數(shù)據庫系統(tǒng)原理練習題及答案2025年一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列關于關系模型基本性質的描述中，錯誤的是（）。A.同一關系中不允許有完全相同的元組B.元組的順序不影響關系的語義C.屬性的順序嚴格固定，不可交換D.同一屬性的取值必須來自同一域答案：C解析：關系模型中屬性的順序可以交換，不影響關系的語義，因此C錯誤。2.事務T1對數(shù)據A加X鎖后，事務T2請求對A加（）時會被拒絕。A.S鎖B.X鎖C.IS鎖D.IX鎖答案：B解析：X鎖（排它鎖）與任何鎖（包括X鎖）沖突，因此T2請求X鎖會被拒絕；S鎖（共享鎖）與X鎖沖突，也會被拒絕，但選項中B是X鎖，更直接。3.若關系模式R∈3NF，則R一定滿足（）。A.不存在非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴B.不存在主屬性對碼的部分函數(shù)依賴C.不存在非主屬性對碼的傳遞函數(shù)依賴D.不存在主屬性對碼的傳遞函數(shù)依賴答案：C解析：3NF要求消除非主屬性對碼的傳遞函數(shù)依賴，而部分函數(shù)依賴已在2NF中消除，因此C正確。4.關于B+樹索引的特點，正確的是（）。A.所有節(jié)點都存儲數(shù)據記錄B.葉節(jié)點通過指針連接形成有序鏈表C.適合范圍查詢但不適合點查詢D.內部節(jié)點存儲鍵值和記錄指針答案：B解析：B+樹的葉節(jié)點存儲鍵值和記錄指針，且通過指針連接成鏈表，支持高效范圍查詢；內部節(jié)點僅存儲鍵值用于索引，因此B正確。5.數(shù)據庫系統(tǒng)中，日志文件的作用是（）。A.提高查詢效率B.實現(xiàn)數(shù)據加密C.支持事務恢復D.優(yōu)化存儲結構答案：C解析：日志文件記錄事務的所有更新操作，是數(shù)據庫恢復的基礎，因此C正確。6.下列隔離級別中，可能導致“臟讀”的是（）。A.可串行化B.可重復讀C.讀已提交D.讀未提交答案：D解析：讀未提交允許事務讀取未提交的修改，可能導致臟讀，因此D正確。7.關系代數(shù)中，πA,B(σC=5(R×S))等價于（）。A.πA,B(σC=5(R))×πA,B(σC=5(S))B.πA,B(σC=5(R?S))C.πA,B(R)×πA,B(S)其中R.C=5且S.C=5D.πA,B(σR.C=5∧S.C=5(R×S))答案：D解析：笛卡爾積R×S后選擇C=5的元組，再投影A、B，等價于先對笛卡爾積施加選擇條件R.C=5或S.C=5（具體取決于C來自哪個關系），但題目未明確，默認C為公共屬性時選D。8.分布式數(shù)據庫中，數(shù)據分片的基本原則不包括（）。A.完備性B.重構性C.冗余性D.可分割性答案：C解析：數(shù)據分片需滿足完備性（所有數(shù)據被分片）、重構性（可由分片重建原數(shù)據）、可分割性（分片獨立），冗余性是數(shù)據復制的特性，因此C錯誤。9.下列不屬于數(shù)據庫完整性約束的是（）。A.實體完整性B.參照完整性C.安全性約束D.用戶定義的完整性答案：C解析：完整性約束包括實體、參照、用戶定義的完整性，安全性約束屬于訪問控制，因此C錯誤。10.查詢優(yōu)化中，“盡早執(zhí)行選擇操作”的目的是（）。A.減少中間結果的大小B.避免索引失效C.提高并發(fā)性D.簡化關系代數(shù)表達式答案：A解析：選擇操作可減少參與后續(xù)操作的元組數(shù)量，降低計算量，因此A正確。二、填空題（每空2分，共20分）1.數(shù)據庫管理系統(tǒng)（DBMS）的核心功能是______，其通過______機制實現(xiàn)對數(shù)據的統(tǒng)一管理。答案：數(shù)據管理；事務2.關系模型中，候選碼的最小性是指______。答案：候選碼的任意真子集都不能唯一標識元組3.事務的ACID特性中，______由日志和恢復機制保證，______由鎖機制或時間戳機制保證。