2025年軟件工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)深度押題試卷（含答案）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)字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列關(guān)于關(guān)系模型中主鍵和外鍵的描述，正確的是（）。A.主鍵和外鍵都必須是唯一標(biāo)識(shí)元組的屬性集B.主鍵用于唯一標(biāo)識(shí)元組，外鍵用于建立關(guān)系之間的聯(lián)系，兩者可以相同也可以不同C.只有主鍵可以參與其他關(guān)系的連接操作D.外鍵的值必須等于其引用關(guān)系的主鍵值，或者為空值2.關(guān)系代數(shù)表達(dá)式Rù(S-T)等價(jià)于（）。A.{t|?s(t[s]=s[r])∧t∈R∧s∈S∧s?T}B.{t|t∈R∧?s(t[s]=s[r])∧s∈S∧s?T}C.{t|t∈R∧?s(t[s]=s[r])∧s∈S}D.{t|t∈R∨?s(t[s]=s[r])∧s∈S∧s?T}3.SQL語(yǔ)句中使用哪個(gè)子句來(lái)對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行分組？（）A.WHEREB.GROUPBYC.HAVINGD.ORDERBY4.在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，將關(guān)系模式R分解為R1,R2,...,Rk的目的是（）。A.增加數(shù)據(jù)冗余，提高插入效率B.簡(jiǎn)化關(guān)系結(jié)構(gòu)，消除數(shù)據(jù)冗余和更新異常C.增加關(guān)系中的元組數(shù)量D.提高關(guān)系的連接操作性能5.事務(wù)的原子性（Atomicity）是指（）。A.事務(wù)由多個(gè)操作組成，要么全部成功，要么全部失敗回滾B.事務(wù)必須是可恢復(fù)的C.事務(wù)必須是獨(dú)立的，不能被其他事務(wù)干擾D.事務(wù)執(zhí)行速度要快6.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，用于防止并發(fā)事務(wù)相互干擾，保證數(shù)據(jù)一致性的主要機(jī)制是（）。A.日志記錄B.檢查點(diǎn)C.鎖機(jī)制D.數(shù)據(jù)備份7.在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，視圖是一種（）。A.物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)B.存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的文件C.對(duì)基本表的封裝，是虛表D.數(shù)據(jù)的備份副本8.B+樹索引中，數(shù)據(jù)記錄通常存儲(chǔ)在（）。A.根節(jié)點(diǎn)B.葉子節(jié)點(diǎn)C.非葉子節(jié)點(diǎn)D.索引文件中任意位置9.若關(guān)系模式R(A,B,C)的函數(shù)依賴集F={AB→C,C→A}，則R的最高范式是（）。A.第一范式（1NF）B.第二范式（2NF）C.第三范式（3NF）D.滿足BCNF范式10.下列關(guān)于NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.通常適用于處理海量數(shù)據(jù)和高并發(fā)訪問(wèn)場(chǎng)景B.強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的持久化存儲(chǔ)和可靠性C.數(shù)據(jù)模型通常比關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)更靈活D.完全不支持關(guān)系數(shù)據(jù)模型和SQL查詢二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題干后的橫線上）1.關(guān)系模型中，用來(lái)唯一標(biāo)識(shí)每個(gè)元組的屬性或?qū)傩越M合稱為________。2.關(guān)系代數(shù)中的投影操作（π）只選擇關(guān)系的________。3.SQL語(yǔ)句中，使用________關(guān)鍵字來(lái)連接多個(gè)表。4.數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化理論中，第二范式（2NF）要求關(guān)系R必須滿足第一范式，并且不存在非主屬性對(duì)________的部分函數(shù)依賴。5.事務(wù)的隔離性（Isolation）是指一個(gè)事務(wù)的執(zhí)行不能被其他事務(wù)________。6.解決并發(fā)事務(wù)死鎖問(wèn)題的常用方法有________、_______和________。7.在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，索引的主要目的是加快________的速度。8.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的第一步通常是從________階段開始，收集和分析用戶需求。