第14章 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)1. 簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的步驟。解：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的步驟可以分為以下六個(gè)階段：系統(tǒng)需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施、數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行和維護(hù)。(1) 需求分析階段進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)首先必須準(zhǔn)確了解與分析用戶對(duì)系統(tǒng)的信息需求和處理需求，并建立系統(tǒng)說(shuō)明文檔。需求分析是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的基礎(chǔ)，是最困難、最耗費(fèi)時(shí)間的一步，但也是最重要的一步。需求分析做得是否充分與準(zhǔn)確，決定了數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的速度與質(zhì)量。需求分析做得不好，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)返工重做。需求說(shuō)明書(shū)是需求分析階段的成果，也是后續(xù)階段設(shè)計(jì)的依據(jù)。(2) 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它通過(guò)對(duì)用戶需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象，形成一個(gè)獨(dú)立于具體DBMS的概念模型。一般使用E-R圖來(lái)表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。(3) 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是將概念模型轉(zhuǎn)換為某個(gè)DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。(4) 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個(gè)最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)，主要包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法。(5) 數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施階段在數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施階段，設(shè)計(jì)人員運(yùn)用DBMS提供的數(shù)據(jù)語(yǔ)言、工具及宿主語(yǔ)言，根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)的結(jié)果建立數(shù)據(jù)庫(kù)，編制與調(diào)試應(yīng)用程序。組織數(shù)據(jù)入庫(kù)，并進(jìn)行試運(yùn)行。(6) 數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行和維護(hù)階段數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過(guò)試運(yùn)行后即可投入正式運(yùn)行。在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中必須不斷地對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)、調(diào)整與修改。投入運(yùn)行后由DBA來(lái)承擔(dān)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的日常維護(hù)。2. 需求分析階段的設(shè)計(jì)目標(biāo)是什么?調(diào)查的內(nèi)容是什么?解：需求分析階段的設(shè)計(jì)目標(biāo)是對(duì)系統(tǒng)的整個(gè)應(yīng)用情況作全面的、詳細(xì)的調(diào)查，確定企業(yè)組織的目標(biāo)，收集支持系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和對(duì)這些數(shù)據(jù)的要求，確定用戶的需求，并把這些要求寫(xiě)成用戶和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)者都能接受的文檔。調(diào)查的內(nèi)容是：(1) 調(diào)查組織機(jī)構(gòu)情況。(2) 調(diào)查各部門(mén)的業(yè)務(wù)活動(dòng)情況。(3) 在熟悉業(yè)務(wù)活動(dòng)的基礎(chǔ)上，協(xié)助用戶明確對(duì)新系統(tǒng)的各種要求，包括信息要求、處理要求、完全性與完整性要求。(4) 確定新系統(tǒng)的邊界。3. 簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容及其作用。解：數(shù)據(jù)字典是系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)描述的集合，是進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要成果。數(shù)據(jù)字典通常包括數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理過(guò)程五個(gè)部分。