數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)工程師考試練習(xí)題及答案一、單項選擇題（共20題，每題1分，共20分）1.在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，若屬性A函數(shù)依賴于屬性B（B→A），但A不函數(shù)依賴于B，則A與B之間的依賴關(guān)系屬于（）。A.完全函數(shù)依賴B.部分函數(shù)依賴C.傳遞函數(shù)依賴D.平凡函數(shù)依賴2.設(shè)關(guān)系模式R（U，F(xiàn)），其中U={A,B,C,D}，F(xiàn)={A→B,B→C,C→D}。則R的候選鍵是（）。A.AB.BC.CD.D3.事務(wù)的ACID特性中，“原子性”指的是（）。A.事務(wù)一旦提交，其對數(shù)據(jù)庫的修改是永久的B.事務(wù)執(zhí)行過程中，所有操作要么全部完成，要么全部不完成C.多個事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時，每個事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果不受其他事務(wù)干擾D.事務(wù)處理的數(shù)據(jù)必須滿足數(shù)據(jù)庫的完整性約束4.下列關(guān)于B+樹索引的描述中，錯誤的是（）。A.所有葉子節(jié)點通過指針連接，便于范圍查詢B.非葉子節(jié)點僅存儲索引鍵和子節(jié)點指針，不存儲數(shù)據(jù)記錄C.插入和刪除操作可能導(dǎo)致節(jié)點分裂或合并D.適合作為聚集索引，直接存儲數(shù)據(jù)記錄5.在分布式數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)分片的方式不包括（）。A.水平分片B.垂直分片C.混合分片D.全局分片6.若關(guān)系模式R屬于3NF，則R一定（）。A.屬于BCNFB.不存在非主屬性對候選鍵的部分函數(shù)依賴C.不存在主屬性對候選鍵的傳遞函數(shù)依賴D.不存在多值依賴7.在數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)中，日志文件的作用是（）。A.記錄用戶操作日志，用于審計B.記錄事務(wù)對數(shù)據(jù)的修改，用于故障恢復(fù)C.存儲索引信息，提升查詢效率D.存儲元數(shù)據(jù)，描述數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)8.并發(fā)事務(wù)T1和T2同時對數(shù)據(jù)項X進行操作，若T1對X加S鎖（共享鎖），則T2（）。A.可以加S鎖，但不能加X鎖（排他鎖）B.可以加X鎖，但不能加S鎖C.既不能加S鎖，也不能加X鎖D.可以同時加S鎖和X鎖9.下列SQL語句中，用于修改表結(jié)構(gòu)的是（）。A.UPDATEB.ALTERC.INSERTD.DELETE10.大數(shù)據(jù)場景下，HBase的存儲模型采用（）。A.關(guān)系模型B.鍵值對模型C.列族模型D.文檔模型11.設(shè)關(guān)系R和S的屬性個數(shù)分別為r和s，則R×S（笛卡爾積）的屬性個數(shù)為（）。A.r+sB.max(r,s)C.min(r,s)D.r×s12.數(shù)據(jù)庫設(shè)計的邏輯設(shè)計階段，主要任務(wù)是（）。A.確定數(shù)據(jù)庫的物理存儲結(jié)構(gòu)B.將ER模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式C.收集用戶需求，建立數(shù)據(jù)字典D.優(yōu)化查詢性能，設(shè)計索引13.事務(wù)故障恢復(fù)的步驟不包括（）。A.