2026年数据库系统原理及应用教程习题附答案

2026年数据库系统原理及应用教程习题附答案一、选择题1.以下关于关系模型的描述中，错误的是（）A.关系模型由关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束三部分组成B.关系的候选码是指能唯一标识元组的一个或多个属性的集合C.关系的外码必须与主码来自同一关系的同一属性D.关系中的元组顺序和属性顺序均不影响数据语义答案：C（外码可以引用同一关系或不同关系的主码，属性名可以不同，只要数据类型一致即可）2.事务的ACID特性中，“隔离性”主要通过（）实现A.日志记录B.锁机制或时间戳排序C.数据冗余D.完整性约束答案：B（隔离性通过并发控制机制如锁或时间戳保证事务间互不干扰）3.若关系R（A,B,C）和S（C,D,E）进行自然连接，则结果关系的属性个数为（）A.3+3=6B.3+3-1=5C.3+3-2=4D.取决于C属性在两关系中的取值是否重叠答案：B（自然连接自动去除重复的公共属性C，故属性个数为3+3-1=5）4.以下关于B+树索引的描述，正确的是（）A.所有叶子节点通过指针连接，便于范围查询B.非叶子节点存储数据记录的指针C.插入操作不会导致树的高度变化D.适用于哈希索引无法处理的等值查询答案：A（B+树叶子节点包含全部关键字和指向记录的指针，且叶子间有顺序指针，支持范围查询；非叶子节点仅存储索引键和子节点指针；插入可能导致分裂，可能改变树高；哈希索引更适合等值查询）5.数据库恢复的基础是（）A.数据转储和日志文件B.并发控制C.完整性约束检查D.权限管理答案：A（转储提供数据库备份，日志记录事务操作，两者结合是恢复的核心）二、简答题1.简述ER模型向关系模型转换的主要规则，并举例说明弱实体集的处理方法。答案：ER模型转换关系模型的规则包括：（1）实体集转换为关系，属性为关系属性，主码为实体主码；（2）1:1联系可合并任一实体关系，或独立为关系（主码为任一实体主码）；（3）1:n联系可合并到n端实体关系（添加1端主码作为外码），或独立为关系（主码为n端主码）；（4）m:n联系必须独立为关系（主码为两端主码的组合）；（5）属性中的复合属性分解为简单属性，多值属性转换为独立关系（与原实体主码组成主码）。弱实体集无独立主码，依赖强实体集存在（如“维修记录”依赖“设备”）。转换时，弱实体关系的主码由强实体主码（作为外码）和弱实体的部分码（自身的唯一标识属性）共同组成。例如，强实体“设备”（设备ID，名称），弱实体“维修记录”（记录号，时间，描述），其中“记录号”是部分码，转换后关系为：维修记录（设备ID，记录号，时间，描述），主码为（设备ID，记录号），设备ID是外码引用“设备”的设备ID。2.说明关系代数中σ（选择）、π（投影）、⋈（自然连接）操作的区别与联系，并给出一个综合使用三者的示例。答案：区别：σ是一元操作，基于条件从行方向筛选元组；π是一元操作，从列方向选取属性；⋈是二元操作，基于公共属性等值连接两个关系，自动去除重复属性列。联系：三者均为关系代数的基本操作，常组合使用完成复杂查询。示例：关系R（学生ID，姓名，学院），关系S（学生ID，课程ID，成绩）。查询“信息学院学生的课程成绩”，步骤为：（1）σ学院=‘信息学院’(R)筛选信息学院学生；（2）将结果与S自然连接（公共属性学生ID），得到信息学院学生的所有课程记录；（3）π姓名，课程ID，成绩投影出需要的属性。综合表达式为：π姓名，课程ID，成绩(σ学院=‘信息学院’(R)⋈S)。3.简述数据库事务中“丢失修改”“不可重复读”“脏读”的含义，并说明如何通过锁机制解决。答案：丢失修改：事务T1和T2同时修改同一数据，T1的修改被T2覆盖，导致T1的修改丢失。例如T1读数据A=100，T2读A=100，T1修改A=120并提交，T2修改A=110并提交，最终A=110，丢失了T1的120。