2025年數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某電商平臺(tái)訂單表需支持高頻查詢“用戶近30天訂單”，同時(shí)需保證歷史訂單（超過1年）的歸檔效率。以下設(shè)計(jì)中最合理的是（）A.為訂單表添加用戶ID和下單時(shí)間的聯(lián)合主鍵B.按用戶ID分庫，訂單表按下單時(shí)間做范圍分區(qū)C.在訂單表上創(chuàng)建用戶ID的哈希索引D.將歷史訂單定期遷移至列式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫2.關(guān)系模式R（A,B,C,D），函數(shù)依賴集F={AB→C,C→D,D→A}，則R的主碼是（）A.ABB.BCC.CDD.BD3.分布式數(shù)據(jù)庫中，若某事務(wù)需更新北京、上海兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的用戶余額，為保證原子性，最適合的協(xié)議是（）A.兩階段鎖協(xié)議（2PL）B.時(shí)間戳排序協(xié)議（TSO）C.三階段提交協(xié)議（3PC）D.樂觀并發(fā)控制協(xié)議4.某銀行核心系統(tǒng)要求“同一賬戶的轉(zhuǎn)賬操作必須在100ms內(nèi)完成，且任何網(wǎng)絡(luò)中斷后數(shù)據(jù)不丟失”，需重點(diǎn)滿足的事務(wù)特性是（）A.原子性（Atomicity）與持久性（Durability）B.一致性（Consistency）與隔離性（Isolation）C.原子性與隔離性D.一致性與持久性5.設(shè)計(jì)醫(yī)療影像數(shù)據(jù)庫時(shí)，需存儲(chǔ)DICOM格式的影像文件（平均50MB），并支持按患者ID、檢查類型快速檢索。以下方案最優(yōu)的是（）A.將影像文件直接存儲(chǔ)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的BLOB字段中B.影像文件存儲(chǔ)于對象存儲(chǔ)（如S3），數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)（患者ID、檢查時(shí)間、文件路徑）C.使用列式數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)影像的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，按患者ID分塊D.將影像文件壓縮后存儲(chǔ)在文檔數(shù)據(jù)庫（如MongoDB）的二進(jìn)制字段中6.某社交平臺(tái)用戶表（用戶ID，姓名，手機(jī)號，注冊時(shí)間，最后登錄時(shí)間）需支持“按手機(jī)號快速查找用戶”和“統(tǒng)計(jì)每日新增用戶數(shù)”，應(yīng)創(chuàng)建的索引是（）A.手機(jī)號的唯一索引，注冊時(shí)間的普通索引B.手機(jī)號的哈希索引，注冊時(shí)間的聚簇索引C.手機(jī)號的B+樹索引，注冊時(shí)間的B+樹索引D.手機(jī)號的覆蓋索引，注冊時(shí)間的復(fù)合索引7.以下關(guān)于數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計(jì)的描述中，錯(cuò)誤的是（）A.事實(shí)表通常包含大量度量值和外鍵B.維度表需定期更新以反映業(yè)務(wù)變化（如地區(qū)劃分調(diào)整）C.星型模型比雪花模型更適合復(fù)雜查詢D.需考慮慢變化維（SCD）的處理（如用戶地址變更）8.某物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)需存儲(chǔ)傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（每秒10萬條，每條包含設(shè)備ID、時(shí)間戳、溫度、濕度），要求支持“按設(shè)備ID查詢近7天的分鐘級溫度均值”，最合理的存儲(chǔ)方案是（）A.