反向掃描日志，執(zhí)行UNDO操作B.正向掃描日志，執(zhí)行REDO操作C.清除未完成事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的修改D.重新啟動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)14.下列關(guān)于數(shù)據(jù)庫完整性約束的描述中，錯誤的是（）。A.實體完整性通過主鍵約束實現(xiàn)B.參照完整性通過外鍵約束實現(xiàn)C.用戶自定義完整性通過CHECK約束實現(xiàn)D.觸發(fā)器可以替代所有完整性約束15.在數(shù)據(jù)倉庫中，維度表用于描述（）。A.業(yè)務(wù)過程的度量值B.業(yè)務(wù)過程的上下文環(huán)境C.數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)D.數(shù)據(jù)的ETL流程16.設(shè)關(guān)系模式R（A,B,C），F(xiàn)={AB→C,C→B}，則R的主屬性是（）。A.AB.BC.CD.A、B、C17.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）的核心功能是（）。A.數(shù)據(jù)定義B.數(shù)據(jù)操作C.數(shù)據(jù)控制D.數(shù)據(jù)庫運行管理18.下列關(guān)于索引優(yōu)化的策略中，錯誤的是（）。A.為經(jīng)常查詢的列建立索引B.為經(jīng)常更新的列建立索引C.避免在低基數(shù)列（如性別）上建立索引D.組合索引的順序應(yīng)遵循“最左匹配”原則19.在分布式數(shù)據(jù)庫中，CAP定理指的是（）。A.一致性、可用性、分區(qū)容錯性B.完整性、原子性、持久性C.并發(fā)性、隔離性、安全性D.可擴展性、可靠性、高效性20.設(shè)某數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，事務(wù)T1對數(shù)據(jù)A加X鎖，事務(wù)T2對數(shù)據(jù)B加S鎖，則（）。A.T1和T2可以并發(fā)執(zhí)行，無沖突B.T1必須等待T2釋放鎖C.T2必須等待T1釋放鎖D.系統(tǒng)會發(fā)生死鎖二、簡答題（共5題，每題6分，共30分）1.簡述數(shù)據(jù)庫三級模式結(jié)構(gòu)（外模式、模式、內(nèi)模式）的作用及其之間的映射關(guān)系。2.什么是事務(wù)的隔離級別？常見的隔離級別有哪些？并說明“可重復(fù)讀”隔離級別解決了哪些并發(fā)問題。3.簡述關(guān)系模型中函數(shù)依賴與多值依賴的區(qū)別，并舉例說明4NF（第四范式）的定義。4.數(shù)據(jù)庫備份分為哪幾類？簡述完全備份、差異備份和日志備份的特點及適用場景。5.在分布式數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)分布策略有哪些？簡述水平分片和垂直分片的區(qū)別，并說明如何選擇分片策略。三、設(shè)計題（共2題，每題15分，共30分）1.某醫(yī)院需設(shè)計“患者醫(yī)生診療”管理系統(tǒng)，需求如下：患者信息包括：患者ID（唯一）、姓名、性別、年齡、聯(lián)系方式；醫(yī)生信息包括：醫(yī)生ID（唯一）、姓名、科室、職稱；診療信息包括：診療記錄號（唯一）、診療日期、診斷結(jié)果、處方（可能包含多個藥品）；業(yè)務(wù)規(guī)則：一個患者可由多個醫(yī)生診療，一個醫(yī)生可診療多個患者；每個診療記錄對應(yīng)唯一的患者和醫(yī)生；處方中的藥品需記錄藥品名稱、數(shù)量、單價。