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数据库课后答案(第三版)

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  • 2025/6/17 7:43:45

3)数据模型的三要素:

数据模型一般由数据结构、数据操作和数据完整性约束三部分组成(俗称三要素),是严格定义的一组概念的集合。

(1)数据结构:数据结构用于描述系统的静态特性,是所研究的对象类型的集合。数据模型按其数据结构分为层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型。其所研究的对象是数据库的组成部分,它们包括两类,一类是与数据类型、内容、性质有关的对象,例如网状模型中的数据项、记录,关系模型中的域、属性、实体关系等;一类是与数据之间联系有关的对象,例如网状模型中的系型、关系模型中反映联系的关系等。

数据模型的三要素示意图

(2)数据操作:数据操作用于描述系统的动态特性,是指对数据库中各种对象及对象的实例允许执行的操作的集合,包括对象的创建、修改和删除,对对象实例的检索和更新(例如插入、删除和修改)两大类操作及其它有关的操作等。数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规则(如优先级)以及实现操作的语言等。

(3)数据完整性约束:数据的完整性约束是一组完整性约束规则的集合。完整性约束规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则,用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化,以保证数据的正确、有效、相容。

数据模型的三要素紧密依赖相互作用形成一个整体(如图示意),如此才能全面正确地抽象、描述来反映现实世界数据的特征。 5、试述概念模型的作用。 解:

数据模型应满足三方面的要求:一是能比较真实地模拟现实世界;二是容易为人所理解;三是便于在计算机上实现。

概念模型,也称信息模型,它是按用户的观点来对数据和信息建模的,主要用于数据库设计。

为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一DBMS支持的数据模型,人们常常首先将现实世界抽象为信息世界,然后将信息世界转换(或数据化)为机器世界。也就是说,首先把现实世界中的客观对象抽象为某一种信息结构,这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统,不是某一个DBMS支持的数据模型,而是概念级的模型。

概念模型提供给我们从现实世界到信息世界模型化数据和信息手段与工具。若没有概念模型现实世界的问题很难转化到机器世界的数据库系统中来处理。 6、定义并理解概念模型中的以下术语:

实体、实体型、实体集、属性、码、实体联系图(E-R图)、三种联系类型 解:

(1)实体:实体是指客观存在并可以相互区别的事物。实体可以是具体的人、事、物。例如,一个学生,一位老师,一门课程,一个部门;也可以是抽象的概念或联系,把它看作为实体。例如,学生的选课,老师的授课等等都是实体。

(2)实体型:具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。用实体名及其属性名集合组成的形式,称为实体型。例如,教师(教师号,姓名,职称,年龄)就是一个教师实体型。

(3)实体集:实体集是指同型实体的集合。例如,全体教师就是一个实体集。即教师实体集={'张三','李四',……}

(4)属性:属性是指实体所具有的某一特性。例如教师实体可以由教师号、姓名、年龄、职称等属性组成。 (5)码:码是指唯一标识实体的属性集。例如教师号在教师实体中就是码。

(6)联系:联系是指实体型与实体型之间、实体集内实体与实体之间以及组成实体的各属性间的关系。两个实体型之间的联系有以下三种:

1)一对一联系:如果实体集A中的每一个实体,至多有一个实体集B的实体与之对应。反之,实体集B

中的每一个实体,也至多有一个实体集A的实体与之对应,则称实体集A与实体集B具有一对一联系,记作1:1。

例如,在学校里,一个系只有一个系主任,而一个系主任只在某一个系中任职,则系型与系主任型之间(或说系与系主任之间)具有一对一联系。

2)一对多联系:如果实体集A中的每一个实体,实体集B中的N个实体与之相对应,反之,如果实体集B中的每一个实体,实体集A中至多只有一个实体与之相对应,则称实体集A与实体集B具有一对多联系,记作1:N。

例如,一个系中有若干名教师,而每个教师只在一个系中任教,则系与教师之间具有一对多联系。 3)多对多联系:如果实体集A中的每一个实体,实体集B中有n个实体与之相对应,反之,如果实体集B中的每一个实体,实体集A也有m(m≥0)个实体与之相对应,则称实体集A与实体集B具有多对多的联系,记作m:n。

例如,一门课程同时有若干个教师讲授,而一个教师可以同时讲授多门课程,则课程与教师之间具有多对多联系。

单个或多个实体型之间也有类似于两个实体型之间的三种联系类型。具体略。 (7)实体联系图(E-R图)

