关系系统及查询优化

第1章绪论1.数据库数据具有__________、__________和__________三个基本特点。

答案：永久存储、有组织、可共享2.试述数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统的概念。

3.使用数据库系统有什么好处？4.数据库管理系统是数据库系统的一个重要组成部分，它的功能包括__________、__________、__________、__________。

答案：数据定义功能、数据操纵功能、数据库的事物管理和运行管理、数据库的建立和维护功能5.数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由__________、__________、__________和__________构成。

答案：数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员6.试述文件系统与数据库系统的区别和联系。

7.数据库管理技术的发展是与计算机技术及其应用的发展联系在一起的，它经历了三个阶段：__________阶段，__________阶段和__________阶段。

答案:人工管理、文件系统、数据库系统8.举出适合用文件系统而不是数据库系统的例子；再举出适合用数据库系统的应用例子。

9.数据库具有数据结构化、最小的__________、较高的__________和易扩展性等特点。

答案：冗余度、数据独立性10试述数据库系统的特点。

11.DBMS还必须提供__________保护、__________检查、__________、__________等数据控制功能。

答案：数据的安全性数据的完整性并发控制数据库恢复12.数据库管理系统的主要功能有哪些？答案：①数据库定义功能；②数据存取功能；③数据库运行管理；④数据库的建立和维护功能。

13.模式（Schema）是数据库中全体数据的__________和__________的描述，它仅仅涉及到__________的描述，不涉及到具体的值。

答案：逻辑结构、特征、型14.试述数据模型的概念、数据模型的作用和数据模型的三个要素。

《控制科学与工程》专业同等学力加试考试大纲一、考试形式笔试。

二、考试科目《数据库基础》三、试卷满分及考试时间试卷满分100分，考试时间1.5小时。

四、试题题型结构名词解释题，简答题，综合题等。

五、主要参考书《数据库系统概论》，王珊、萨师煊编著，高等教育出版社，第五版。

六、试卷考查内容比例1．数据库绪论（8%）2．关系数据库（4%）3．关系数据库标准语言SQL（30%）4．数据安全性与完整性（2%）5．关系数据理论（14%）6．数据库设计与编程（30%）7．关系系统及其查询优化（8%）8．数据库恢复技术与并发控制技术（4%）七、课程考试内容及要求第一章数据库绪论考核要求：1、了解数据库系统的特点；2、掌握数据模型的基本概念；3、重点掌握数据库系统结构和组成；4、了解数据库技术的主要研究领域。

第二章关系数据库考核要求：1、了解关系模型的基本概念；2、重点掌握关系代数；3、重点掌握关系演算；4、重点掌握查询优化。

第三章关系数据库标准语言SQL考核要求：1、了解SQL的数据定义；2、重点掌握SQL的数据查询；3、重点掌握SQL的数据更新。

第四章数据库安全性考核要求：1、了解计算机系统安全性；2、掌握数据库安全性控制。

第五章数据库完整性考核要求：1、了解完整性约束条件；2、了解完整性控制。

第六章关系数据理论考核要求：1、掌握函数依赖；2、掌握范式的分解与应用。

第七章数据库设计考核要求：1、了解数据库设计的基本步骤；2、掌握数据库设计内容、设计描述、设计方法等；3、掌握E-R图向关系模型的转换。

第八章数据库编程考核要求：掌握嵌入式SQL的基本概念及简单应用，了解其应用；掌握存储过程的基本概念及简单应用，了解其应用；掌握ODBC的基本概念及原理、其编程基本方法和技巧，了解其应用。

