【个人笔记】《数据库原理》第一章习题

1.1 名词解释：数据、数据库、关系数据库、数据库管理系统、数据库系统、属性 实体、联系、关系、关系模式、候选键、主键。

• 数据（Data）是表示客观事物的符号。

• 数据库（Database）是长期存储在计算机内，有组织可共享的大量数据的集合。

• 关系数据库（Relational database）是支持关系模型的数据库。即：所有关系的集合。

  关系数据库的特点：数据存储在表中、表之间可以通过关系连接起来。因此现在常用的sql数据库都是关系数据库。

• 数据库管理系统(Database Management System)是提供给用户，并帮助用户建立、使用和管理数据库的软件系统。其本质是建立在操作系统OS之上，位于OS与用户之间的一个数据管理软件。 举例：Microsoft SQL Server、MySQL等都属于DBMS。注意与"数据库"概念相区分。

• 数据库系统（Database System）是在计算机系统中引入数据库后，由数据库、数据库管理系统、开发工具、 应用系统、数据库管理员和用户等构成的完整系统。

• 属性（Attribute）（字段Field，数据项Data Item）是实体所具有的特性。 例如在如下的数据表中，书名、作者、出版社、出版日期都是书的属性。

• 实体（Entity）（记录Record，元组Tuple）是客观存在且相互区别的事物。 例如在如下的数据表中，每一条记录所描述的一本书都是一个实体。

• 联系是实体集之间或者实体集内部的关联关系。 关系是笛卡尔积的子集。由关系模式和元组集合两部分组成的整体。 例如书籍之间可以存在作者相同、朝代相同等联系。

• 关系是笛卡尔积的子集，是由关系模式和实体集合两部分组成的整体。

• 关系模式是组成关系的关系型，即：关系的结构描述。 例如如下数据表的关系模式可以记作：书籍(书名, 作者, 朝代, 出版日期)

• 候选键（候选码）是能够区分每一个实体的最小属性集。 例如在如下的数据表中，书名可以作为候选键唯一的区分每本书。

• 主键（Primary Key）是被选中使用的候选键。例如在如下的数据表中，可以选择候选键"书名"作为主键。

举例：

书名	作者	朝代	出版日期
西游记	吴承恩	明代	1592年
红楼梦	曹雪芹	清代	1791年
三国演义	罗贯中	明代	1400年

1.2 简述数据库管理系统的功能。

1. 数据定义：DBMS可以定义并创建数据库对象，如表、视图、索引和函数。

2. 数据操纵：增删查改

3. 事务和运行管理：提供相应功能保证数据库的安全、完整、并发性和恢复性。

4. 组织、存储和管理数据：DBMS通过特定的方式将数据组织到数据库中，并对数据进行存储和管理，以降低冗余、提高数据库利用率。

5. 数据库的建立和维护：DBMS提供数据定义及各类对数据操作的具体实现，以及数据库备份、重组重构、性能监控等维运功能。

注：从对DBMS功能定义的角度来看，pgAdmin、Navicat等远程数据库管理软件都不属于DBMS，而PostgreSQL属于DBMS。

1.3 简述数据库系统的组成和特点。

数据库系统由硬件、软件和人员等三大部分组成：

1. 硬件：计算机硬件和数据库专用硬件。

2. 软件：DBMS及其依赖的操作系统、开发工具（编程语言和IDE等专用工具）和应用软件等。

3. 人员：数据库设计员、程序员、数据库管理员和用户等。

数据库系统的特点：

1. 数据永久结构化存储：数据库系统将数据存储在永久的存储设备中，如磁盘或 SSD。这意味着数据不会丢失，即使系统关闭或断电。

2. 冗余度低：数据库系统利用多种技术来降低数据库冗余。

3. 独立性高：数据库的存储和管理与应用程序的开发和运行是分离的。

4. 共享和易扩展：数据库系统可以被多个用户共享，这意味着多个用户可以同时访问和操作数据库中的相同数据。 数据库系统可以根据需求进行扩展。例如，数据库可以增加新的表、字段或索引。

