数据库系统概论第一章课后习题答案（第5版）

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1****、****试述数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统的概念。

（1）数据是描述事物的符号记录。

（2）数据库是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。

数据库系统通常指基于计算机系统的整合框架，在引入数据库后形成的整体结构包括基础数据存储层（DB）、数据管理系统（DM）、开发支持工具以及应用系统的集成。

夹在用户与操作系统的中间层软件用于有条理地整理信息并保存它们。该系统还能够快速访问所需信息并定期更新或保护这些信息。

2****、****使用数据库系统有什么好处？

采用数据库系统有助于显著提升应用开发效率，并能提高操作便捷性；同时能够有效降低数据库系统管理人员的维护压力。

3****、****试述文件系统与数据库系统的区别和联系。

（1）区别：基于单一应用程序的文件系统在共享特性上较为欠缺且存在较高的冗余度，并未能充分保证数据独立性，在记录层面具有内部结构性整合但总体缺乏结构性整合需由应用程序自行进行管理。相比之下数据库系统以满足现实世界应用需求为目标实现较高的共享特性并降低了冗余程度同时实现了较高的物理独立性和一定程度上的逻辑独立性整体呈现高度的结构性整合主要通过数据模型来描述应用需求并由数据库管理系统确保其安全性完整性以及支持高效的并发控制和可靠的故障恢复机制。

（2）联系：在计算机系统的管理架构中，文件系统与数据库系统均扮演着负责数据存储与组织的关键角色。解析文件系统的功能是操作系统的关键模块；DBMS则是一个独立于操作系统的专门软件工具。然而DBMS并非完全独立而是依附于操作系统的开发环境实现；而在实际应用中，数据库管理系统中的数据组织与存储机制通常依赖于操作系统的内置文件体系结构。

4、以下是一些具体的例子：首先列举出不依赖于关系型数据库的文件系统应用场景；其次列举出适用于基于关系型数据库的应用场景

该应用特别适用于文件系统的场景而非数据库系统场景，在这种情况下涉及的数据管理方式包括数据归档以及程序运行期间的数据临时存储区域。

（2）在非文件系统的应用领域中（例如），大多数企业和部门的信息系统普遍采用基于数据库的技术来实现数据管理和业务流程的优化。例如，在工厂的管理信息系统中（其中会包含多个子模块），如库存管理和物资采购模块、作业调度模块、设备管理和维护模块、人力资源管理模块等；此外，在学校的学生成绩管理系统以及人力资源管理模块；还有图书馆的信息资源管理模块等场景下均能够发挥良好的作用。

5、试述数据库系统的特点。

（1）数据结构化数据库系统实现整体数据的结构化。

（2）数据的共享性高，冗余度低，易扩充。

（3）数据独立性高数据独立性包括数据的物理独立性和数据的逻辑独立性。

（4）数据由 DBMS 统一管理和控制数据库的共享是并发的共享。

6、数据库管理系统的主要功能有哪些？

其主要功能包括数据定义、数据访问以及系统运行管理等方面的能力。

7、什么是概念模型？试述概念模型的作用。

概念模型也被称为信息模型。它被用来对数据和信息进行建模。它主要应用于数据库的设计。实际上它是一个现实世界到机器世界的中间层次。它被用来在信息世界中构建模型。这代表了现实世界到信息世界的最底层抽象层次。它是数据库设计师们设计数据库时的重要工具。同时它也被用来作为数据库设计师与用户之间的沟通语言。