第九章关系查询处理及其查询优化考核要求：1、了解关系系统的分类；2、重点掌握关系系统的查询优化；3、掌握查询的语法树以及优化后的语法树。

关系数据库的设计与优化方法关系数据库是一种常用的数据库模型，被广泛应用于各个领域的数据管理和处理中。

在设计和优化关系数据库时，需要考虑多个因素，包括数据结构、索引、规范化、查询优化等。

本文将探讨关系数据库的设计与优化方法，旨在帮助读者更好地理解和应用这些方法。

一、关系数据库的设计方法1. 数据建模数据建模是关系数据库设计的重要一环，它主要包括确定实体与实体之间的关系、属性的定义以及建立实体之间的联系。

常用的数据建模方法包括实体-联系模型（ER模型）、层次模型、网络模型等。

在进行数据建模时，需要充分了解业务需求和数据关系，合理划分实体和属性，并定义准确的关系。

2. 规范化数据库规范化是将数据库设计中的冗余和不一致性进行消除或最小化的过程。

通过规范化，可以提高数据存储和查询的效率，并减少数据的重复。

常用的规范化方法包括第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）等。

在进行规范化时，需要合理划分和组织表结构，并减少属性之间的冗余。

3. 表设计表设计是关系数据库设计中的关键环节，它涉及表结构的定义、字段的选择和索引的建立。

在进行表设计时，需要考虑数据访问模式、数据关系以及系统性能。

一个好的表设计应具备简洁明了的结构、较高的查询性能和灵活的数据处理能力。

二、关系数据库的优化方法1. 索引优化索引是提高查询性能的重要手段之一，通过在表中创建合适的索引，可以加快查询速度。

在进行索引优化时，需要选择合适的字段和索引类型，并避免重复或不必要的索引。

此外，还可以通过定期维护索引和优化查询语句，进一步提升性能。

2. 查询优化查询优化是关系数据库优化的核心内容，它涉及查询语句的编写和执行计划的生成。

在进行查询优化时，可以采用以下几种方法：- 重写查询语句：通过改写查询语句的形式或逻辑，优化查询性能。

- 选择合适的连接方法：对于多表查询，可以选择合适的连接方法，如内连接、左连接、右连接等。

- 分解复杂查询：对于复杂的查询语句，可以将其分解为多个简单查询，并适时使用子查询或临时表。

关系查询优化关系查询优化是影响DBMS性能的关键因素，关系系统的查询优化即使DBMS实现的关键技术又是关系系统的有点所在。

查询优化的工作包括两个方面，一方面是关系数据库系统内部提供的优化机制，另一方面是用户通过改变查询的运算次序和建立索引等机制进行优化。

关系数据库系统查询优化的目标是：选择有效的策略，快速求得给定关系表达式的值，以减少查询执行的总开销。

总代价= I/O代价+CPU代价+(其他代价)我们先看一个简单的列子，说明为什么要进行查询优化。

一、举例说明我用Microsoft Visual foxPro建立三个数据库文件，他们的文件名分别是c#.dbf存储课程信息、S#.dbf存储学生的基本信息、sc#.dbf存储学生的学习成绩信息，通过对三个数据表的操作，可以了解学生的所修的全部课程和他们的各门课程的成绩。

数据表2 sc#.dbf当输入如下的查询的语句，运行结果为：系统可以用多种等价的关系代数表达式来完成这一查询：①Q1=∏s#.姓名(σs#.学号=sc#.学号(s#×sc#))②Q2=∏s#.姓名(σsc#.课程号=’01100002’③Q3=∏s#.姓名(σ课程号=’01100002’(sc#))二、从时间复杂度进行计算表达式（1）的查询执行时间分析：①计算广义笛卡尔积。

把S#和SC#的每个元组连接起来。

一般连接的做法是：在内存中尽可能多地装入某个表（如S#表）的若干个元组，留出一块存放另一个表（如SC#表）的元组。

然后把SC#中的每个元组和S#中每个元组连接，连接后的元组装满一块后就写到中间文件上，再从SC#中的读入一块和内存中的S#元组连接，直到SC#表处理完。

这时再一次读入若干块S#元组，读入一块SC#元组，重复上述处理过程，直到把S#表处理完。

设一个块能装10个S#元组或100个SC#元组，在内存中存放中存放5块S#元组和1块SC#元组，则读取总块数为：21001002010010010105101010433=⨯+=⨯⨯+ (块) 其中读S#表100块。