1.4 解释数据模型？常用的数据模型有哪些？简述数据模型的组成要素？

数据模型是实际问题的模拟和抽象。即：针对实际问题，研究数据及其联系，并最终解决问题的方法和步骤。

数据模型分为概念模型、逻辑模型（将概念模型转化为适用于DBMS表示和实现的数据结构模型）、物理模型（计算机内部存取数据的底层实现）

一般提及数据模型，如果上下文没有特别说明，都指逻辑模型。

几种数据模型（逻辑模型）：层次模型（树状结构）、网状模型（网状结构，最复杂）、 关系模型（二维表，最常用） 和面向对象模型（没有推广成功）。

数据模型（逻辑模型）由数据结构、数据操作和数据完整性约束组成。

• 数据结构：数据表中要给某个实体设置哪些属性，要设计哪些一对一/一对多/多对多的关系...（体现了数据对象的静态特征）
• 数据操作：增删改查（体现了数据对象的动态特征）
• 数据完整性约束：实体完整性、参照完整性和用户定义完整性

1.5 简述数据库管理员（Database Administrator, DBA）的职责。

1. 决定数据库的信息内容和结构。
2. 决定数据库的存储结构和存取策略。
3. 定义数据的安全性要求和完整性约束条件。
4. 监控数据库的使用和运行。
5. 数据库的改进、重组和重构。

1.6 简述数据管理技术发展的基本阶段。

1. 人工管理：一个应用程序对应一组数据集合，无法长期储存，没有统一结构化管理，无法共享；数据通过应用程序自行管理。

2. 文件管理

3. 数据库系统

1.7 简述文件系统与数据库系统的区别。

文件系统：

1. 数据可以保存，没有结构化。
2. 数据不具独立性，无法共享。
3. 文件系统管理数据。
4. 数据冗余高。

数据库系统：

1. 数据结构化且易扩充。
2. 数据独立性高，支持共享。
3. 数据库管理系统管理数据。数据库管理系统对数据进行统一管理和控制；同时提供数据安全性保护、数据完整性约束、多用户并发控制和数据库恢复等完善的数据保护机制。
4. 数据冗余度低。

1.8 解释概念模型和 E-R 图，简述概念模型的组成要素。

概念模型是数据及其关系的图形表示。即：利用专用描述工具,按照统一的描述方法，对实 际问题抽象后，而建立的体现数据及其关系的结构模型。

E-R图（Entity-Relationship Diagram）是使用实体-联系方法所建立的用于描述概念模型中实体及其联系的图形。

概念模型的组成要素是实体、属性和联系等。

下面是一个简单的ER图例子：

1.9 解释实体之间的常用联系。

• 一对一联系(1:1)

  举例：一个学生实体只能对应一个学号，一个学号只能对应一个书名

• 一对多联系(1:n)

  举例：一个班级有多个学生，一个学生只能属于一个班级

• 多对多联系(m:n)

  举例：一门课可以有多个学生选修，一个学生也可以选修多门课

1.10 简述数据库系统的模式结构。

• 外模式：用户能够看到和访问的数据的表示方式。

  举例：针对某个购物平台，外模式可以是用户界面或者是暴露的API，通过它用户可以进行商品的搜索、下单等操作。不同用户可能有不同的外模式，这取决于他们的角色和权限。

• 模式：数据库系统中存储数据的逻辑结构和关系。

  举例：在购物平台中，模式包括商品、商家、价格等之间的关系。这个逻辑结构定义了存储在数据库中的数据的组织方式。

• 内模式：数据库系统中数据的存储方式和物理组织结构。它描述了数据在硬盘上如何存储、索引和访问。

  举例：购物平台的内模式可以决定物品数据是如何存储在硬盘上的，可能以文件的形式存储，并采用特定的索引结构加快查询速度。

1.11 解释数据独立性。数据独立性包括哪两种独立性？简述数据库系统模式结构与数据独立性的关系。

数据独立性：应用程序和数据之间相互独立，互相不受影响。具体包括数据的物理独立性 和数据的逻辑独立性。

1. 物理独立性：对数据库内模式进行修改，即数据库的存储结构和存取方法有所变化（如更换数据库引擎），基本不会对模式、外模式和应用程序产生影响。

2. 逻辑独立性：对数据库模式进行修改，即增加记录类型或者增加数据项，基本不会对外模式和应用程序产生影响。