2025年大學(xué)《數(shù)據(jù)計(jì)算及應(yīng)用》專業(yè)題庫(kù)——數(shù)據(jù)計(jì)算與應(yīng)用專業(yè)數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)與優(yōu)化考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.在關(guān)系模型中，用來(lái)唯一標(biāo)識(shí)元組的屬性或?qū)傩越M合稱為（）。A.屬性B.關(guān)系C.主鍵D.外鍵2.下列關(guān)于第一范式（1NF）的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是（）。A.關(guān)系中的每一列都是不可再分的原子值。B.關(guān)系中的每一行都是唯一的。C.關(guān)系中的屬性必須具有數(shù)據(jù)類型。D.每個(gè)元組在每個(gè)屬性上的值都是唯一的。3.將滿足BCNF的關(guān)系模式分解為多個(gè)滿足3NF的關(guān)系模式的目的是（）。A.消除數(shù)據(jù)冗余B.提高查詢效率C.消除插入異常、刪除異常和更新異常D.簡(jiǎn)化關(guān)系模式4.在ER圖中，用來(lái)表示實(shí)體之間聯(lián)系的符號(hào)是（）。A.矩形B.橢圓C.菱形D.線條5.下列哪個(gè)不是關(guān)系模型的基本操作？（）A.選擇B.投影C.連接D.移除6.索引的主要作用是（）。A.增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間B.提高數(shù)據(jù)插入速度C.加快數(shù)據(jù)檢索速度D.保證數(shù)據(jù)的一致性7.某關(guān)系模式R(A,B,C)，其中A是主鍵。若要使R滿足第二范式（2NF），則必須滿足的條件是（）。A.R中不存在非主屬性B.R中不存在傳遞依賴C.R中所有非主屬性都完全函數(shù)依賴于主鍵D.R中所有非主屬性都函數(shù)依賴于主鍵8.以下哪種索引結(jié)構(gòu)適用于頻繁的范圍查詢？（）A.哈希索引B.B+樹索引C.散列索引D.全文索引9.負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)定義、存儲(chǔ)、維護(hù)和查詢執(zhí)行等操作的軟件是（）。A.數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)B.數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)C.數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)D.數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)10.在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型時(shí)，需要考慮數(shù)據(jù)的完整性約束，以下哪項(xiàng)不屬于完整性約束？（）A.主鍵約束B.外鍵約束C.參照完整性約束D.頻率約束二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.ER圖中的三個(gè)基本要素是________、________和________。2.關(guān)系模型中，實(shí)現(xiàn)實(shí)體之間聯(lián)系的主要方式是通過(guò)________屬性。3.滿足第三范式（3NF）的關(guān)系模式，其非主屬性只能依賴于________。4.索引按照結(jié)構(gòu)不同，主要可以分為________索引和________索引。5.SQL語(yǔ)言中，用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)表的結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言是________。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述關(guān)系模型中的規(guī)范化理論的主要目的。2.解釋什么是數(shù)據(jù)模型的物理設(shè)計(jì)，并簡(jiǎn)述其主要考慮因素。3.簡(jiǎn)述在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，從概念模型到邏輯模型再到物理模型的轉(zhuǎn)換過(guò)程。4.為什么說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)的索引設(shè)計(jì)是一個(gè)需要權(quán)衡的過(guò)程？四、設(shè)計(jì)題（每小題10分，共30分）1.假設(shè)有一個(gè)大學(xué)課程管理系統(tǒng)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)模型來(lái)存儲(chǔ)學(xué)生、課程和選課信息。請(qǐng)根據(jù)以下需求，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的ER圖（概念模型），并標(biāo)注實(shí)體、屬性（包括主鍵和外鍵）以及實(shí)體之間的關(guān)系類型和基數(shù)（1:1,1:N,N:M）。*學(xué)生有學(xué)號(hào)、姓名、性別、專業(yè)。*課程有課程號(hào)、課程名、學(xué)分。*學(xué)生可以選修多門課程，每門課程可以有多個(gè)學(xué)生選修。2.根據(jù)上題設(shè)計(jì)的ER圖，將其轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式（邏輯模型）。請(qǐng)寫出所有關(guān)系模式的SQL`CREATETABLE`語(yǔ)句，并說(shuō)明每個(gè)關(guān)系模式的主鍵和外鍵。3.考慮上題中的關(guān)系模式，假設(shè)經(jīng)常需要查詢某個(gè)學(xué)生的所有課程名稱以及對(duì)應(yīng)課程的學(xué)分，同時(shí)還需要查詢某個(gè)課程的選課學(xué)生名單。