要求：（1）繪制ER圖（需標注實體屬性、聯(lián)系類型及約束）；（2）將ER圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，并標注主鍵和外鍵；（3）分析關(guān)系模式是否滿足3NF，若不滿足需進行分解。2.某電商平臺訂單數(shù)據(jù)庫存在性能問題，查詢“2023年1月1日至2023年1月31日，北京地區(qū)用戶購買金額超過5000元的訂單”時響應(yīng)緩慢。已知訂單表結(jié)構(gòu)為：order（order_id,user_id,amount,create_time,user_city）。要求：（1）分析可能導(dǎo)致查詢緩慢的原因；（2）提出優(yōu)化方案（包括索引設(shè)計、查詢語句優(yōu)化、表結(jié)構(gòu)調(diào)整等）；（3）說明優(yōu)化后如何驗證性能提升效果。四、應(yīng)用題（共1題，20分）某銀行核心交易系統(tǒng)使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫，支持賬戶轉(zhuǎn)賬業(yè)務(wù)（從賬戶A轉(zhuǎn)賬到賬戶B）。假設(shè)當前系統(tǒng)存在以下問題：高并發(fā)下，轉(zhuǎn)賬操作頻繁出現(xiàn)超時；偶爾出現(xiàn)轉(zhuǎn)賬后賬戶余額不正確（如A減少100元但B未增加）；數(shù)據(jù)庫日志文件過大，占用大量存儲資源。要求：（1）分析超時可能的原因（從并發(fā)控制、鎖機制角度）；（2）設(shè)計轉(zhuǎn)賬事務(wù)的ACID特性實現(xiàn)方案（需包含具體的SQL語句和事務(wù)控制語句）；（3）提出日志文件優(yōu)化策略（包括日志類型選擇、歸檔機制等）。答案及解析一、單項選擇題1.A解析：完全函數(shù)依賴指屬性A依賴于B的全部，而非部分；部分依賴是A依賴于B的真子集；傳遞依賴是A通過中間屬性依賴于B；平凡依賴是A包含于B的屬性集。2.A解析：候選鍵是能唯一確定所有屬性的最小屬性集。A→B→C→D，故A能決定所有屬性，且無冗余。3.B解析：原子性（Atomicity）指事務(wù)的不可分割性，要么全做，要么全不做。4.D解析：B+樹索引是非聚集索引時不存儲數(shù)據(jù)，聚集索引通常使用B+樹直接存儲數(shù)據(jù)，但選項D描述錯誤，因B+樹本身不直接決定是否為聚集索引。5.D解析：分布式數(shù)據(jù)分片方式包括水平、垂直、混合分片，“全局分片”非標準術(shù)語。6.B解析：3NF消除了非主屬性對候選鍵的部分和傳遞依賴，但可能存在主屬性的傳遞依賴（不滿足BCNF）。7.B解析：日志文件記錄事務(wù)對數(shù)據(jù)的修改操作，用于故障恢復(fù)（如REDO/UNDO）。8.A解析：共享鎖（S鎖）允許其他事務(wù)加S鎖，但禁止加X鎖（排他鎖）。9.B解析：ALTER用于修改表結(jié)構(gòu)（如添加列、修改約束）；UPDATE是數(shù)據(jù)更新，INSERT/DELETE是數(shù)據(jù)增刪。10.C解析：HBase采用列族（ColumnFamily）模型，屬于NoSQL的列存儲數(shù)據(jù)庫。11.A解析：笛卡爾積的屬性個數(shù)是兩關(guān)系屬性個數(shù)之和。12.B解析：邏輯設(shè)計階段將ER模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，并優(yōu)化；物理設(shè)計確定存儲結(jié)構(gòu)。13.D解析：事務(wù)故障恢復(fù)通過日志的UNDO/REDO完成，重新啟動是系統(tǒng)故障恢復(fù)的步驟。14.D解析：觸發(fā)器可實現(xiàn)復(fù)雜約束，但不能替代所有約束（如主鍵、外鍵由DBMS直接強制）。15.B解析：數(shù)據(jù)倉庫中，維度表描述業(yè)務(wù)過程的上下文（如時間、地點、用戶），事實表存儲度量值。16.D解析：候選鍵是A（因A→AB→C，且A不能由其他屬性推出），故主屬性是A、B、C（所有包含在候選鍵中的屬性）。