9.視圖是一種虛表，它的數(shù)據(jù)并非物理存儲(chǔ)，而是從________中動(dòng)態(tài)派生出來(lái)的。10.在軟件工程中，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)文檔是________階段的重要產(chǎn)出物。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)的ACID特性及其含義。2.說(shuō)明數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化理論中，第一范式（1NF）的要求是什么？為什么關(guān)系模型要滿足1NF？3.什么是數(shù)據(jù)庫(kù)索引？簡(jiǎn)述B+樹索引的基本原理及其優(yōu)點(diǎn)。4.簡(jiǎn)述在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，從ER圖轉(zhuǎn)換到關(guān)系模式的基本步驟。四、設(shè)計(jì)題（每小題10分，共20分）1.設(shè)有一個(gè)大學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，包含學(xué)生（S：S#,Sname,Sdept）、課程（C：C#,Cname,Ccredit）和選課（SC：S#,C#,Grade）三個(gè)關(guān)系。請(qǐng)寫出SQL語(yǔ)句，查詢選修了“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)”課程（假設(shè)Cname='數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)'）的學(xué)生姓名（Sname）及其成績(jī)（Grade），要求只顯示成績(jī)大于80分的學(xué)生記錄。2.設(shè)有關(guān)系模式R(A,B,C,D)，其中函數(shù)依賴集F={A→B,AC→D,B→C}。請(qǐng)判斷關(guān)系模式R是否滿足第三范式（3NF）。如果滿足，說(shuō)明理由；如果不滿足，將其分解為滿足3NF的若干個(gè)關(guān)系模式。五、分析題（每小題15分，共30分）1.假設(shè)有一個(gè)銀行賬戶數(shù)據(jù)庫(kù)，包含賬戶（Account：AcctID,AcctName,Balance）關(guān)系。事務(wù)T1執(zhí)行更新操作：將AcctID='A100'的賬戶余額增加1000元。事務(wù)T2執(zhí)行更新操作：將AcctID='A101'的賬戶余額減少500元。假設(shè)兩個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行，且初始時(shí)A100余額為2000元，A101余額為3000元。請(qǐng)分析如果只使用共享鎖協(xié)議，可能會(huì)發(fā)生什么問(wèn)題（例如死鎖或數(shù)據(jù)不一致）？并提出至少一種解決方案。2.考慮關(guān)系模式R(A,B,C,D)，其中A是主鍵，函數(shù)依賴集F={A→B,B→C,C→D}?，F(xiàn)有以下SQL查詢語(yǔ)句：SELECTA,COUNT(DISTINCTC)ASNumFROMRGROUPBYAHAVINGCOUNT(DISTINCTC)>2;請(qǐng)解釋此SQL語(yǔ)句的查詢過(guò)程，包括WHERE、GROUPBY、HAVING子句的作用，并說(shuō)明此查詢會(huì)返回哪些信息（用偽代碼或文字描述）。試卷答案一、選擇題1.A2.B3.B4.B5.A6.C7.C8.B9.C10.D二、填空題1.主鍵2.屬性（或?qū)傩约?.JOIN（或INNERJOIN）4.主鍵（或鍵）5.中斷（或干擾）6.基于時(shí)間戳（或樂(lè)觀并發(fā)控制）、資源預(yù)占與排序、死鎖檢測(cè)與恢復(fù)7.查詢（或檢索）8.需求分析9.基本表（或基表）10.設(shè)計(jì)（或?qū)崿F(xiàn)）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：ACID是事務(wù)必須具備的四個(gè)基本特性。*A（Atomicity，原子性）：事務(wù)是一個(gè)不可分割的工作單元，事務(wù)中的所有操作要么全部成功提交，要么全部失敗回滾，不會(huì)停留在中間某個(gè)環(huán)節(jié)。這保證了事務(wù)的整體性。*C（Consistency，一致性）：事務(wù)必須使數(shù)據(jù)庫(kù)從一個(gè)一致性狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個(gè)一致性狀態(tài)。即事務(wù)執(zhí)行的結(jié)果必須符合所有的業(yè)務(wù)規(guī)則和完整性約束。*I（Isolation，隔離性）：一個(gè)事務(wù)的執(zhí)行不能被其他事務(wù)干擾。即一個(gè)事務(wù)內(nèi)部的操作及使用的數(shù)據(jù)對(duì)并發(fā)的其他事務(wù)是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的事務(wù)之間不會(huì)相互影響。這通常通過(guò)鎖機(jī)制或時(shí)間戳來(lái)實(shí)現(xiàn)。