請(qǐng)分析當(dāng)前模型是否存在性能問(wèn)題，并提出至少一種優(yōu)化方案（可以通過(guò)添加索引或進(jìn)行反范式設(shè)計(jì)等方式），并簡(jiǎn)述該方案的理由。---試卷答案一、選擇題1.C2.D3.C4.C5.D6.C7.D8.B9.B10.D二、填空題1.實(shí)體，屬性，聯(lián)系2.外鍵3.主鍵（或候選鍵）4.B-Tree（或索引樹），哈希5.CREATETABLE三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：規(guī)范化理論的主要目的是通過(guò)逐步分解關(guān)系模式，消除數(shù)據(jù)冗余、避免插入異常、刪除異常和更新異常，從而提高數(shù)據(jù)的一致性和完整性，并使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更合理。最終目標(biāo)是使關(guān)系模式達(dá)到一定的范式級(jí)別（如3NF），以優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)的性能和維護(hù)代價(jià)。2.解析思路：物理設(shè)計(jì)是將邏輯數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化為特定數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過(guò)程。主要考慮因素包括：選擇合適的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（如文件組織）、設(shè)計(jì)索引策略（類型、位置）、確定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)參數(shù)（如緩沖區(qū)大小）、考慮系統(tǒng)性能和效率（查詢速度、更新速度）、安全性控制等。3.解析思路：轉(zhuǎn)換過(guò)程通常分為兩步：首先，將概念模型（ER圖）中的實(shí)體、屬性和關(guān)系轉(zhuǎn)換為邏輯模型中的關(guān)系模式（表），確定主鍵和外鍵，明確各表之間的聯(lián)系。其次，根據(jù)選定的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和性能需求，將邏輯模型中的關(guān)系模式進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為物理模型，涉及具體的數(shù)據(jù)類型選擇、索引創(chuàng)建、存儲(chǔ)路徑規(guī)劃等細(xì)節(jié)。4.解析思路：索引設(shè)計(jì)需要權(quán)衡其帶來(lái)的好處和代價(jià)。好處是顯著提高數(shù)據(jù)查詢速度，特別是對(duì)于大型數(shù)據(jù)集和復(fù)雜查詢。代價(jià)則包括：索引本身需要占用額外的存儲(chǔ)空間；插入、刪除、更新記錄時(shí)，需要同時(shí)維護(hù)索引，從而降低了這些操作的速度。因此，需要根據(jù)查詢頻率、數(shù)據(jù)更新頻率、表的大小等因素，有選擇地創(chuàng)建索引，并在查詢性能和更新性能之間做出平衡。四、設(shè)計(jì)題1.解析思路：概念模型設(shè)計(jì)（ER圖）需先識(shí)別實(shí)體（學(xué)生、課程），列出主要屬性（學(xué)生：學(xué)號(hào)PK，姓名，性別，專業(yè)；課程：課程號(hào)PK，課程名，學(xué)分），然后確定關(guān)系（學(xué)生與課程之間是多對(duì)多關(guān)系N:M）。在ER圖中表示為：學(xué)生和課程為兩個(gè)矩形實(shí)體，之間用菱形連接，表示“選修”關(guān)系，菱形內(nèi)標(biāo)注“N:M”，并在學(xué)生實(shí)體中添加課程號(hào)作為外鍵，在課程實(shí)體中添加學(xué)號(hào)作為外鍵。2.解析思路：邏輯模型是將ER圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。根據(jù)ER圖，得到三個(gè)關(guān)系模式：學(xué)生（學(xué)號(hào)PK，姓名，性別，專業(yè)），課程（課程號(hào)PK，課程名，學(xué)分），選課（學(xué)號(hào)FK，課程號(hào)FK）。寫SQL`CREATETABLE`語(yǔ)句時(shí)，使用`PRIMARYKEY`約束定義主鍵，使用`FOREIGNKEY`約束定義外鍵，確保參照完整性。例如：```sqlCREATETABLE學(xué)生(學(xué)號(hào)VARCHAR(20)PRIMARYKEY,姓名VARCHAR(50),性別CHAR(1),專業(yè)VARCHAR(50));CREATETABLE課程(課程號(hào)VARCHAR(20)PRIMARYKEY,課程名VARCHAR(100),學(xué)分INT);CREATETABLE選課(學(xué)號(hào)VARCHAR(20)FOREIGNKEYREFERENCES學(xué)生(學(xué)號(hào)),課程號(hào)VARCHAR(20)FOREIGNKEYREFERENCES課程(課程號(hào)));```3.解析思路：分析查詢需求，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前模型（學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,專業(yè)),課程(課程號(hào),課程名,學(xué)分),選課(學(xué)號(hào)FK,課程號(hào)FK)）需要進(jìn)行跨表連接查詢才能滿足需求，這可能導(dǎo)致查詢效率低下。優(yōu)化方案可以是反范式設(shè)計(jì)，在學(xué)生表中添加一個(gè)課程名稱列和學(xué)分列（作為冗余數(shù)據(jù)），通過(guò)外鍵關(guān)聯(lián)到課程表。這樣查詢學(xué)生選課信息時(shí)就可以直接在學(xué)生表