其中數(shù)據(jù)項(xiàng)是數(shù)據(jù)的最小組成單位，若干個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)可以組成個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)字典通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義來(lái)描述數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的邏輯內(nèi)容。4. 什么是數(shù)據(jù)庫(kù)的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)？簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟。解：將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)即概念模型的過(guò)程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。它是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。概念模型的設(shè)計(jì)步驟：(1) 設(shè)計(jì)局部E-R模型，也稱分E-R模型，即設(shè)計(jì)用戶視圖。(2) 將各局部E-R模型綜合成為總體E-R模型，即視圖集成。5. 什么是E-R圖，構(gòu)成E-R圖的基本要素是什么？解：E-R是概念模型的表示方法，通常稱為是實(shí)體-聯(lián)系方法。該方法用E-R圖來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型，E-R方法也稱為E-R模型。構(gòu)成E-R圖的基本要素是實(shí)體、屬性和聯(lián)系。6. 在合并局部E-R圖時(shí)，如何消除各種沖突？解：在合并局部E-R模型得到初步總體E-R模型，更進(jìn)一步得到最后的總體E-R模型的集成過(guò)程中，由于各種差異，不可避免會(huì)出現(xiàn)局部E-R模型間的不一致，這稱之為沖突。常見(jiàn)的沖突有下列幾種：(1) 命名沖突。包括屬性名、實(shí)體名、聯(lián)系名之間出現(xiàn)的同名異義沖突和異名同義沖突。(2) 屬性沖突。包括屬性域沖突、屬性取值單位沖突。(3) 結(jié)構(gòu)沖突。同一對(duì)象在不同應(yīng)用中的不同抽象；同一實(shí)體在不同局部E-R模型中的屬性組成不同；實(shí)體間的聯(lián)系在不同局部E-R模型中出現(xiàn)不同的類型。上述沖突一般在集成時(shí)需要做統(tǒng)一處理，形成一致性的表示。若是結(jié)構(gòu)沖突，則要采用多種技術(shù)手段來(lái)消除，如把屬性變換為實(shí)體或?qū)嶓w變換為屬性等。另外，還要消除不必要的冗余，包括冗余數(shù)據(jù)和冗余的聯(lián)系。7. 什么是數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織和重構(gòu)造，為什么要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織和重構(gòu)造？解：數(shù)據(jù)庫(kù)重組織就是重新安排數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置、調(diào)整磁盤(pán)分區(qū)等，來(lái)提高系統(tǒng)的性能。數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織并不改變?cè)瓟?shù)據(jù)庫(kù)的邏輯和物理結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)庫(kù)的重構(gòu)造則不同，它是指部分修改數(shù)據(jù)庫(kù)的模式和內(nèi)模式。由于數(shù)據(jù)庫(kù)在運(yùn)行一段時(shí)間后，由于對(duì)數(shù)據(jù)的不斷的修改、刪除和插入，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)的物理存儲(chǔ)變壞，其性能會(huì)逐步下降。這時(shí)需要數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織和重構(gòu)造。8. 設(shè)一個(gè)部門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)包括以下的信息：職工的信息：職工號(hào)、姓名、住址和所在部門(mén)。部門(mén)的信息：部門(mén)所有職工、經(jīng)理和銷(xiāo)售的產(chǎn)品及價(jià)格。產(chǎn)品的信息：產(chǎn)品號(hào)、制造商、價(jià)格、型號(hào)。制造商的信息：制造商名稱、地址、生產(chǎn)的產(chǎn)品號(hào)和型號(hào)。根據(jù)上述情況，回答以下問(wèn)題：(1) 試畫(huà)出對(duì)應(yīng)的E-R圖；(2) 將E-R模型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，并且標(biāo)明各關(guān)系模式的主鍵和外鍵。(3) 將(2)中的關(guān)系模式規(guī)范化以滿足3NF要求。解：(1) 試畫(huà)出對(duì)應(yīng)的E-R圖；(2) 將E-R模型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，并且標(biāo)明各關(guān)系模式的主鍵和外鍵。