*D（Durability，持久性）：一個(gè)事務(wù)一旦提交，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的改變就是永久性的。即使系統(tǒng)發(fā)生故障（如斷電、崩潰），已經(jīng)提交的事務(wù)結(jié)果也不會(huì)丟失。這通常通過(guò)寫入磁盤和日志記錄來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.解析思路：1NF是關(guān)系模型的基礎(chǔ)要求。*要求：關(guān)系中的每個(gè)屬性（列）都必須是原子值，即每個(gè)屬性值都是不可再分的。不允許有重復(fù)的屬性值，不允許有數(shù)組、集合等復(fù)雜類型作為屬性值。*原因：滿足1NF消除了非原子屬性帶來(lái)的數(shù)據(jù)冗余和操作復(fù)雜性，保證了數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)清晰。這是后續(xù)進(jìn)行規(guī)范化（2NF,3NF等）的基礎(chǔ)，能夠保證記錄的唯一性和數(shù)據(jù)的一致性。3.解析思路：索引是幫助數(shù)據(jù)庫(kù)快速查找數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。*B+樹索引原理：B+樹是一種平衡樹，索引的所有數(shù)據(jù)記錄都存儲(chǔ)在葉子節(jié)點(diǎn)中，而內(nèi)部節(jié)點(diǎn)則存儲(chǔ)鍵值和指向子節(jié)點(diǎn)的指針。查詢時(shí)從根節(jié)點(diǎn)開始，根據(jù)鍵值在樹中逐層向下查找，直到葉子節(jié)點(diǎn)獲取完整數(shù)據(jù)。B+樹特性保證了查找的效率。*優(yōu)點(diǎn)：由于數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)在葉子節(jié)點(diǎn)，且葉子節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)指針相連，因此支持范圍查詢效率很高；樹結(jié)構(gòu)保證了查找操作的時(shí)間復(fù)雜度為O(logn)；內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的鍵值作為索引，減少了數(shù)據(jù)訪問(wèn)次數(shù)。4.解析思路：ER圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。*步驟：1.為ER圖中的每個(gè)實(shí)體（Entity）創(chuàng)建一個(gè)關(guān)系模式，實(shí)體的屬性成為關(guān)系模式的屬性，實(shí)體的主鍵成為關(guān)系模式的主鍵。2.為ER圖中的每個(gè)聯(lián)系（Relationship）創(chuàng)建一個(gè)關(guān)系模式，聯(lián)系的屬性成為關(guān)系模式的屬性（如果有的話），參與該聯(lián)系的實(shí)體鍵作為關(guān)系模式的屬性（通常作為外鍵）。3.處理多對(duì)多聯(lián)系時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，包含參與實(shí)體的主鍵（作為外鍵），以及聯(lián)系的屬性。4.根據(jù)函數(shù)依賴和范式理論，對(duì)創(chuàng)建的關(guān)系模式進(jìn)行規(guī)范化處理，消除冗余和異常。四、設(shè)計(jì)題1.解析思路：需要連接課程和選課關(guān)系，根據(jù)課程名稱篩選，然后根據(jù)成績(jī)條件進(jìn)行選擇。```sqlSELECTS.Sname,SC.GradeFROMSJOINSCONS.S#=SC.S#JOINCONSC.C#=C.C#WHEREC.Cname='數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)'ANDSC.Grade>80;```解析步驟：*`FROMSJOINSCONS.S#=SC.S#`：連接學(xué)生表S和選課表SC，通過(guò)學(xué)生號(hào)S#關(guān)聯(lián)。*`JOINCONSC.C#=C.C#`：將上一步的結(jié)果與課程表C連接，通過(guò)課程號(hào)C#關(guān)聯(lián)。*`WHEREC.Cname='數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)'`：篩選出課程名稱為“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)”的記錄。*`ANDSC.Grade>80`：進(jìn)一步篩選出成績(jī)大于80分的記錄。*`SELECTS.Sname,SC.Grade`：選擇學(xué)生姓名和對(duì)應(yīng)的成績(jī)。2.解析思路：首先判斷所有非主屬性是否都完全函數(shù)依賴于所有超鍵。如果存在非主屬性不完全函數(shù)依賴于所有超鍵，則不滿足3NF。*分析：*關(guān)系模式R(A,B,C,D)。*函數(shù)依賴：A→B,AC→D,B→C。*超鍵：需要找出所有能唯一標(biāo)識(shí)元組的屬性集。*A：不能唯一標(biāo)識(shí)，因?yàn)锳→B，B可能不唯一。