17.D解析：DBMS的核心是數(shù)據(jù)庫運行管理（包括事務(wù)管理、并發(fā)控制、故障恢復(fù)等）。18.B解析：頻繁更新的列建立索引會增加維護開銷，降低性能。19.A解析：CAP定理指分布式系統(tǒng)中一致性（Consistency）、可用性（Availability）、分區(qū)容錯性（PartitionTolerance）無法同時滿足。20.A解析：X鎖和S鎖作用于不同數(shù)據(jù)項（A和B），無沖突，可并發(fā)執(zhí)行。二、簡答題1.答案：三級模式結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心抽象，包括：外模式（用戶模式）：用戶可見的局部數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)，對應(yīng)不同用戶視圖，保證數(shù)據(jù)獨立性。模式（邏輯模式）：全局數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)，描述數(shù)據(jù)的實體、關(guān)系及約束，是全體用戶的公共視圖。內(nèi)模式（存儲模式）：數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的物理存儲結(jié)構(gòu)（如文件結(jié)構(gòu)、索引方式）。映射關(guān)系：外模式/模式映射：定義外模式與模式的對應(yīng)關(guān)系，保證邏輯獨立性（模式修改時，只需調(diào)整映射，外模式不變）。模式/內(nèi)模式映射：定義模式與內(nèi)模式的對應(yīng)關(guān)系，保證物理獨立性（內(nèi)模式修改時，只需調(diào)整映射，模式不變）。2.答案：事務(wù)的隔離級別定義了事務(wù)之間可見性的程度，用于控制并發(fā)事務(wù)的相互影響。常見隔離級別（從低到高）：讀未提交（ReadUncommitted）：允許事務(wù)讀取其他事務(wù)未提交的修改（臟讀）。讀已提交（ReadCommitted）：只讀取已提交的數(shù)據(jù)（避免臟讀，但可能不可重復(fù)讀）?？芍貜?fù)讀（RepeatableRead）：同一事務(wù)內(nèi)多次讀取同一數(shù)據(jù)結(jié)果一致（避免臟讀、不可重復(fù)讀，但可能幻讀）。串行化（Serializable）：事務(wù)串行執(zhí)行，避免所有并發(fā)問題（最高隔離級別，性能最低）?！翱芍貜?fù)讀”解決了臟讀（讀取未提交數(shù)據(jù)）和不可重復(fù)讀（同一事務(wù)內(nèi)兩次讀取結(jié)果不同），但無法完全避免幻讀（因其他事務(wù)插入新數(shù)據(jù)導(dǎo)致結(jié)果集變化）。3.答案：函數(shù)依賴（FD）：若X→Y，當X的值確定時，Y的值唯一確定（如學(xué)號→姓名）。多值依賴（MVD）：若X→→Y，當X的值確定時，Y有一組獨立于Z（Z=UXY）的值（如課程→→教師，同一課程有多個教師，與學(xué)生無關(guān)）。4NF定義：關(guān)系模式R∈1NF，且對于所有非平凡多值依賴X→→Y（Y不包含于X，X∪Y≠U），X必含候選鍵。即消除非平凡且非函數(shù)依賴的多值依賴。示例：關(guān)系模式R（課程，教師，學(xué)生），存在多值依賴課程→→教師和課程→→學(xué)生，且課程是候選鍵。若R中存在課程→→教師（教師不依賴于學(xué)生），則R∈4NF；若存在非候選鍵的X→→Y，則需分解。4.答案：數(shù)據(jù)庫備份分類：完全備份：備份整個數(shù)據(jù)庫，恢復(fù)時最快，但時間和空間開銷大，適用于數(shù)據(jù)變化不頻繁的場景（如每周一次）。差異備份：備份自上次完全備份以來所有修改的數(shù)據(jù)，恢復(fù)時需完全備份+最后一次差異備份，適用于數(shù)據(jù)變化較頻繁（如每日一次）。