使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，按設(shè)備ID分表，時(shí)間戳為主鍵B.使用時(shí)序數(shù)據(jù)庫（如InfluxDB），以設(shè)備ID和時(shí)間戳為標(biāo)簽C.使用文檔數(shù)據(jù)庫（如MongoDB），每條記錄存儲(chǔ)設(shè)備ID和時(shí)間序列數(shù)據(jù)數(shù)組D.使用列存數(shù)據(jù)庫（如ClickHouse），按設(shè)備ID分區(qū)，時(shí)間戳排序9.為防止“臟讀”，數(shù)據(jù)庫的隔離級別至少需設(shè)置為（）A.讀未提交（ReadUncommitted）B.讀已提交（ReadCommitted）C.可重復(fù)讀（RepeatableRead）D.串行化（Serializable）10.設(shè)計(jì)分布式數(shù)據(jù)庫的分片策略時(shí)，若需保證“同一用戶的所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在同一分片”，應(yīng)采用的分片鍵是（）A.隨機(jī)哈希分片B.范圍分片（如按用戶ID范圍）C.基于用戶ID的哈希分片D.基于時(shí)間戳的范圍分片二、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述第三范式（3NF）與BCNF的區(qū)別，并舉例說明一個(gè)滿足3NF但不滿足BCNF的關(guān)系模式。2.說明聚簇索引與非聚簇索引的核心差異，分別列舉一個(gè)適合使用聚簇索引和非聚簇索引的場景。3.分布式事務(wù)中，為何“網(wǎng)絡(luò)分區(qū)”會(huì)破壞CAP定理中的一致性（Consistency）？請結(jié)合具體場景解釋。4.數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計(jì)中，“事實(shí)表”與“維度表”的作用分別是什么？說明星型模型與雪花模型的主要區(qū)別。5.數(shù)據(jù)庫備份策略中，“全量備份+增量備份”與“全量備份+日志備份”的適用場景有何不同？三、設(shè)計(jì)題（20分）某在線教育平臺(tái)需設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，核心業(yè)務(wù)包括：用戶（學(xué)生、教師）注冊與登錄（需存儲(chǔ)姓名、手機(jī)號、郵箱、角色）；課程發(fā)布（教師創(chuàng)建課程，包含課程名稱、簡介、開課時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、最大人數(shù)）；學(xué)生選課（記錄選課時(shí)間，需支持退課）；作業(yè)提交（教師發(fā)布作業(yè)，學(xué)生提交作業(yè)文件，記錄提交時(shí)間、得分）；課程評價(jià)（學(xué)生結(jié)課后對課程評分，存儲(chǔ)評分（1-5分）和文字評價(jià)）。要求：（1）繪制核心實(shí)體-關(guān)系（ER）圖（需標(biāo)注實(shí)體屬性、聯(lián)系類型及約束）；（2）將ER圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，標(biāo)注主鍵（PK）和外鍵（FK）；（3）分析關(guān)系模式是否滿足3NF，若不滿足需說明原因并優(yōu)化；（4）設(shè)計(jì)關(guān)鍵索引（至少3個(gè)），并說明理由；（5）針對“同時(shí)有10萬學(xué)生選課”的高并發(fā)場景，提出2條數(shù)據(jù)庫優(yōu)化策略。