8****、定义并解释概念模型中以下术语：实体、实体型、实体集、****实体之间的联系。

（1）实体是客观存在并可以相互区分的事物。

（2）类型是具有相同属性的一类实体具有一致的特性与性质，在抽象层次上通过其名称以及所包含属性的集合来抽象地定义并刻画同类实体。

（3）实体集是同型实体的集合；

实体间的相互关联一般而言指的是不同类型的实体集合之间建立的关系类型。其中具体的表现形式包括一对一的一对一关系、一对多的关系以及多对多的关系等多种类型

9****、****试述数据模型的概念、数据模型的作用和数据模型的三个要素。

（1）数据模型是对现实世界数据特征的抽象。

（2）数据模型的作用是用来描述数据、组织数据和对数据进行操作。

（3）数据模型的三个要素是数据结构、数据操作、数据的完整性约束条件。

10****、****试述层次模型的概念，举出三个层次模型的实例。

层次模型通过树状结构来呈现各类实体及其相互关联关系，在数据库系统中所规定的最低层次关系集合被定义为层次模型：仅有一个节点不具备双亲节点（即根节点）；其余节点均只有一个父节点

具体实施案例包括教员学生层次数据库模型、行政机构层次数据库模型以及行政区域层次数据库模型。

11、试述网状模型的概念，举出三个网状模型的实例。

满足以下两个条件的基础层次联系集合构成网状模型结构。允许多个节点没有直接上级；每个节点可能有多个直接上级。

具体实例包括：学生进行课程安排的网状数据库架构、教师选择教室的网格化数据结构以及学生访问教室的网址系统。

12、试述网状、层次数据库的优缺点。

（1）层次模型：

主要优点在于该模型结构简洁明了，并能很自然地描述一对多层次关系；这种结构使得部门间的相互作用变得清晰直观，并且易于理解和掌握；基于层次模型的应用系统在性能方面表现出色；特别适用于那些实体间联系固定且预先定义好的应用场景；此外该数据模型还能够确保数据完整性得到充分支持

主要缺陷在于：现实中存在大量非层级性的关联关系。例如常见的有多种对多种关系以及某些节点拥有多个父节点的情况。这些关联无法自然地被层次模型所表征，并且通常需要通过额外的数据冗余或者增加虚拟节点的方式来处理这些问题。此外，在这种架构下对于插入与删除操作的规定相对较为严格，并且获取子节点时必须依赖其父节点的存在

（2）网状数据模型：

主要优势体现在：能更加直观地描绘现实世界的本质特征；例如一个节点能够同时拥有多个父节点；此外系统运行表现出色其数据访问效率显著提升

网状数据模型明显存在一些问题：架构较为复杂，在实际应用中往往伴随着应用场景不断扩展而导致数据库设计越来越繁琐；这种情况下不仅不利于最终用户的理解和掌握而且会导致操作相对繁琐其复杂的DDL DML指令使得操作更加困难因此增加了对系统内部知识的理解要求

请阐述关系模型的基本概念，并详细说明以下核心术语：表单、字段、数据类型范围、记录、主键、字段值及其作用方式。

（1）关系模型包括数据结构体系、操作集合体以及约束体系三部分构成。从用户角度来看，在其逻辑架构上呈现为二维表格形式，并由行与列共同定义其组织方式

（2）关系：一个关系对应通常说的一张表。

（3）属性：表中的一列即为一个属性。

（4）域：属性的取值范围。

（5）元组：表中的一行即为一个元组。

（6）主码：表中的某个属性组，它可以惟一确定一个元组。

（7）分量：元组中的一个属性值。

（8）关系模式：对关系的描述，一般表示为关系名（属性 1 ，属性 2 ， … ，属性 n )。

14、试述关系数据库的特点。

（1）关系模型与非关系模型不同，它是建立在严格的数学概念的基础上的。

（2）在关系模型中存在概念单一化的问题，在处理实体以及实体间联系时均采用统一的关系表示方法；无论是哪种类型的运算主体进行操作还是运算结果的输出都将基于同一类别的数据对象进行处理。

（3）关系模型的存取路径设计得非常方便用户理解和使用，并且显著提高了数据独立性的水平、增强了安全保密性的保障能力；同时这一设计大大简化了程序员的工作流程以及数据库开发与维护的过程。

15、试述数据库系统三级模式结构，这种结构的优点是什么？

（1）数据库系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式组成。

外模式:也称为子模式/用户模式, 是数据库中属于用户的局部数据信息的组织形式及其属性的描述, 是呈现给用户的界面, 针对特定应用系统所展示的数据信息。

（3）结构: 俗称数据库逻辑结构, 是构成数据库全部数据分布和属性的基本框架, 体现了所有用户对数据库的一致性认知. 该结构用于统一的数据展示方式. 外部结构则聚焦于特定业务模块的数据组织方式, 它们通常作为整体布局的一部分出现.