不可重复读：事务T1两次读取同一数据，期间T2修改了该数据，导致T1两次读取结果不一致。例如T1第一次读A=100，T2修改A=200并提交，T1第二次读A=200，与第一次结果不同。脏读：事务T1修改数据后未提交（如回滚），事务T2读取了该未提交数据，后续T1回滚，导致T2使用了无效数据。例如T1将A=100改为200（未提交），T2读A=200，T1回滚A=100，T2的A=200为脏数据。锁机制解决方法：采用两阶段锁协议（2PL），事务在操作前申请锁（读锁或写锁），释放锁后不再申请新锁。对于丢失修改，要求事务在修改数据前加写锁（排他锁），直到事务结束后释放，避免其他事务同时修改。对于不可重复读和脏读，可通过升级锁粒度（如使用可重复读隔离级别）或强制读操作加读锁（共享锁），并保持到事务结束，防止其他事务修改。4.比较聚集索引与非聚集索引的区别，说明在什么场景下适合创建聚集索引。答案：区别：（1）聚集索引决定数据行在磁盘上的物理存储顺序，一个表只能有一个聚集索引；非聚集索引不改变数据物理顺序，一个表可有多级非聚集索引。（2）聚集索引的叶子节点直接存储数据行；非聚集索引的叶子节点存储索引键和对应的行指针（或聚集索引键）。（3）聚集索引的查询效率在范围查询时更高（因数据物理连续）；非聚集索引适合等值查询或频繁查询的列。适合创建聚集索引的场景：（1）列值经常用于范围查询（如按时间范围查询订单）；（2）列值相对唯一且更新不频繁（因聚集索引调整会导致大量数据移动）；（3）表的主键（通常作为聚集索引，因主键查询频繁且值唯一）；（4）表经常被顺序访问（如按ID顺序提供报表）。5.简述数据库完整性约束的类型及其作用，并举例说明CHECK约束的使用。答案：完整性约束包括：（1）实体完整性：保证主码唯一且非空，如学生表的“学号”为主码，不允许重复或NULL。（2）参照完整性：保证外码要么是NULL（允许时），要么匹配被参照关系的主码值，如选课表的“学号”外码必须存在于学生表的“学号”中。（3）用户定义完整性：根据业务规则定义的约束，如CHECK约束、UNIQUE约束、DEFAULT约束等。CHECK约束用于限制列的取值范围或条件。例如，员工表中“年龄”列要求在18到65岁之间，可定义：CHECK(年龄>=18AND年龄<=65)；再如订单表中“数量”必须大于0，定义：CHECK(数量>0)。若插入或更新数据违反CHECK约束，数据库将拒绝操作并报错。三、应用题1.某科研管理系统需要管理以下信息：科研人员：工号（唯一）、姓名、职称（教授/副教授/讲师）、所属部门科研项目：项目编号（唯一）、名称、类别（重点/一般）、经费、起始时间、结束时间参与关系：科研人员可参与多个项目，项目可由多个科研人员参与，需记录参与人员的角色（负责人/成员）和贡献度（0-100的整数）（1）设计该系统的ER图（需标注实体、属性、联系及联系类型）。（2）将ER图转换为关系模型，注明主码和外码。（3）用SQL创建“项目”表，要求“类别”只能是“重点”或“一般”，“经费”大于等于10000元。答案：（1）ER图设计：实体“科研人员”：属性{工号（主码），姓名，职称，所属部门}实体“科研项目”：属性{项目编号（主码），名称，类别，经费，起始时间，结束时间}联系“参与”：m:n联系（一个科研人员参与多个项目，一个项目有多个科研人员参与），属性{角色，贡献度}（2）关系模型转换：科研人员（工号，姓名，职称，所属部门）主码：工号科研项目（项目编号，名称，类别，经费，起始时间，结束时间）主码：项目编号参与（工号，项目编号，角色，贡献度）主码：（工号，项目编号）；外码：工号→科研人员.工号，项目编号→科研项目.