四、綜合應(yīng)用題（30分）某醫(yī)療健康數(shù)據(jù)平臺(tái)需整合醫(yī)院HIS系統(tǒng)、體檢中心、可穿戴設(shè)備（如智能手表）的多源數(shù)據(jù)，支持以下業(yè)務(wù)：患者全生命周期健康數(shù)據(jù)查詢（包括診斷記錄、檢查報(bào)告、體檢指標(biāo)、心率/血壓等實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)）；醫(yī)生對患者的跨院診療協(xié)作（需更新患者的用藥記錄、手術(shù)計(jì)劃）；基于歷史數(shù)據(jù)的疾病預(yù)測分析（如糖尿病風(fēng)險(xiǎn)評估）；符合GDPR/《個(gè)人信息保護(hù)法》的隱私保護(hù)（需支持?jǐn)?shù)據(jù)去標(biāo)識化、權(quán)限控制）。要求：（1）設(shè)計(jì)概念模型（ER圖或UML類圖），說明主要實(shí)體（至少5個(gè)）及其屬性、實(shí)體間聯(lián)系；（2）設(shè)計(jì)邏輯模型（關(guān)系模式），考慮多源數(shù)據(jù)的整合方式（如異構(gòu)數(shù)據(jù)清洗、主數(shù)據(jù)管理）；（3）針對實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)（如每5秒采集一次的心率），設(shè)計(jì)存儲(chǔ)方案（包括數(shù)據(jù)庫類型選擇、表結(jié)構(gòu)、索引策略）；（4）設(shè)計(jì)分布式事務(wù)方案（如醫(yī)生跨院更新患者用藥記錄），需考慮網(wǎng)絡(luò)延遲和節(jié)點(diǎn)故障；（5）提出3項(xiàng)隱私保護(hù)技術(shù)措施，并說明如何與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)結(jié)合。答案--一、單項(xiàng)選擇題1.B（按用戶ID分庫減少跨庫查詢，時(shí)間范圍分區(qū)便于歸檔）2.B（推導(dǎo)：BC→B→AB→C→D→A，故BC能決定所有屬性）3.C（3PC比2PC更能應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，減少阻塞）4.A（100ms內(nèi)完成強(qiáng)調(diào)原子性，數(shù)據(jù)不丟失強(qiáng)調(diào)持久性）5.B（對象存儲(chǔ)適合大文件，數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)便于檢索）6.C（手機(jī)號需精確查找用B+樹，注冊時(shí)間需范圍查詢用B+樹）7.C（雪花模型通過維度表分層支持更復(fù)雜查詢）8.B（時(shí)序數(shù)據(jù)庫優(yōu)化時(shí)間序列存儲(chǔ)，支持標(biāo)簽查詢和聚合）9.B（讀已提交避免臟讀）10.C（用戶ID哈希分片保證數(shù)據(jù)局部性）二、簡答題1.區(qū)別：3NF要求非主屬性不傳遞依賴于主碼，BCNF要求所有決定因素（包括主屬性）都包含候選碼。例：關(guān)系模式R（S,T,J），函數(shù)依賴{S→T,T→J,J→S}，候選碼為S、T、J。所有屬性都是主屬性，無傳遞依賴（滿足3NF），但存在T→J（T不是候選碼），故不滿足BCNF。2.核心差異：聚簇索引決定數(shù)據(jù)物理存儲(chǔ)順序，一個(gè)表僅一個(gè)；非聚簇索引存儲(chǔ)索引鍵和行指針，可多個(gè)。場景：聚簇索引適合經(jīng)常按范圍查詢的表（如訂單表按時(shí)間排序）；非聚簇索引適合頻繁按非主鍵字段查詢（如用戶表按手機(jī)號查詢）。3.網(wǎng)絡(luò)分區(qū)時(shí)，分布式系統(tǒng)被分割為多個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)。若要求一致性（所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)相同），則子系統(tǒng)間無法通信時(shí)需拒絕寫操作（犧牲可用性）；若允許子系統(tǒng)獨(dú)立寫（保持可用性），則數(shù)據(jù)會(huì)不一致（犧牲一致性）。