数据库系统中的流式数据处理与实时查询优化随着互联网的迅速发展和大数据技术的日益成熟，数据库系统中的流式数据处理和实时查询优化变得越发重要。

在传统的关系型数据库系统中，数据是以批处理的方式进行处理和查询的，无法对实时产生的大量数据进行及时分析和查询。

因此，数据库系统需要引入流式数据处理和实时查询优化技术，以满足实时性和高性能的数据处理需求。

流式数据处理是指对连续产生的数据流进行实时处理和分析的技术。

与传统的批处理方式不同，流式数据处理能够实时处理数据，并触发实时行为和响应。

流式数据处理的一个关键概念是事件时间。

事件时间是指事件真正发生的时间，而不是事件被收集或处理的时间。

通过使用事件时间，流式数据处理可以更准确地处理和分析数据。

流式数据处理中的关键技术之一是流式数据管理系统（Stream Data Management System，SDMS）。

SDMS是一种基于流式数据模型的管理系统，能够实现数据的流式处理和分析。

SDMS提供了一套完整的功能，包括数据收集、数据处理、数据存储和数据查询等。

同时，SDMS还支持流处理语言和流查询语言，以便用户可以灵活地定义处理流程和查询需求。

在数据库系统中实现流式数据处理还需要考虑数据流的管理和优化。

首先，数据库系统需要对流式数据进行接收和管理，以确保数据的完整性和可靠性。

其次，数据库系统需要优化流式数据的处理和分析过程，提高处理效率和查询性能。

常见的流式数据处理优化方法包括数据压缩、批量处理和流式索引等。

与流式数据处理密切相关的是实时查询优化。

在传统的数据库系统中，实时查询往往会面临性能瓶颈，难以及时响应用户的查询需求。

为了优化实时查询，数据库系统需要引入一些高性能的查询优化技术。

首先，数据库系统可以采用多核并行处理技术，将查询任务分解成多个子任务，并利用多核CPU同时进行处理。

这样可以极大地提高查询的并行度和处理速度。

其次，数据库系统可以利用内存数据库技术来加速实时查询。

关系数据库查询优化在当今数字化的时代，数据成为了企业和组织的重要资产，而关系数据库则是存储和管理这些数据的常见方式。

然而，随着数据量的不断增长和业务需求的日益复杂，如何高效地从关系数据库中获取所需的数据成为了一个关键问题。

这就引出了关系数据库查询优化的重要性。

首先，我们来理解一下什么是关系数据库查询。

简单来说，当我们向关系数据库提出一个问题，例如“找出所有年龄大于 30 岁的用户”，数据库就会执行一系列的操作来回答这个问题，这个过程就是查询。

那么，为什么需要对查询进行优化呢？想象一下，如果一个数据库中有数百万甚至数十亿条记录，一个效率低下的查询可能需要花费数分钟甚至数小时才能返回结果。

这不仅会影响用户的体验，还可能导致业务流程的延误。

查询优化的目标就是要尽可能地减少查询执行的时间和资源消耗，以快速准确地返回结果。

要实现这一目标，需要从多个方面入手。

索引是查询优化中一个非常重要的手段。