*AB：可以傳遞函數(shù)依賴A→B→C，AB能唯一標(biāo)識(shí)元組。AB是超鍵。*AC：AC→D,A,AC本身能傳遞函數(shù)依賴AC→A,B,C,D，AC是超鍵。*AD：AD不能唯一標(biāo)識(shí)，因?yàn)锳→B,AC→D，但AD不包含B。*...其他組合分析后，確認(rèn)AB和AC是超鍵。*檢查非主屬性對(duì)超鍵的依賴：*非主屬性B：B→C。B不完全函數(shù)依賴于所有超鍵（例如，它不依賴于AC）。*非主屬性C：C是主屬性，自動(dòng)滿足。*非主屬性D：D函數(shù)依賴于AC→D。AC是超鍵，所以D函數(shù)依賴于超鍵。*結(jié)論：由于存在非主屬性B，其函數(shù)依賴于B→C，而B不完全函數(shù)依賴于超鍵AC，因此關(guān)系模式R不滿足第三范式（3NF）。*分解：*根據(jù)A→B，可以得到關(guān)系模式R1(A,B)。*剔除A,B后，剩下{C,D}，根據(jù)B→C和AC→D，且B是R1的主鍵，D依賴于B(通過(guò)AC→D,B→C)，需要看C是否函數(shù)依賴于剩余屬性。剩余屬性是{C,D}，不存在非主屬性對(duì)超鍵的依賴（超鍵是{C}）。所以可以得到關(guān)系模式R2(C,D)，其中C是主鍵。*分解后的關(guān)系模式為：R1(A,B),R2(C,D)。*驗(yàn)證：R1(A,B)滿足1NF和2NF(A是超鍵)。R2(C,D)滿足1NF。檢查R2中非主屬性D：D函數(shù)依賴于C(因?yàn)锽→C,AC→D)，C是R2的主鍵，所以D函數(shù)依賴于超鍵C。因此R2滿足3NF。R1沒有非主屬性，視為滿足BCNF。整體分解滿足了3NF。五、分析題1.解析思路：分析并發(fā)執(zhí)行可能的問(wèn)題和解決方案。*問(wèn)題描述：兩個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行，更新不同賬戶，但只使用了共享鎖。*可能問(wèn)題1（數(shù)據(jù)不一致-讀臟數(shù)據(jù)）：假設(shè)T1先讀取A100的余額2000，獲取共享鎖。T2也讀取A100的余額2000（讀到了T1未提交的數(shù)據(jù)），獲取共享鎖。然后T1更新A100為2100并提交。此時(shí)T2再次讀取A100的余額，仍然能讀到T1提交后的2100（即使T1已提交），這被稱為“讀臟數(shù)據(jù)”，違反了隔離性。*可能問(wèn)題2（丟失更新）：假設(shè)T1先讀取A100的余額2000，獲取共享鎖。T2也讀取A100的余額2000，獲取共享鎖。然后T1更新A100為2100并提交，釋放鎖。接著T2根據(jù)自己讀取的舊值2000，更新A100為2500并提交，釋放鎖。最終A100的余額變成了2500，丟失了T1的更新結(jié)果。*解決方案：*使用排他鎖（寫鎖）：當(dāng)一個(gè)事務(wù)需要更新數(shù)據(jù)時(shí)，必須先獲取排他鎖。其他事務(wù)不能讀取也不能更新被排他鎖鎖定的數(shù)據(jù)。這樣T1更新A100時(shí)，會(huì)鎖定A100，T2無(wú)法讀取A100，直到T1釋放鎖。這保證了隔離性，但降低了并發(fā)性。*兩階段鎖協(xié)議（2PL）：要求事務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中，先獲取所有需要的鎖（增長(zhǎng)階段），一旦釋放了第一個(gè)鎖，就不能再請(qǐng)求新的鎖（縮減階段）。這可以防止死鎖，但并不能完全避免讀臟數(shù)據(jù)（如果讀操作不嚴(yán)格遵守協(xié)議）。*樂(lè)觀并發(fā)控制：事務(wù)執(zhí)行時(shí)不立即加鎖，而是在提交時(shí)檢查是否有沖突。例如，檢查要更新的數(shù)據(jù)在事務(wù)執(zhí)行期間是否被其他事務(wù)修改過(guò)。如果檢測(cè)到?jīng)_突，則事務(wù)回滾。這通常需要記錄數(shù)據(jù)版本或時(shí)間戳。*時(shí)間戳協(xié)議：為每個(gè)事務(wù)分配一個(gè)單調(diào)遞增的時(shí)間戳。鎖的規(guī)則可以是“先到先得”或“后到先得”。例如，寫鎖規(guī)則可以是“只有擁有更早時(shí)間戳的事務(wù)才能獲取寫鎖”。2.解析思路：解釋SQL語(yǔ)句的執(zhí)行邏輯和返回信息。*SQL語(yǔ)句：```sqlSELECTA,COUNT(DISTINCTC)ASNumFROMRGROUPBYAHAVINGCOUNT(DISTINCTC)>2;```*查詢過(guò)程解釋：1.`FROMR`：從關(guān)系模式R中選擇數(shù)據(jù)。2.`GROUPBYA`：將結(jié)果按照主屬性A的值進(jìn)行分組。每一組包含所有A值相同的元組。3.`SELECTA,COUNT(DISTINCTC)ASNum`：對(duì)于每一組，選擇該組的A值，并計(jì)算該組中不同C值的數(shù)量（即去重后的C值的個(gè)數(shù)），并將這個(gè)數(shù)量命名為Num。*`COUNT(DISTINCTC)`：統(tǒng)計(jì)分組內(nèi)不同C值的個(gè)數(shù)。例如，某一組A=a1包含元組(t1,a1,c1,d1),(t2,a1,c1,d2),(t3,a1,c2,d3)。那么`COUNT(DISTINCTC)`的值為2，因?yàn)镃有c1和c2兩種不同的值。4.`HAVINGCOUNT(DISTINCTC)>2`：對(duì)分組后