例：銀行系統(tǒng)北京、上海節(jié)點(diǎn)因網(wǎng)絡(luò)中斷，北京節(jié)點(diǎn)扣減用戶A余額后，上海節(jié)點(diǎn)無法同步，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。4.事實(shí)表：存儲(chǔ)業(yè)務(wù)事件的度量值（如銷售額）和外鍵（關(guān)聯(lián)維度）；維度表：描述業(yè)務(wù)上下文（如時(shí)間、地區(qū)、產(chǎn)品）。星型模型：事實(shí)表直接關(guān)聯(lián)維度表（維度表不進(jìn)一步分層）；雪花模型：維度表可進(jìn)一步分解為子維度表（如地區(qū)→國家→省份→城市）。5.全量+增量：適合數(shù)據(jù)修改頻繁但備份空間有限的場景（如日志系統(tǒng)），恢復(fù)時(shí)需按順序應(yīng)用全量+所有增量；全量+日志：適合需要精確恢復(fù)到某時(shí)間點(diǎn)的場景（如核心交易系統(tǒng)），恢復(fù)時(shí)用全量+日志重放至目標(biāo)時(shí)間。三、設(shè)計(jì)題（1）ER圖：實(shí)體：用戶（用戶ID，姓名，手機(jī)號，郵箱，角色）；課程（課程ID，名稱，簡介，開課時(shí)間，結(jié)束時(shí)間，最大人數(shù)，教師ID）；選課記錄（記錄ID，用戶ID，課程ID，選課時(shí)間，退課時(shí)間）；作業(yè)（作業(yè)ID，課程ID，教師ID，發(fā)布時(shí)間）；作業(yè)提交（提交ID，作業(yè)ID，用戶ID，提交時(shí)間，文件路徑，得分）；課程評價(jià)（評價(jià)ID，用戶ID，課程ID，評分，評價(jià)內(nèi)容，評價(jià)時(shí)間）。聯(lián)系：教師（用戶角色=教師）發(fā)布課程（1:N）；學(xué)生（用戶角色=學(xué)生）選課（N:M，選課記錄為聯(lián)系實(shí)體）；教師發(fā)布作業(yè)（1:N，作業(yè)→課程）；學(xué)生提交作業(yè)（N:M，作業(yè)提交為聯(lián)系實(shí)體）；學(xué)生評價(jià)課程（N:M，課程評價(jià)為聯(lián)系實(shí)體）。（2）關(guān)系模式：用戶（用戶ID(PK)，姓名，手機(jī)號（唯一），郵箱（唯一），角色）課程（課程ID(PK)，名稱，簡介，開課時(shí)間，結(jié)束時(shí)間，最大人數(shù)，教師ID(FK→用戶.用戶ID)）選課記錄（記錄ID(PK)，用戶ID(FK→用戶.用戶ID)，課程ID(FK→課程.課程ID)，選課時(shí)間，退課時(shí)間（允許空））作業(yè)（作業(yè)ID(PK)，課程ID(FK→課程.課程ID)，教師ID(FK→用戶.用戶ID)，發(fā)布時(shí)間）作業(yè)提交（提交ID(PK)，作業(yè)ID(FK→作業(yè).作業(yè)ID)，用戶ID(FK→用戶.用戶ID)，提交時(shí)間，文件路徑，得分（允許空））課程評價(jià)（評價(jià)ID(PK)，用戶ID(FK→用戶.用戶ID)，課程ID(FK→課程.課程ID)，評分（1-5），評價(jià)內(nèi)容，評價(jià)時(shí)間）（3）3NF分析：所有非主屬性均直接依賴于主碼，無傳遞依賴（如課程的教師ID直接依賴課程ID，用戶的角色直接依賴用戶ID），滿足3NF。（4）關(guān)鍵索引：用戶表（手機(jī)號）：唯一索引，支持快速登錄驗(yàn)證；課程表（教師ID，開課時(shí)間）：復(fù)合索引，支持教師查詢自己發(fā)布的課程；選課記錄（課程ID，選課時(shí)間）：索引，支持課程的選課人數(shù)統(tǒng)計(jì)和截止時(shí)間控制；作業(yè)提交（作業(yè)ID，用戶ID）：復(fù)合唯一索引，防止同一學(xué)生重復(fù)提交同一作業(yè)。