答案：持久性；隔離性4.B樹的高度主要影響______，而B+樹的葉節(jié)點鏈表結構主要優(yōu)化______。答案：查詢效率；范圍查詢5.數(shù)據庫設計的六個階段包括需求分析、概念結構設計、______、物理結構設計、______、運行維護。答案：邏輯結構設計；數(shù)據庫實施6.并發(fā)控制的主要方法是______，其中______協(xié)議通過保證事務按順序獲得鎖來預防死鎖。答案：封鎖；順序封鎖三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述三級封鎖協(xié)議如何保證事務的隔離性和一致性。答案：三級封鎖協(xié)議通過不同的鎖釋放時機保證隔離性：-一級封鎖協(xié)議：事務T在修改數(shù)據前加X鎖，直到事務結束釋放。防止丟失修改，但允許讀“臟數(shù)據”。-二級封鎖協(xié)議：在一級基礎上，事務T在讀數(shù)據前加S鎖，讀完釋放。防止丟失修改和臟讀，但可能不可重復讀。-三級封鎖協(xié)議：在一級基礎上，事務T在讀數(shù)據前加S鎖，直到事務結束釋放。防止丟失修改、臟讀和不可重復讀，保證可串行化調度，從而保證隔離性和一致性。2.說明E-R模型向關系模型轉換的規(guī)則，并舉例說明多對多聯(lián)系的處理方式。答案：轉換規(guī)則：-實體轉換為關系，屬性為關系屬性，主碼為實體主碼。-1:1聯(lián)系：可將任一實體的主碼加入另一實體的關系中作為外碼，或單獨建立關系（主碼為任一方主碼）。-1:n聯(lián)系：將“1”方的主碼加入“n”方的關系中作為外碼。-m:n聯(lián)系：必須單獨建立關系，主碼為兩端實體主碼的組合，屬性為聯(lián)系的屬性。示例：學生（學號，姓名）與課程（課程號，名稱）的多對多聯(lián)系“選課”，轉換為選課（學號，課程號，成績），其中學號是學生的外碼，課程號是課程的外碼，主碼為（學號，課程號）。3.比較聚簇索引與非聚簇索引的區(qū)別，并說明各自適用場景。答案：區(qū)別：-聚簇索引：數(shù)據記錄的物理順序與索引順序一致，一個表最多一個聚簇索引。-非聚簇索引：數(shù)據記錄的物理順序與索引順序無關，一個表可多個非聚簇索引。適用場景：-聚簇索引：適用于經常按索引列范圍查詢或排序的表（如按日期查詢訂單），可減少I/O。-非聚簇索引：適用于經常點查詢（如按ID查詢用戶）或需要多個查詢條件的表（如同時按姓名和郵箱查詢）。4.簡述數(shù)據庫恢復的基本技術，并說明“檢查點”在恢復中的作用。答案：基本技術：-數(shù)據轉儲：定期備份數(shù)據庫，分為靜態(tài)轉儲（無事務運行時）和動態(tài)轉儲（事務運行時）。-日志記錄：記錄事務的更新操作，包括前像（舊值）和后像（新值）。檢查點的作用：-定期記錄當前所有活動事務的狀態(tài)和日志位置，恢復時只需處理檢查點后的日志，減少恢復時間。-避免掃描全部日志，提高恢復效率。5.解釋查詢優(yōu)化中的“代價模型”，并列舉影響查詢代價的主要因素。答案：代價模型是估算查詢執(zhí)行成本的數(shù)學模型，通常用I/O代價、CPU代價、內存代價之和表示。影響因素：-關系的大?。ㄔM數(shù)量、元組長度）。-索引的使用情況（是否有合適的索引加速查詢）。-操作的類型（如嵌套循環(huán)連接vs哈希連接）。-可用的內存大?。ㄓ绊懼虚g結果的存儲方式）。-數(shù)據的分布（如是否存在數(shù)據傾斜）。四、綜合題（每題15分，共30分）1.某醫(yī)院信息管理系統(tǒng)需要管理以下信息：-醫(yī)生：醫(yī)生編號（唯一）、姓名、科室、職稱。-患者：患者編號（唯一）、姓名、性別、年齡。-就診：醫(yī)生為患者看病，記錄就診日期、診斷結果、處方（可能包含多個藥品）。-藥品：藥品編號（唯一）、名稱、規(guī)格、單價。要求：（1）設計滿足需求的E-R圖（需標注實體、屬性、聯(lián)系及聯(lián)系類型）。