職工（職工號(hào)、姓名、住址，經(jīng)理職工號(hào)）部門(mén)（部門(mén)號(hào)、部門(mén)名稱、經(jīng)理）產(chǎn)品（產(chǎn)品號(hào)）制造商（制造商號(hào)、名稱、地址）產(chǎn)品銷(xiāo)售（產(chǎn)品號(hào)、部門(mén)號(hào)、銷(xiāo)售價(jià)格）產(chǎn)品制造（產(chǎn)品號(hào)、制造商號(hào)、型號(hào)、生產(chǎn)價(jià)格）(3) 將(2)中的關(guān)系模式規(guī)范化以滿足3NF要求。已經(jīng)是3NF。9. 設(shè)一個(gè)海軍基地要建立一個(gè)艦隊(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，包括如下兩方面的信息。艦隊(duì)方面：艦隊(duì)：艦隊(duì)名稱，基地地點(diǎn)，艦艇數(shù)量艦艇：艦艇編號(hào)，艦艇名稱，艦隊(duì)名稱艦艇方面：艦艇：艦艇編號(hào)，艦艇名稱，武器名稱武器：武器名稱，武器生產(chǎn)時(shí)間，艦艇編號(hào)官兵：官兵編號(hào)，姓名，艦艇編號(hào)其中：一個(gè)艦隊(duì)擁有多艘艦艇，一艘艦艇屬于一個(gè)艦隊(duì)；一艘艦艇安裝多種武器，一種武器可以安裝于多艘艦艇上；一艘艦艇有多名官兵，一名官兵只屬于一艘艦艇。完成如下設(shè)計(jì)：(1) 分別設(shè)計(jì)艦隊(duì)和艦艇兩個(gè)局部E-R圖。(2) 將上述兩個(gè)局部E-R圖合并為一個(gè)全局E-R圖。(3) 將全局E-R圖裝換為關(guān)系模式。(4) 合并時(shí)是否存在命名沖突？如何處理？解：(1) 分別設(shè)計(jì)艦隊(duì)和艦艇兩個(gè)局部E-R圖。艦隊(duì)局部E-R圖艦艇局部E-R圖(2) 將上述兩個(gè)局部E-R圖合并為一個(gè)全局E-R圖。(3) 將全局E-R圖裝換為關(guān)系模式。艦隊(duì)（艦隊(duì)名稱，基地地點(diǎn)）艦艇（艦艇編號(hào)，艦艇名稱，艦隊(duì)名稱）擁有（艦隊(duì)名稱，艦艇編號(hào)，艦艇數(shù)量）官兵（官兵證號(hào)，姓名，艦艇編號(hào)）安裝（艦艇編號(hào)，武器名稱）(4) 合并時(shí)是否存在命名沖突？如何處理？合并時(shí)不存在命名沖突。10. 為什么要視圖集成?視圖集成的方法是什么?解：各子系統(tǒng)的分E-R圖設(shè)計(jì)好以后，下一步就是要將所有的分E-R圖綜合成一個(gè)系統(tǒng)的總E-R圖，稱為視圖集成。視圖集成的方法有2種：(1) 多個(gè)分E-R圖一次集成。(2) 逐步集成，用累加的方式一次集成兩個(gè)分E-R圖。11. 試述數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟。解：為一個(gè)給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個(gè)最適合應(yīng)用要求的物理結(jié)構(gòu)的過(guò)程，就是數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，設(shè)計(jì)者參與物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)的存取方法和數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)通常分為兩步：(1) 確定數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中主要指存取方法和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu).(2) 對(duì)物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是時(shí)間和空間效率。12. 總結(jié)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。解：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)過(guò)程中的兩個(gè)“結(jié)合”方面。(1) 硬件、軟件和干件的結(jié)合“干件”是技術(shù)和管理的界面。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)既是一項(xiàng)涉及多學(xué)科的綜臺(tái)性技術(shù)，又是一項(xiàng)龐大的工程項(xiàng)目。“三分技術(shù)，七分管理，十二分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)之一。在數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)中不僅涉及硬件平臺(tái)、軟件技術(shù)，還涉及管理。要建設(shè)一個(gè)大型的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)，好的平臺(tái)及開(kāi)發(fā)技術(shù)固然重要，但是相比之下管理更加重要。這里的管理不僅僅包括數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)作為一個(gè)大型的工程項(xiàng)目本身的管理，而且還包括該企業(yè)的業(yè)務(wù)管理。(2) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和行為處理的結(jié)合。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)應(yīng)該和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)相結(jié)合，也就是說(shuō)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中要把結(jié)構(gòu)(數(shù)據(jù))設(shè)計(jì)和行為(處理)設(shè)計(jì)密切結(jié)合起來(lái)，兩者相互參照進(jìn)行。