项目编号（3）SQL创建项目表：CREATETABLE科研项目(项目编号CHAR(10)PRIMARYKEY,名称VARCHAR(100)NOTNULL,类别VARCHAR(4)CHECK(类别IN('重点','一般')),经费NUMERIC(10,2)CHECK(经费>=10000),起始时间DATENOTNULL,结束时间DATENOTNULL);2.已知关系R（A,B,C）和S（C,D,E）的元组如下：R:(a1,b1,c1),(a2,b2,c2),(a3,b3,c1)S:(c1,d1,e1),(c2,d2,e2),(c3,d3,e3)（1）计算R⋈S（自然连接）的结果。（2）计算πA,D(σB='b1'(R)×S)（笛卡尔积后选择投影）。（3）用关系代数表达式表示“查询R中C属性值在S中存在的元组”。答案：（1）自然连接基于公共属性C等值连接，结果如下：(A,B,C,D,E)(a1,b1,c1,d1,e1)(a3,b3,c1,d1,e1)(a2,b2,c2,d2,e2)（2）步骤：σB='b1'(R)得到元组(a1,b1,c1)；与S做笛卡尔积得到：(a1,b1,c1,c1,d1,e1),(a1,b1,c1,c2,d2,e2),(a1,b1,c1,c3,d3,e3)；投影A,D得到：(a1,d1),(a1,d2),(a1,d3)（3）表达式：σC∈S.C(R)或R⋈S[πC(S)]（先对S投影C得到C的集合，再与R做选择）3.考虑以下事务调度序列，其中T1、T2为事务，R(X)表示读X，W(X)表示写X：T1:R(A),W(A),R(B),W(B)T2:R(B),W(B),R(A),W(A)调度S:R1(A),R2(B),W1(A),W2(B),R1(B),R2(A),W1(B),W2(A)（1）画出该调度的优先图（冲突图）。（2）判断该调度是否可串行化，说明理由。（3）若T1的隔离级别为“可重复读”，T2的隔离级别为“读未提交”，分析可能出现的异常。答案：（1）优先图节点为T1、T2。冲突操作包括：W1(A)与R2(A)：T1→T2W2(B)与R1(B)：T2→T1W1(B)与W2(B)：T1→T2（因W1(B)在W2(B)前）W2(A)与W1(A)：T2→T1（但W1(A)先于W2(A)，实际冲突为W1(A)→W2(A)）最终优先图存在T1→T2和T2→T1的边，形成环。（2）不可串行化。优先图存在环，说明调度无法等价于任何串行调度（T1→T2或T2→T1）。（3）T1（可重复读）会锁定读取的A、B，保证两次读同一数据结果一致；T2（读未提交）允许读取T1未提交的数据。可能出现：T1读A后写A（未提交），T2读A（脏读）；T2写B后，T1第二次读B（因可重复读，T1仍读到初始B值，避免不可重复读）；最终T1提交后，T2的写可能覆盖T1的写（丢失修改）。4.某电商数据库中有订单表（订单ID，用户ID，下单时间，总金额）和订单明细表（明细ID，订单ID，商品ID，数量，单价）。（1）写出SQL查询：查询2025年下单且总金额超过1000元的用户ID及其总金额，按总金额降序排列。（2）为提高该查询效率，建议在哪些列上创建索引？说明理由。答案：（1）SQL查询：SELECT用户ID,总金额FROM订单表WHERE下单时间BETWEEN'2025-01-01'AND'2025-12-31'AND总金额>1000ORDERBY总金额DESC;（2）建议索引：在订单表的“下单时间”列创建索引：因查询条件包含时间范围筛选，索引可快速定位2025年的订单。在订单表的“用户ID”和“总金额”列创建复合索引（或覆盖索引）：若索引包含用户ID和总金额，查询可直接从索引获取数据，避免回表；同时总金额用于过滤和排序，复合索引可优化排序性能。5.假设数据库系统发生介质故障（如磁盘损坏），请描述恢复的主要步骤，并说明日志文件在其中的作用。答案：恢复步骤：（1）安装最新的数据库备份（完全转储或差异转储）到故障磁