日志備份：備份事務(wù)日志，記錄所有修改操作，恢復(fù)時需完全備份+差異備份+日志備份，適用于實時恢復(fù)（如每小時一次）。適用場景：完全備份作為基礎(chǔ)，差異備份減少完全備份頻率，日志備份實現(xiàn)點恢復(fù)（如故障前10分鐘）。5.答案：分布式數(shù)據(jù)分布策略：分片（水平、垂直、混合）、復(fù)制（全量復(fù)制、部分復(fù)制）。水平分片：按行分割，同一表的不同行分布到不同節(jié)點（如按用戶所在城市分片）。垂直分片：按列分割，同一表的不同列分布到不同節(jié)點（如用戶表分為基本信息表和敏感信息表）。選擇策略依據(jù)：水平分片：適用于按某個屬性范圍或值劃分數(shù)據(jù)（如時間、地域），查詢常按該屬性過濾。垂直分片：適用于列較多且查詢常訪問部分列（如減少I/O），需保證分片間的連接操作高效。三、設(shè)計題1.答案：（1）ER圖：實體：患者（患者ID，姓名，性別，年齡，聯(lián)系方式）；醫(yī)生（醫(yī)生ID，姓名，科室，職稱）；藥品（藥品ID，名稱，單價）。聯(lián)系：診療（診療記錄號，診療日期，診斷結(jié)果），患者與醫(yī)生是多對多聯(lián)系（M:N）；診療與藥品是一對多聯(lián)系（1:N，一個診療記錄對應(yīng)多個藥品）。（2）關(guān)系模式：患者（患者ID，姓名，性別，年齡，聯(lián)系方式）主鍵：患者ID醫(yī)生（醫(yī)生ID，姓名，科室，職稱）主鍵：醫(yī)生ID診療記錄（診療記錄號，患者ID，醫(yī)生ID，診療日期，診斷結(jié)果）主鍵：診療記錄號，外鍵：患者ID→患者.患者ID，醫(yī)生ID→醫(yī)生.醫(yī)生ID處方（診療記錄號，藥品名稱，數(shù)量）主鍵：（診療記錄號，藥品名稱），外鍵：診療記錄號→診療記錄.診療記錄號（注：藥品名稱若需唯一約束，可單獨建立藥品表，處方表外鍵引用藥品ID）（3）范式分析：原關(guān)系模式中，診療記錄的非主屬性（診療日期、診斷結(jié)果）完全依賴于主鍵（診療記錄號），無部分或傳遞依賴，滿足2NF；且不存在非主屬性對候選鍵的傳遞依賴，滿足3NF。處方表的非主屬性（數(shù)量）完全依賴于主鍵（診療記錄號，藥品名稱），滿足3NF。2.答案：（1）查詢緩慢原因：未在create_time、user_city、amount上建立索引，全表掃描耗時；數(shù)據(jù)量過大，表未分區(qū)或分桶；查詢條件涉及多列，未使用組合索引；存在鎖競爭或事務(wù)阻塞。（2）優(yōu)化方案：索引設(shè)計：創(chuàng)建組合索引（user_city,create_time,amount），滿足“最左匹配”原則；表分區(qū)：按create_time做范圍分區(qū)（如按月分區(qū)），減少掃描數(shù)據(jù)量；查詢優(yōu)化：明確時間范圍（BETWEEN），避免函數(shù)操作（如YEAR()）；物化視圖：定期匯總北京地區(qū)月訂單數(shù)據(jù)（若查詢頻繁且數(shù)據(jù)允許延遲）。（3）性能驗證：使用EXPLAIN分析查詢執(zhí)行計劃，檢查是否使用目標索引；對比優(yōu)化前后的查詢耗時（如平均響應(yīng)時間從5s降至500ms）；監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務(wù)器資源（CPU、I/O），觀察負載是否降低；進行壓力測試（如模擬100并發(fā)查詢），驗證高負載下的穩(wěn)定性。四、應(yīng)用題1.答案：（1）超時原因：高并發(fā)下，轉(zhuǎn)賬操作需對賬戶A和B加X鎖，若鎖粒度大（如表鎖）或鎖順序不一致（如T1鎖A→B，T2鎖B→A），易導(dǎo)致死鎖或長等待；事務(wù)隔離級別過高（如串行化），并發(fā)度低；鎖持有時間過長（如事務(wù)包含非必要操作，未及時提交）。