（2）將E-R圖轉換為關系模式，注明主碼和外碼。答案：（1）E-R圖設計：-實體：醫(yī)生（醫(yī)生編號，姓名，科室，職稱）、患者（患者編號，姓名，性別，年齡）、藥品（藥品編號，名稱，規(guī)格，單價）。-聯(lián)系：-就診（醫(yī)生，患者）：多對多（一個醫(yī)生可看多個患者，一個患者可看多個醫(yī)生），屬性：就診日期、診斷結果。-包含（就診，藥品）：多對多（一次就診可能開多個藥品，一個藥品可被多次就診包含），屬性：數(shù)量（或劑量）。（2）關系模式轉換：-醫(yī)生（醫(yī)生編號，姓名，科室，職稱）主碼：醫(yī)生編號。-患者（患者編號，姓名，性別，年齡）主碼：患者編號。-藥品（藥品編號，名稱，規(guī)格，單價）主碼：藥品編號。-就診（就診ID，醫(yī)生編號，患者編號，就診日期，診斷結果）主碼：就診ID；外碼：醫(yī)生編號（參照醫(yī)生）、患者編號（參照患者）。-處方（就診ID，藥品編號，數(shù)量）主碼：（就診ID，藥品編號）；外碼：就診ID（參照就診）、藥品編號（參照藥品）。（注：就診關系中添加就診ID作為主碼，避免（醫(yī)生編號，患者編號，就診日期）可能的重復；處方關系處理就診與藥品的多對多聯(lián)系。）2.考慮關系R(A,B,C,D)，其中函數(shù)依賴集F={A→B,BC→D,D→A}。（1）求R的所有候選碼。（2）判斷R屬于第幾范式（需說明理由）。（3）若R不屬于3NF，將其分解為3NF模式集。答案：（1）候選碼求解：-計算屬性閉包：-A+={A,B}（A→B）。-B+={B}。-C+={C}。-D+={D,A,B}（D→A，A→B）。-AC+：A→B→AC→ABC；BC→D→ABC→ABCD。因此AC+={A,B,C,D}，AC是候選碼。-同理，BC+：B→無，C→無，BC→D（BC→D），D→A（D→A），A→B（A→B），因此BC+={B,C,D,A}，BC也是候選碼。-CD+：C→無，D→A,B→CD→CDA,B；A→B（已包含），BC→D（已包含），因此CD+={C,D,A,B}，CD也是候選碼。-綜上，候選碼為AC、BC、CD。（2）范式判斷：-R的主碼是AC、BC、CD，所有屬性都是主屬性（A、B、C、D均為主屬性）。-檢查是否存在主屬性對碼的部分函數(shù)依賴：候選碼長度為2，所有函數(shù)依賴的決定因素都是單個屬性或兩個屬性的組合，沒有主屬性對碼的部分依賴（部分依賴要求決定因素是碼的真子集，而碼長度為2，真子集長度為1，如A→B中A是AC的真子集，但B是主屬性嗎？B是主屬性，因為主碼包含A、B、C、D？不，主碼是AC、BC、CD，主屬性是A、B、C、D中的哪些？主屬性是所有出現(xiàn)在候選碼中的屬性，即A、B、C、D均為主屬性（AC包含A、C；BC包含B、C；CD包含C、D）。因此，A→B中，A是候選碼AC的真子集，B是主屬性，因此存在主屬性對碼的部分函數(shù)依賴（AC→B，但A→B）。-因此，R不滿足2NF（2NF要求不存在非主屬性對碼的部分依賴，但這里主屬性對碼存在部分依賴，嚴格來說，2NF的定義是消除非主屬性對碼的部分依賴，主屬性的部分依賴不影響2NF？需要重新分析：2NF的定義是關系模式R∈1NF，且每個非主屬性完全函數(shù)依賴于任何一個候選碼。本題中所有屬性都是主屬性，因此R∈2NF。-檢查3NF：3NF要求消除非主屬性對碼的傳遞依賴。由于所有屬性都是主屬性，不存在非主屬性，因此R∈3NF？但原函數(shù)依賴中存在傳遞依賴，如A→B，BC→D，D→A，可能形成傳遞鏈。例如，A→B，B→？B沒有直接決定其他屬性，但BC→D，D→A，A→B，所以BC→D→A→B，存在主屬性之間的傳遞依賴，但3NF不要求消除主屬性之間的傳遞依賴，因此R∈3NF。（注：此處可能存在爭議，需嚴格按定義：3NF要求對于任何非平凡函數(shù)依賴X→Y，要么X是超碼，要么Y是主屬性。本題中，A→B，X=A不是超碼（A+={A,B}≠全屬性），但Y=B是主屬性，因此滿足3NF條件；B