干扰D.事务提交后修改永久有效答案：C8.两段锁协议是实现（）调度的充分条件A.并行化B.可串行化C.无死锁D.无冲突答案：B9.下列故障中，需要重装数据库后备副本才能恢复的是（）A.事务运算溢出B.系统断电C.磁盘损坏D.事务死锁答案：C10.视图对应数据库三级模式结构中的（）A.外模式B.模式C.内模式D.存储模式答案：A二、填空题1.数据模型的三要素包括____、数据操作、完整性约束。答案：数据结构2.关系代数中，____连接是去掉重复属性列的等值连接。答案：自然3.SQL中，收回用户权限的命令是____。答案：REVOKE4.关系规范化中，3NF要求消除非主属性对主码的____函数依赖。答案：传递5.数据库设计阶段中，输出数据流图和数据字典的是____阶段。答案：需求分析6.并发操作带来的三类问题包括丢失修改、不可重复读、____。答案：读脏数据7.索引分为____和非聚集索引，一个表仅能创建一个前者。答案：聚集索引8.日志文件的登记必须遵循____的原则，避免故障发生时日志记录缺失。答案：先写日志文件9.事务的四个ACID特性中，____要求事务执行前后数据库保持一致性状态。答案：一致性10.关系代数中，适用于“查询满足全部条件”场景的操作是____。答案：除运算三、简答题1.简述视图的主要作用。答案：①简化用户操作：用户仅需关注自己需要的数据，无需了解复杂的表结构和关联关系；②提升数据安全性：通过视图可以限制用户只能访问特定的属性和元组，屏蔽敏感数据；③提供逻辑数据独立性：当基本表结构修改时，只需修改视图的定义，无需修改上层应用程序，保证应用层不受影响。2.简述E-R图转换为关系模式时m:n联系的转换规则。答案：m:n联系必须单独转换为一个独立的关系模式，该关系模式的属性包括联系两端实体的主码，以及联系自身的属性；该关系模式的主码为两端实体主码的组合，两端实体的主码分别作为外码，参照对应实体关系的主码。3.简述三级封锁协议的内容和解决的并发问题。答案：三级封锁协议的内容为：事务修改数据之前必须加排他锁，直到事务结束后才释放；事务读取数据之前必须加共享锁，直到事务结束后才释放。三级封锁协议可以同时解决丢失修改、读脏数据、不可重复读三类并发操作问题。4.简述系统故障的恢复流程。答案：①正向扫描日志文件，区分故障发生时已经提交的事务和未完成的事务，将未完成的事务加入撤销队列，已提交的事务加入重做队列；②反向扫描日志文件，对撤销队列中的所有事务执行逆操作，撤销其未提交的修改；③正向扫描日志文件，对重做队列中的所有事务重新执行日志记录的修改操作，保证已提交事务的修改持久生效。四、SQL操作题现有学生选课数据库包含三个关系模式：学生表S(Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept)，属性为学号、姓名、性别、年龄、所在系，主码为Sno；课程表C(Cno,Cname,Ccredit,Tname)，属性为课程号、课程名、学分、授课教师，主码为Cno；选课表SC(Sno,Cno,Grade)，属性为学号、课程号、成绩，主码为(Sno,Cno)，Sno为外码参照S的Sno，Cno为外码参照C的Cno。按要求写出对应的SQL语句：1.查询信息系（IS）所有年龄大于19岁的女学生的姓名和学号。答案：SELECTSno,SnameFROMSWHERESdept='IS'ANDSsex='女'ANDSage>19;2.查询选修了课程号为C02的课程的学生的姓名和成绩，按成绩升序排序，成绩为空的排在最后。答案：SELECTSname,GradeFROMSJOINSCONS.Sno=SC.SnoWHERECno='C02'ORDERBYGradeASCNULLSLAST;3.查询平均成绩大于80分的学生的学号和平均成绩。答案：SELECTSno,AVG(Grade)AS平均成绩FROMSCGROUPBYSnoHAVINGAVG(Grade)>80;4.查询所有选修了“数据库原理”课程且成绩及格的学生的姓名和所在系。答案：SELECTSname,SdeptFROMSJOINSCONS.Sno=SC.SnoJOINCONSC.Cno=C.CnoWHERECname='数据库原理'ANDGrade>=60;5.将李老师（Tname='李军'）所授所有课程的学分加1分。答案：UPDATECSETCcredit=Ccredit+1WHERETname='李军';6.删除所有不及格的选课记录。答案：DELETEFROMSCWHEREGrade<60;7.给用户user2授予修改学生表S的Sage属性的权限。答案：GRANTUPDATE(Sage)ONSTOuser2;五、综合设计题某图书管理系统需求如下：①出版社可以出版多本图书，每本图书仅由一个出版社出版，出版社属性包括出版社编号、出版社名、联系电话，图书属性包括ISBN、书名、价格、出版日期；②读者可以借阅多本图书，每本图书可以被多名读者借阅，借阅联系有借阅日期、归还日期属性，读者属性包括读者号、姓名、联系电话、注册日期。1.画出对应的E-R图，标注实体、属性、联系和联系类型。答案：实体包括：出版社（属性：出版社编号，出版社名，联系电话）、图书（属性：ISBN，书名，价格，出版日期）、读者（属性：读者号，姓名，联系电话，注册日期）；联系：出版社-图书为1:n（一个出版社出版多本