实体联系图(E-R图)又称实体-联系方法。该方法用直观图形来描述现实世界抽象出的信息。E-R图提供了表示实体型、属性和联系的方法。

E-R图是体现实体型、属性和联系的之间关系的图形表示形式。具体表示方法为: 实体型:用矩形表示,矩形框内写明实体名。

属性:用椭圆表示,椭圆形内写明属性名。并用无向边将其与相应的实体连接起来。

联系:用菱形表示,菱形框内写明联系名,并用无向边分别与有关实体连接起来,同时在无向边旁标上联系的类型(1:1、1:n或m:n)。 举例说明略。

7、学校有若干个系,每个系有若干班级和教研室,每个教研室有若干教师,每个教师只教一门课,每门课可由多个教师教;每个班有若干学生,每个学生选修若干课程,每门课程可由若干学生选修。请用E-R图画出该学校的概念模型,注明联系类型。 解:

8、每种工厂生产的产品由不同的零件组成,有的零件可用于不同的产品。这些零件由不同的原材料制成,不同的零件所用的材料可以相同。一个仓库存放多种产品,一种产品存放在一个仓库中。零件按所属的不同产品分别放在仓库中,原材料按照类别放在若干仓库中(不跨仓库存放)。请用E-R图画出此关于产品,零件,材料,仓库的概念模型,注明联系类型。 解:

9、分别给出一个层次、网状和关系模型的实例。 解:

1)层次模型的实例

图1.17给出了一个系的层次模型。 图1.17 一个层次模型的示例

图1.18是图1.17的具体化,成为一个教师-学生层次数据库。该层次数据库有四个记录型。记录型系是根结点,由系编号、系名、办公地三个字段组成。它有两个子女结点教研室和学生。记录型教研室是系的子女结点,同时又是教师的双亲结点,它是教研室编号、教研室名两个字段组成。记录类型学生由学号、姓名、年龄三个字段组成。记录教师由教师号、姓名、研究方向三个字段组成。学生与教师是叶结点,它们没有子女结点。由系到教研室、教研室到教师、系到学生均是一对多的联系。 图1.18 教师-学生数据库模型

图1.19是图1.18数据库模型的一个值。

图1.19 教师-学生数据库的一个值 2)网状模型的实例

下面以教师授课为例,教师授课数据库可包含三个记录:教师、课程和授课。

每个教师可以讲授多门课程,显然对教师记录中的一个值,授课记录中可以有多个值与之联系,而授课记录中的一个值,只能与教师记录中的一个值联系。教师与授课之间联系是一对多的联系联系名为T-TC。同样,课程与授课之间的联系也是一对多的联系,联系名为C-TC。图1.24为教师授课数据库的网状数据库模式。

图1.24 教师、课程、授课的网状数据库模式 教师授课数据库的实例如图1.25所示。 图1.25 教师/授课/课程的网状数据库实例 3)关系模型的实例 学号 SNO 200401 200401 200401 200402 200403 SC选课表 10、试述层次、网状和关系数据库的优缺点。 解:

1)层次模型的优缺点 层次模型的优点:

(1)层次模型本身比较简单。

(2)对于实体间联系是固定的,且预先定义好的应用系统,采用层次模型来实现,其性能较优。 (3)层次模型提供了良好的完整性支持。 层次模型的缺点主要有:

(1)现实世界中很多联系是非层次性的,如多对多联系,一个结点具有多个双亲等,层次模型表示这类联系的方法很笨拙,只能通过引入冗余数据或创建非自然的数据组织来解决。 (2)对插入和删除操作的限制太多,影响太大。

(3)查询子女结点必须通过双亲结点,缺乏快速定位机制。 (4)由于结构严密,层次命令趋于程序化。 2)网状模型的优缺点 网状模型的优点主要有:

(1)能够更为直接地描述现实世界,如一个结点可以有多个双亲。 (2)具有良好的性能,存取效率较高。 网状模型的缺点主要有:

(1)结构比较复杂,而且随着应用环境的扩大,数据库的结构就变得越来越复杂,不利于最终用户掌握。 (2)其DDL、DML语言复杂,用户不容易使用。

由于记录之间联系是通过存取路径实现的,应用程序在访问数据时必须选择适当的存取路径,因此,用户必须了解系统结构的细节,加重了编写程序的负担。 3)关系模型的优缺点 关系模型具有下列优点:

(1)关系模型与非关系模型不同,它有较强的数学理论基础。

课程号 CNO C1 C2 C3 C2 C3 成绩 SCORE 85 92 84 94 83 (2)数据结构简单、清晰,用户易懂易用,不仅用关系描述实体,而且用关系描述实体间的联系。 (3)关系模型的存取路径对用户透明,从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性,也简化了程序员的工作和数据库开发和建立的工作。

关系模型具有查询效率不如非关系模型效率高的缺点。因此,为了提高性能,必须对用户的查询进行优化,增加了开发数据库管理系统的负担。 11、定义并理解关系模型中的以下术语: 关系、元组、属性、主码、域、分量、关系模式 解:

关系:一个关系对应一张二维表,如一张教师登记表称为教师关系。 元组:二维表中的一行称为一个元组。

属性:二维表中的一列称为一个属性,对应每一个属性的名字称为属性名。

主码:如果二维表中的某个属性或是属性组可以唯一确定一个元组,则称为主码,也称为关系键,如教师号,可以唯一确定一个教师,也就成为教师关系的主码。

域:属性的取值范围称为域,如人的年龄一般在1-120岁之间,大学生的年龄属性的域是14-38,性别的域是男和女等等。

分量:元组中的一个属性值。例如,教师号对应的值001、002、003都是分量。 关系模式:表现为关系名和属性的集合,是对关系的具体描述。一般表示为: 关系名(属性1,属性2,…,属性N)

例如教师关系可描述为:教师(教师号,姓名,年龄,职称) 12、数据库系统的三级模式结构是什么?为什么要采用这样的结构? 解:

1)从数据库管理系统内部系统结构看,数据库系统通常采用三级模式结构。 数据库系统的三级模式结构是指外模式、模式和内模式。如图1.28所示。 图1.28 数据库系统的三级模式结构

(1)外模式(External Schema):外模式也称子模式(SubSchema)或用户模式,是三级模式的最外层,它是数据库用户能够看到和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。数据库管理系统(DBMS)提供子模式描述语言(子模式DDL)来定义子模式。

(2)模式(Schema):模式又称概念模式,也称逻辑模式,是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,是所有用户的公共数据视图,是数据视图的全部。它是数据库系统模式结构的中间层,既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境,也与具体的应用程序,与所使用的应用开发工具及高级程序设计语言等无关。 概念模式实际上是数据库数据在逻辑级上的视图。一个数据库只有一个模式。DBMS提供模式描述语言(模式DDL)来定义模式。

(3)内模式(Internal Schema):内模式也称为存储模式,一个数据库只有一个内模式。它是数据物理结构和存储方式的描述,是数据在数据库内部的表示方式。DBMS提供内模式描述语言(内模式DDL)来严格地定义内模式。

为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换,数据库管理系统在这三级模式之间提供了两层映象:外模式/模式映象,模式/内模式映象。

2)数据库管理系统内部采用这样的结构是因为:

这种结构能较好地保证数据库系统的数据具有较高的逻辑独立性和物理独立性。数据库的二级映象保证了数据库外模式的稳定性,从而根本上保证了应用程序的稳定性,使得数据库系统具有较高的数据与程序的独立性。数据库的三级模式与二级映象使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去。又由于数据的存取由DBMS管理,用户不必考虑存取路径等细节,从而简化了应用程序的编制,大大减少了应用程序的维护和修改。

13、数据独立性包括哪两个方面,含义分别是什么?

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3)数据模型的三要素: 数据模型一般由数据结构、数据操作和数据完整性约束三部分组成(俗称三要素),是严格定义的一组概念的集合。 (1)数据结构:数据结构用于描述系统的静态特性,是所研究的对象类型的集合。数据模型按其数据结构分为层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型。其所研究的对象是数据库的组成部分,它们包括两类,一类是与数据类型、内容、性质有关的对象,例如网状模型中的数据项、记录,关系模型中的域、属性、实体关系等;一类是与数据之间联系有关的对象,例如网状模型中的系型、关系模型中反映联系的关系等。 数据模型的三要素示意图 (2)数据操作:数据操作用于描述系统的动态特性,是指对数据库中各种对象及对象的实例允许执行的操作的集合,包括对象的创建、修改和删除,对对象实例的检索和更新(例如插入、删除和修改)两大类操作及其它有关的操作等。

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