就像我们在一本书的目录中查找特定的章节一样，索引可以帮助数据库快速定位到所需的数据。

例如，如果经常需要根据用户的年龄进行查询，那么在年龄字段上创建索引就可以大大提高查询效率。

但需要注意的是，过多的索引也会带来负面影响，因为每次插入、更新或删除数据时，数据库都需要维护这些索引，这会增加额外的开销。

查询语句的编写方式也对性能有着重要影响。

在编写查询语句时，应该尽量避免使用复杂的子查询和连接操作，因为这些操作通常会增加数据库的计算量。

例如，能使用简单的连接条件就不要使用复杂的子查询来获取相同的结果。

另外，数据库的表结构设计也是优化的关键因素之一。

合理的表结构可以减少数据冗余，提高数据的一致性和完整性，同时也有助于查询的优化。

例如，如果一个表中的数据经常被一起查询，那么可以将这些相关的数据放在同一个表中，避免频繁的表连接操作。

数据库的配置参数也会对查询性能产生影响。

不同的数据库系统都有一系列的配置参数，例如缓存大小、并发连接数等。

第9章关系查询处理和查询优化一、选择题1．关系代数表达式的优化策略中，首先要做的是（）。

A．对文件进行预处理B．尽早执行选择运算C．执行笛卡尔积运算D．投影运算【答案】B2．在关系代数运算中，最费时间和空间的是（）。

A．选择和投影运算B．除法运算C．笛卡尔积和连接运算D．差运算【答案】C【解析】在关系代数运算中，最费时间和空间的是笛卡尔积和连接运算，所以尽可能放在后面做。

3．根据系统所提供的存取路径，选择合理的存取策略，这种优化方式称为（）。

A．物理优化B．代数优化C．规则优化D．代价估算优化【答案】A【解析】物理优化是根据数据字典中的存取路径、数据的存储分布以及聚簇情况等信息来选择低层的存取路径。

4．在关系代数表达式的等价优化中，不正确的叙述是（）。

A．尽可能早地执行连接B．尽可能早地执行选择C．尽可能早地执行投影D．把笛卡尔积和随后的选择合并成连接运算【答案】A【解析】在关系代数表达式中，连接运算的结果常常是一个较大的关系。

如果尽可能早地执行连接，则运算得到的中间结果就会很大。

5．设E是关系代数表达式，F是选取条件表达式，并且只涉及A1，…，A n属性，则有（）。

A．бF（πA1，…，An（E））≡πA1，…，An（бF（E））B．бF（πA1，…，An（E））≡πA1，…，An（E）C．бF（πA1，…，An（E））≡πA1（бF（E））D．πA1，…，An（бF（E））≡πA1，…，An（бF（πA1，…，An，B1，…，Bm（E）））【答案】A6．如果一个系统定义为关系系统，则它必须（）。

A．支持关系数据库B．支持选择、投影和连接运算C．A和B均成立D．A、B都不需要【答案】C7．如果一个系统为关系完备系统，那么它支持（）。

A．关系数据结构B．A与选择、投影和连接C．A与所有的关系代数操作D．C与实体完整性、参照完整性【答案】C二、填空题1．关系系统的查询优化既是关系数据库管理系统实现的关键技术，又是关系系统的优点。

