2025年南京大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《數(shù)據(jù)庫原理》科目期末A及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列關(guān)于關(guān)系模型的描述中，錯誤的是（）。A.關(guān)系中的每個屬性必須是不可再分的原子值B.關(guān)系的行順序和列順序均不影響數(shù)據(jù)語義C.同一關(guān)系中允許存在兩個完全相同的元組D.主碼可以是單個屬性或多個屬性的組合2.事務(wù)的ACID特性中，“隔離性”（Isolation）主要通過（）實現(xiàn)。A.日志記錄與恢復(fù)機制B.并發(fā)控制機制C.完整性約束檢查D.權(quán)限管理系統(tǒng)3.設(shè)關(guān)系R（A,B,C），S（C,D,E），若執(zhí)行R?S（自然連接），則結(jié)果關(guān)系的屬性個數(shù)為（）。A.3B.5C.6D.44.對于關(guān)系模式R（U,F），若所有非主屬性都完全函數(shù)依賴于候選碼，則R至少滿足（）。A.1NFB.2NFC.3NFD.BCNF5.以下關(guān)于B+樹索引的描述中，正確的是（）。A.葉子節(jié)點存儲數(shù)據(jù)記錄的指針，非葉子節(jié)點存儲索引鍵值B.每個節(jié)點的子節(jié)點數(shù)量固定為2C.支持范圍查詢的效率低于哈希索引D.插入操作不會導(dǎo)致樹的高度變化6.某數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，事務(wù)T1讀取數(shù)據(jù)A后，事務(wù)T2讀取并修改A，T1再次讀取A時得到不同的值，這種現(xiàn)象稱為（）。A.丟失修改B.不可重復(fù)讀C.讀臟數(shù)據(jù)D.幻讀7.設(shè)關(guān)系模式R（A,B,C,D），函數(shù)依賴集F={A→B,B→C,C→D}，則R的候選碼是（）。A.AB.BC.CD.D8.以下關(guān)于視圖的描述中，錯誤的是（）。A.視圖是虛表，不存儲實際數(shù)據(jù)B.對視圖的更新操作可能受到限制C.視圖可以簡化復(fù)雜查詢的編寫D.視圖的定義會影響基本表的存儲結(jié)構(gòu)9.在數(shù)據(jù)庫恢復(fù)中，“檢查點（Checkpoint）”機制的主要作用是（）。A.減少日志文件的存儲空間B.加快故障恢復(fù)時的日志掃描速度C.防止事務(wù)死鎖D.確保事務(wù)的原子性10.若數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用基于時間戳的并發(fā)控制協(xié)議，則事務(wù)的優(yōu)先級由（）決定。A.事務(wù)的執(zhí)行順序B.事務(wù)的提交時間C.事務(wù)的開始時間戳D.事務(wù)的操作類型二、填空題（每空1分，共15分）1.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)包括外模式、______和內(nèi)模式。2.ER模型的三個基本要素是實體、______和屬性。3.事務(wù)的ACID特性中，“原子性”（Atomicity）通過______機制保證。4.關(guān)系代數(shù)中，σ（選擇）操作的條件是______上的邏輯表達式。5.關(guān)系模式規(guī)范化的目的是消除數(shù)據(jù)冗余和______。6.日志文件的兩種主要類型是______日志和操作日志。7.數(shù)據(jù)庫完整性約束包括實體完整性、參照完整性和______。8.B+樹索引的非葉子節(jié)點僅存儲______，所有數(shù)據(jù)記錄存儲在______節(jié)點。9.并發(fā)控制中，死鎖的檢測方法主要有超時法和______。10.關(guān)系模式R（A,B,C），若存在函數(shù)依賴A→B和B→C，則R的傳遞依賴是______。11.數(shù)據(jù)庫恢復(fù)的基本策略是利用______和備份數(shù)據(jù)重建數(shù)據(jù)庫。12.視圖的定義存儲在______中，其數(shù)據(jù)并不實際存儲。