（4）内模式:亦称存储模式，是对数据的物理结构和存储方式的描述。

（5）优点：为了实现这三个抽象层次之间的联系和转换，在数据库系统中设置了两层映像：外模式/模式映像和模式/内模式映像。这两层映像确保了数据库系统中的数据既具有较高的逻辑独立性又具备物理独立性。

16、定义并解释以下术语：模式，外模式，内模式，数据定义语言，数据操纵语言。

也称逻辑结构或模式定义（Model Definition），它是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，并作为所有用户的数据视图。它位于数据库系统模式结构的关键部分，并不涉及数据物理存储细节以及硬件环境；同时与应用程序、开发工具及高级编程语言无关

（2）外模式：也被称作子结构或用户界面组件，在数据库环境中定义了本地数据组织形式及其属性的描述体系。它为数据库用户提供了一个基于特定业务功能的数据展示方式，并且与相关业务系统之间实现了信息关联到。

（3）内在模式：也被称为存储模式，在每个数据库中仅存在一个内在模式。该模式具体描述了数据的物理结构及其存储方式，并指定了数据在数据库内部的组织架构。

（4）数据定义语言：用来定义数据库的模式、外模式和内模式的语言。

（5）数据操纵语言：用来对数据库中的数据进行查询、插入、删除和修改的语句。

17、数据与程序之间的物理分离性和逻辑关联性的本质特征分别是什么呢？它们之间存在何种内在联系？数据库系统之所以能够实现数据和程序的高度分离化运行机制是基于什么原理？

（1）在数据库存储结构发生变动时，在线存贮管理中要求必须由数据库管理员根据需求对相应的模式和内模式映像进行更新以保证原有的一组固定关系得以维持。这种特性也被称为'数据的物理独立性'。

（2）数据与程序之间的逻辑独立性:当数据的逻辑结构或模式发生变化时,由数据库管理员根据需要对各个外模式或模式进行相应的修改,从而使外模式无需修改,因此应用程序无需进行任何修改,这就是数据与程序之间的逻辑独立性,简称数据的逻辑独立性。

（3）数据库管理系统DBMS通过三级模式间的两层映像确保了数据库中的数据在逻辑层面和物理层面都实现了高度的解耦。

18、试述数据库系统的组成。

一个典型的数据库系统通常包括以下几个主要组成部分：核心数据存储模块（即数据库）、用于管理和协调操作的数据库管理系统（其中包括开发工具和支持功能）、支持企业业务流程的应用程序模块、负责数据安全与权限管理的行政人员以及普通用户群体。

****19、****数据库管理员、系统分析员、数据库设计人员、应用程序员的职责是什么？

（1）作为数据库管理员，其职责包括设定 database 内的数据类型与组织架构、规划 database 的数据存储格式与访问方式、制定 data 安全规范与完整性保障标准、评估及管理 database 的操作状态以及优化及重新架构 database 系统。

（2）系统分析师需对应用系统的功能需求进行收集与定义，并制定相应的规范说明。该团队成员需与业务人员及技术负责人协同工作，在明确硬件设施选型的同时完成软件平台搭建，并参与数据库架构的整体规划。Database Designers负责数据库中数据的确定以及各项关系模型的设计工作。

（3）数据库设计人员必须参与开展用户需求调研和系统分析工作后进行数据库的设计。通常情况下，在项目初期阶段,这些负责人都由数据库管理员来担任.

（4）应用程序员负责设计和编写应用系统的程序模块，并进行调试和安装。