資料庫的核心理論與實務習題解答

資料庫的核心理論與實務涵蓋了多個重要主題，以下是針對這些主題的習題解答與相關內容整理：

1. 資料庫系統的組成

習題：資料庫系統的主要組成部分有哪些？

解答： 資料庫系統的主要組成包括：
1. 資料庫管理系統（DBMS）：負責管理資料庫的軟體系統。
2. 資料庫：儲存結構化資料的集合。
3. 使用者：包括應用程式開發者、資料庫管理員（DBA）和終端使用者。
4. 硬體：支援資料庫運行的伺服器與儲存設備。
5. 應用程式：與資料庫互動的軟體系統。

2. 資料模型

習題：什麼是關聯式資料模型？

解答： 關聯式資料模型是一種以表格（Table）為基礎的資料組織方式。其特點包括：
1. 表格（Relation）：資料以行和列的形式儲存。
2. 主鍵（Primary Key）：唯一識別每一筆記錄的欄位。
3. 外鍵（Foreign Key）：建立表格之間的關聯。
4. 正規化（Normalization）：消除冗餘資料，確保資料完整性。

3. 正規化

習題：什麼是第一正規化（1NF）？

解答： 第一正規化的條件包括：
1. 每個欄位都是原子性（Atomic），不可再分割。
2. 每筆記錄有唯一的主鍵。
3. 沒有重複的欄位或記錄。

範例： 將以下未正規化的表格轉換為1NF： | 學生編號 | 學生姓名 | 課程 | |----------|----------|------| | 001 | 張三 | 數學, 英文 | | 002 | 李四 | 物理 |

解答： | 學生編號 | 學生姓名 | 課程 | |----------|----------|------| | 001 | 張三 | 數學 | | 001 | 張三 | 英文 | | 002 | 李四 | 物理 |

4. SQL 語法

習題：寫出一個SQL查詢，找出成績大於90分的學生。

解答：

SELECT 學生姓名, 成績
FROM 成績表
WHERE 成績 > 90;

5. 交易管理

習題：什麼是ACID原則？

解答： ACID是資料庫交易的四個特性：
1. 原子性（Atomicity）：交易中的所有操作要麼全部完成，要麼全部不執行。
2. 一致性（Consistency）：交易前後資料庫必須保持一致狀態。
3. 隔離性（Isolation）：多個交易同時執行時，彼此互不乾擾。
4. 持久性（Durability）：交易完成後，結果永久保存。

6. 索引與效能優化

習題：為什麼索引能提升查詢效能？

解答： 索引是一種資料結構，用於快速查找資料庫中的特定記錄。其優點包括：
1. 減少全表掃描的需求。
2. 加快查詢速度，特別是對大型資料表。
3. 支援排序與範圍查詢。

注意： 過多的索引會影響寫入效能，因為每次資料更新時，索引也需要同步更新。

7. 資料庫備份與復原

習題：資料庫備份的類型有哪些？

解答：
1. 完整備份（Full Backup）：備份整個資料庫。
2. 增量備份（Incremental Backup）：只備份上次備份後變更的資料。
3. 差異備份（Differential Backup）：備份上次完整備份後變更的資料。
4. 交易日誌備份（Transaction Log Backup）：備份交易日誌，用於復原至特定時間點。

8. 分散式資料庫

習題：分散式資料庫的優點與挑戰是什麼？

解答： 優點：
1. 提升效能與可用性。
2. 支援地理分散的資料存取。
3. 增強容錯能力。
挑戰：
1. 資料一致性的維護。
2. 交易管理的複雜性。
3. 網路延遲與頻寬限制。

9. NoSQL 資料庫

習題：NoSQL 資料庫與關聯式資料庫的主要差異是什麼？

解答：
1. 資料模型：NoSQL 支援非結構化資料（如鍵值對、檔案、圖形等），而關聯式資料庫使用表格。
2. 擴展性：NoSQL 更適合水平擴展（Horizontal Scaling）。
3. 一致性：NoSQL 通常採用最終一致性（Eventual Consistency），而非強一致性。

10. 資料庫安全

習題：如何確保資料庫的安全性？

解答：
1. 存取控制：設定使用者權限與角色。
2. 加密：對敏感資料進行加密儲存與傳輸。
3. 審計：記錄所有資料庫操作以追蹤異常行為。
4. 備份與復原：定期備份資料，防止資料遺失。

以上是資料庫核心理論與實務的常見習題與解答，涵蓋了基礎概念、SQL語法、正規化、交易管理、效能優化等主題。

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