三、簡答題（每題8分，共32分）1.簡述關(guān)系數(shù)據(jù)庫中參照完整性的含義，并舉例說明其實現(xiàn)方式。2.比較B+樹索引與哈希索引在查詢性能上的差異，分別說明各自適用的場景。3.解釋“事務(wù)故障”的定義，并說明基于日志的恢復(fù)步驟（UNDO和REDO操作的具體作用）。4.簡述關(guān)系模式從1NF到BCNF的規(guī)范化過程，并說明每個范式消除的冗余類型。四、設(shè)計題（共20分）某高校圖書館擬開發(fā)圖書管理系統(tǒng)，需求如下：-讀者信息：讀者ID（唯一）、姓名、學(xué)院、聯(lián)系方式；-圖書信息：ISBN（唯一）、書名、作者、出版社、出版時間；-借閱關(guān)系：讀者可借閱多本圖書，每本圖書可被多個讀者借閱（但同一時間只能被一人借閱），需記錄借閱時間和應(yīng)還時間；-約束：讀者需在應(yīng)還時間前歸還，逾期未還需記錄逾期天數(shù)（自動計算）。要求：（1）繪制該系統(tǒng)的ER圖（需標(biāo)注實體屬性、聯(lián)系類型及約束）；（8分）（2）將ER圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，并標(biāo)注主碼和外碼；（6分）（3）判斷“借閱”關(guān)系模式是否滿足3NF，若不滿足需分解至3NF；（6分）五、綜合題（共13分）某在線考試系統(tǒng)需設(shè)計數(shù)據(jù)庫，支持以下核心功能：-考生信息：準(zhǔn)考證號（唯一）、姓名、性別、報考科目；-試題庫：試題ID（唯一）、題干、題型（單選/多選/判斷）、難度（1-5級）、正確答案；-考試記錄：考生每次考試生成一條記錄，包含考試ID（唯一）、準(zhǔn)考證號、考試時間、得分；-答題詳情：記錄考生每道題的作答情況，包含考試ID、試題ID、考生答案、是否正確（布爾值）。要求：（1）設(shè)計滿足3NF的關(guān)系模式，標(biāo)注主碼、外碼及必要的完整性約束；（5分）（2）為“試題庫”表設(shè)計索引，說明索引類型及選擇理由；（3分）（3）設(shè)計一個事務(wù)，實現(xiàn)考生提交的過程（需包含得分計算、答題詳情插入、考試記錄更新），并說明如何保證事務(wù)的原子性；（5分）答案及解析一、單項選擇題1.C解析：關(guān)系模型要求元組具有唯一性（實體完整性），同一關(guān)系中不允許存在完全相同的元組。2.B解析：隔離性通過并發(fā)控制（如鎖機制、時間戳排序）保證事務(wù)間互不干擾。3.B解析：自然連接通過公共屬性C進行等值連接，結(jié)果屬性為A,B,C,D,E（共5個）。4.B解析：2NF要求非主屬性完全依賴于候選碼，消除部分函數(shù)依賴。5.A解析：B+樹的葉子節(jié)點存儲數(shù)據(jù)指針，非葉子節(jié)點存儲索引鍵用于導(dǎo)航；支持范圍查詢高效，插入可能導(dǎo)致分裂但樹高變化較小。6.B解析：不可重復(fù)讀指同一事務(wù)兩次讀取同一數(shù)據(jù)得到不同結(jié)果（因其他事務(wù)修改）。7.A解析：A可決定B（A→B），B決定C（B→C），C決定D（C→D），故A是候選碼。8.D解析：視圖是外模式的體現(xiàn)，不影響基本表的存儲結(jié)構(gòu)（內(nèi)模式）。9.B解析：檢查點記錄事務(wù)狀態(tài)，恢復(fù)時只需掃描檢查點后的日志，減少時間。10.C解析：時間戳協(xié)議中，事務(wù)優(yōu)先級由開始時間戳決定，早啟動的事務(wù)優(yōu)先級更高。二、填空題1.模式（概念模式）2.聯(lián)系3.日志（或undo/redo）4.屬性（或列）5.更新異常（插入/刪除/修改異常）6.記錄（或基于記錄的）7.用戶定義完整性8.索引鍵值；葉子9.等待圖法10.A→C（或A傳遞→C）11.日志文件（或日志）12.數(shù)據(jù)字典（或系統(tǒng)目錄）三、簡答題1.參照完整性含義：若關(guān)系R中存在外碼F引用關(guān)系S的主碼K，則F的每個值必須等于S中某個元組的K值，或為空（允許空時）。