关系数据库管理系统查询优化的一般准则1.索引设计：合理的索引设计是查询优化的基础。

根据查询的需求和频率，选择合适的索引字段。

避免在频繁更新的列上创建索引，因为索引的维护开销会增加更新操作的成本。

2.查询重写：对于复杂的查询语句，可以通过重写查询来优化性能。

例如，可以将多个嵌套查询转换为连接查询，减少查询的复杂度。

此外，可以使用查询提示（query hints）来影响查询计划的选择，以达到更好的性能。

3.查询分解：将复杂的查询拆分成多个简单的查询可以提高查询的效率。

通过将查询的多个步骤分开执行，并使用中间表存储结果，可以减少数据的读取和处理量。

4.列选择：只选择所需的列，避免查询不必要的列。

这对于减少数据的传输和处理量非常重要，尤其是在查询大表时。

5.数据分区：对于大表，可以使用数据分区技术将数据分散到不同的存储区域，实现负载均衡和并发访问。

这可以提高查询的性能并减少锁的竞争。

6.查询优化器设置：RDBMS通常有一个查询优化器，负责选择查询计划。

调整查询优化器的设置可以提高性能。

例如，可以设置查询优化器的成本模型、缓存大小、并行度等参数。

7.数据库统计信息：查询优化器需要准确的统计信息来生成最优的查询计划。

定期更新数据库的统计信息，使优化器能够基于实际数据分布和数据量来做出决策。

8.表设计：合理的表设计可以提高查询性能。

例如，将经常一起使用的列放在同一张表中，避免过度的表关联和冗余数据。

9.查询缓存：对于频繁执行的查询，可以使用查询缓存来加速查询的执行。

通过将查询结果缓存在内存中，可以避免重复计算和IO操作。

10.并发控制：在多用户环境中，有效的并发控制可以提高查询性能。

使用适当的锁机制和事务隔离级别可以减少锁竞争和冲突，提高并发性能。

总之，查询优化是关系数据库管理系统性能优化的重要方面之一、通过遵循上述准则，可以最大程度地提升查询的执行效率和性能。

数据库查询优化的常见问题与解决方法随着数据量和业务复杂度的增加，数据库查询优化变得越来越重要。

一个优化良好的查询能够提高系统的性能，减少响应时间，并减轻数据库服务器的负载。

然而，在进行数据库查询优化时，我们可能会遇到一些常见的问题。

本文将介绍一些常见问题，并提供相应的解决方法。

1. 慢查询问题慢查询是指运行时间较长的查询，它可能会导致系统响应缓慢，用户体验下降。

慢查询的原因可能是数据库设计不合理、索引缺失或者查询语句不优化等。

为了解决慢查询问题，可以使用以下几个方法：1.1 优化数据库设计：合理的数据库设计可以提高查询性能。

通过拆分冗余列、设计适当的表关系，可以最小化查询的复杂度。

1.2 创建索引：索引能够提高查询速度，因此在常用的查询字段上使用索引是一种常见的优化方法。

1.3 优化查询语句：避免查询多余的列，优化查询条件，使用正确的操作符和连接方式，可以减少查询的复杂度，并提高查询性能。

2. 过度查询问题过度查询是指一个查询中涉及了过多的表和列。

这会导致查询变得复杂，并增加数据库系统的负载，进而影响查询的性能。

为了解决过度查询问题，可以使用以下方法：2.1 建立必要的关系：只查询所需的表和列。

避免不必要的关联操作，只选择必要的数据。

2.2 分解查询：将一个复杂查询拆分为多个简单查询，这样可以将负载分散到多个查询中，减少每个查询的复杂度。

2.3 缓存查询结果：对于相同的查询，可以考虑将结果缓存起来，下次请求直接从缓存中取得结果，减少数据库负载。

3. 锁等待问题当多个查询或事务同时访问同一份数据时，可能会导致锁等待的问题，从而降低系统的并发性能。

为了解决锁等待问题，可以采用以下方法：3.1 避免长时间事务：尽量减少事务的运行时间，避免长时间占用锁资源。

3.2 使用合适的隔离级别：了解不同隔离级别的特性，选择适合实际业务的隔离级别。

使用 READ COMMITTED 级别可以减少锁等待的概率。

3.3 避免不必要的锁：只在必要时使用锁机制，减少锁等待的概率。

2022年江苏理工学院计算机科学与技术专业《数据库原理》科目期末试卷A（有答案）一、填空题1、关系系统的查询优化既是关系数据库管理系统实现的关键技术，又是关系系统的优点。

因为，用户只要提出______，不必指出 ______。

2、如果多个事务依次执行，则称事务是执行______；如果利用分时的方法，同时处理多个事务，则称事务是执行______。

3、在数据库系统封锁协议中，一级协议：“事务在修改数据A前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放X锁”，该协议可以防止______；二级协议是在一级协议的基础上加上“事务T在读数据R之前必须先对其加S锁，读完后即可释放S锁”，该协议可以防止______；三级协议是在一级协议的基础上加上“事务T在读数据R之前必须先对其加S锁，直到事务结束后才释放S锁”，该协议可以防止______。

4、关系规范化的目的是______。

5、DBMS的完整性控制机制应具备三个功能：定义功能，即______；检查功能，即______；最后若发现用户的操作请求使数据违背了完整性约束条件，则采取一定的动作来保证数据的完整性。

6、若事务T对数据对象A加了S锁，则其他事务只能对数据A再加______，不能加______，直到事务T释放A上的锁。

7、如图所示的关系R的候选码为；R中的函数依赖有；R属于范式。

一个关系R8、数据库系统是利用存储在外存上其他地方的______来重建被破坏的数据库。

方法主要有两种：______和______。

9、数据库系统在运行过程中，可能会发生各种故障，其故障对数据库的影响总结起来有两类：______和______。

10、数据的安全性是指____________。

二、判断题11、在CREATEINDEX语句中，使CLUSTERED来建立簇索引。

（）12、在数据库表中，空值表示数值0。

（）13、在CREATEINDEX语句中，使CLUSTERED来建立簇索引。

（）14、求事务在读取数据前先加共享锁，且直到该事务执行结束时才释放相应的锁，这种封锁协议是二级封锁协议。