（5）高并發(fā)優(yōu)化策略：分庫分表：按用戶ID哈希分庫，選課記錄按課程ID分表，減少單庫壓力；分布式事務(wù)：使用Seata等框架實(shí)現(xiàn)選課的原子性（扣減課程剩余名額+插入選課記錄）；緩存預(yù)熱：課程詳情頁緩存至Redis，減少數(shù)據(jù)庫查詢；異步處理：退課操作通過消息隊(duì)列（如Kafka）異步處理，避免阻塞主流程。四、綜合應(yīng)用題（1）概念模型（ER圖）：實(shí)體：患者（患者ID，姓名，身份證號（脫敏），出生日期）；醫(yī)療機(jī)構(gòu)（機(jī)構(gòu)ID，名稱，類型（醫(yī)院/體檢中心））；診療記錄（記錄ID，患者ID，機(jī)構(gòu)ID，診斷時(shí)間，診斷結(jié)果，醫(yī)生ID）；檢查報(bào)告（報(bào)告ID，患者ID，檢查類型（CT/血檢），檢查時(shí)間，結(jié)果文件路徑）；監(jiān)測數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)ID，患者ID，設(shè)備ID，采集時(shí)間，心率，血壓）；醫(yī)生（醫(yī)生ID，姓名，所屬機(jī)構(gòu)ID）。聯(lián)系：患者在醫(yī)療機(jī)構(gòu)就診（N:M，診療記錄為聯(lián)系實(shí)體）；患者有檢查報(bào)告（1:N）；患者通過設(shè)備提供監(jiān)測數(shù)據(jù)（1:N）；醫(yī)生屬于醫(yī)療機(jī)構(gòu)（N:1）；醫(yī)生創(chuàng)建診療記錄（N:1）。（2）邏輯模型：患者（患者ID(PK)，匿名ID（哈希身份證號），姓名，出生日期）醫(yī)療機(jī)構(gòu)（機(jī)構(gòu)ID(PK)，名稱，類型）醫(yī)生（醫(yī)生ID(PK)，姓名，機(jī)構(gòu)ID(FK→醫(yī)療機(jī)構(gòu).機(jī)構(gòu)ID)）診療記錄（記錄ID(PK)，患者ID(FK→患者.患者ID)，機(jī)構(gòu)ID(FK→醫(yī)療機(jī)構(gòu).機(jī)構(gòu)ID)，醫(yī)生ID(FK→醫(yī)生.醫(yī)生ID)，診斷時(shí)間，診斷結(jié)果）檢查報(bào)告（報(bào)告ID(PK)，患者ID(FK→患者.患者ID)，檢查類型，檢查時(shí)間，結(jié)果路徑（指向?qū)ο蟠鎯?chǔ)））監(jiān)測數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)ID(PK)，患者ID(FK→患者.患者ID)，設(shè)備ID，采集時(shí)間，心率，血壓）主數(shù)據(jù)表（源系統(tǒng)標(biāo)識，源ID，患者ID，同步時(shí)間）：用于多源數(shù)據(jù)整合（如HIS系統(tǒng)的患者ID與可穿戴設(shè)備的用戶ID映射）。（3）實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案：數(shù)據(jù)庫類型：選擇時(shí)序數(shù)據(jù)庫（如TimescaleDB），優(yōu)化時(shí)間序列數(shù)據(jù)的寫入和聚合查詢；表結(jié)構(gòu)：監(jiān)測數(shù)據(jù)（患者ID，設(shè)備ID，采集時(shí)間(PK)，心率，血壓）；索引策略：按患者ID和設(shè)備ID分區(qū)（減少跨分區(qū)查詢），按采集時(shí)間創(chuàng)建聚簇索引（支持“近7天數(shù)據(jù)”的快速范圍查詢）；數(shù)據(jù)保留：設(shè)置自動(dòng)過期策略（如保留2年數(shù)據(jù)，舊數(shù)據(jù)歸檔至對象存儲(chǔ)）。（4）分布式事務(wù)方案（跨院更新用藥記錄）：采用TCC（Try-Confirm-Cancel）模式：Try階段：北京醫(yī)院鎖定患者用藥記錄（標(biāo)記為“更新中”），上海醫(yī)院檢查患者存在性并鎖定；Confirm階段：北京醫(yī)院提交用藥變更，上海醫(yī)院同步更新；Cancel階段：任一節(jié)點(diǎn)失敗時(shí)，回滾鎖定并恢復(fù)原數(shù)據(jù)；引入分布