示例：學(xué)生表（學(xué)號，姓名）的主碼是學(xué)號；選課表（學(xué)號，課程號，成績）的外碼學(xué)號必須引用學(xué)生表中存在的學(xué)號，否則插入或更新會被拒絕（通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外碼約束實現(xiàn)）。2.性能差異：-B+樹索引：支持等值查詢和范圍查詢（通過順序遍歷葉子節(jié)點），插入、刪除時需維護樹結(jié)構(gòu)，性能穩(wěn)定；-哈希索引：等值查詢速度極快（通過哈希函數(shù)直接定位桶），但范圍查詢需掃描多個桶，效率低；適用場景：-B+樹：需范圍查詢（如按時間區(qū)間統(tǒng)計）或頻繁更新的場景；-哈希：僅需等值查詢（如用戶ID查找）且數(shù)據(jù)分布均勻的場景。3.事務(wù)故障：事務(wù)未正常完成（如程序錯誤、硬件中斷），導(dǎo)致部分操作未提交?；謴?fù)步驟：-反向掃描日志（從后往前），對未提交事務(wù)執(zhí)行UNDO：將修改過的數(shù)據(jù)恢復(fù)為日志中的舊值（撤銷未完成的操作）；-正向掃描日志，對已提交事務(wù)執(zhí)行REDO：將修改過的數(shù)據(jù)重新寫入（確保已提交操作持久化）。4.規(guī)范化過程：-1NF：屬性原子性，消除重復(fù)組；-2NF：消除非主屬性對候選碼的部分函數(shù)依賴（完全依賴）；-3NF：消除非主屬性對候選碼的傳遞函數(shù)依賴；-BCNF：消除主屬性對候選碼的部分/傳遞函數(shù)依賴（所有決定因素都是候選碼）。冗余類型：-1NF消除重復(fù)數(shù)據(jù)項冗余；-2NF消除部分依賴導(dǎo)致的插入/刪除異常；-3NF消除傳遞依賴導(dǎo)致的冗余；-BCNF消除主屬性間依賴導(dǎo)致的冗余。四、設(shè)計題（1）ER圖（文字描述）：-實體“讀者”：屬性{讀者ID（主碼），姓名，學(xué)院，聯(lián)系方式}；-實體“圖書”：屬性{ISBN（主碼），書名，作者，出版社，出版時間}；-聯(lián)系“借閱”：讀者與圖書之間的多對多（N:M）聯(lián)系，屬性{借閱時間，應(yīng)還時間，逾期天數(shù)（派生屬性）}；-約束：同一圖書在同一時間只能被一個讀者借閱（即聯(lián)系“借閱”需增加“當(dāng)前狀態(tài)”屬性或通過業(yè)務(wù)邏輯保證）。（2）關(guān)系模式：-讀者（讀者ID，姓名，學(xué)院，聯(lián)系方式）主碼：讀者ID；-圖書（ISBN，書名，作者，出版社，出版時間）主碼：ISBN；-借閱（讀者ID，ISBN，借閱時間，應(yīng)還時間，逾期天數(shù)）主碼：（讀者ID，ISBN，借閱時間）；外碼：讀者ID→讀者.讀者ID，ISBN→圖書.ISBN；（3）借閱關(guān)系模式分析：-函數(shù)依賴：（讀者ID，ISBN，借閱時間）→應(yīng)還時間、逾期天數(shù)；-非主屬性（應(yīng)還時間、逾期天數(shù)）完全依賴于主碼，無部分依賴（滿足2NF）；-檢查傳遞依賴：無傳遞依賴（應(yīng)還時間和逾期天數(shù)直接依賴于主碼），故滿足3NF。五、綜合題（1）關(guān)系模式設(shè)計：-考生（準(zhǔn)考證號，姓名，性別，報考科目）主碼：準(zhǔn)考證號；-試題庫（試題ID，題干，題型，難度，正確答案）主碼：試題ID；-考試記錄（考試ID，準(zhǔn)考證號，考試時間，得分）主碼：考試ID；外碼：準(zhǔn)考證號→考生.準(zhǔn)考證號；-答題詳情（考試ID，試題ID，考生答案，是否正確）主碼：（考試ID，試題ID）；外碼：考試ID→考試記錄.考試ID，試題ID→試題庫.試題ID；完整性約束：-題型∈{‘單選’,‘多選’,‘判斷’}（用戶定義完整性）；-難度∈[1,5]（范圍約束）；-是否正確為布爾值（TRUE/FALSE）。（2）試題庫索引設(shè)計：-主索引：試題ID（主鍵自動建立B+樹索引，支持快速查找單題）；-輔助索引：難度（B+樹索引），因需按難度篩選試題（如組卷時選難度3的題目），范圍查詢高效；-可選哈希索引：題型（若頻繁按題型查詢且題型種類少，哈希索引等值查詢更快）。（3）提交事務(wù)設(shè)計：事務(wù)步驟：1.開始事務(wù)；2.根據(jù)答題詳情表中（考試ID，試題ID）的考生答案與試題庫的正確答案比對，計算是否正確（更新答題詳情.是否正確）；3.統(tǒng)