115 身心障礙特考三等 資訊處理 資料庫應用 考古題詳解

核心觀念

本題考查關聯資料庫的基本完整性限制。資料表中的每筆資料稱為一個元組（tuple），每個欄位有其屬性與可接受的值。新增或修改資料時，必須符合下列四項限制，才能維持資料的正確性與關聯性。

解題方法

作答時可依序從「欄位值、資料列識別、主鍵值、表間關聯」四個層次說明：

1. 定義域限制：檢查單一欄位的值是否符合其資料型態、範圍或格式。
2. 關聯鍵限制：檢查候選鍵是否能唯一識別每一筆元組。
3. 實體完整性限制：檢查主鍵值是否存在且不為 NULL。
4. 參考完整性限制：檢查外鍵是否對應到被參照資料表中實際存在的鍵值，或依規則允許為 NULL。

四種限制的意義與例子

一、定義域限制（Domain constraint）

意義： 每個屬性的值都必須取自該屬性所定義的值域。值域可由資料型態、長度、範圍、格式或其他檢核條件界定。

例子： 在「學生」關聯中，若「年級」欄位定義為整數且範圍是 1 至 4，則新增年級為 3 的學生資料符合限制；新增年級為 5 或填入文字「三年級」則不符合。若「出生日期」欄位定義為日期型態，輸入無效日期也不符合定義域限制。

二、關聯鍵限制（Key constraint）

意義： 關聯的鍵必須能唯一識別每一筆元組。不同元組不能在同一組鍵屬性上具有相同值。候選鍵是能唯一識別元組的最小屬性集合；其中選定作為主要識別依據者稱為主鍵。

例子： 在「學生（學號、姓名、系所）」關聯中，若「學號」為候選鍵，則不能同時新增兩筆學號皆為 S001 的學生資料，即使姓名或系所不同也不行。若「課程」關聯以「課程代碼」為鍵，同一課程代碼也不得重複。

三、實體完整性限制（Entity integrity constraint）

核心觀念

本題考查 ERD 轉換為關聯綱目（Relational Schema）的規則，重點包括：

1. 一般實體轉換為一個關聯綱目。
2. 多值屬性必須另建關聯綱目。
3. $1:M$ 關聯：將「1」端的主鍵放入「M」端作為外來鍵。
4. $1:1$ 關聯：將一方主鍵放入另一方作為外來鍵，並以 UNIQUE 維持一對一。
5. $M:N$ 關聯：另建關聯綱目，包含兩端實體的主鍵。
6. 弱實體的主鍵由「擁有者實體主鍵＋弱實體部分鍵」組成。
7. 遞迴關聯可將同一實體的主鍵以不同角色放入同一綱目。

圖中：

• X、Y、W 為一般實體。
• Z 為弱實體，以雙框表示。
• R2 為識別關聯，以雙菱形表示。
• XC 為多值屬性，以雙橢圓表示。
• R3 具有關聯屬性 RC。
• R5 是 X 對自身的遞迴關聯，基數為 $1:M$。

解題方法

先將各實體的主鍵找出，再依照關聯基數決定外來鍵的位置：

• X 的主鍵為 XA。
• Y 的主鍵為 YA。
• W 的主鍵為 WA。
• Z 為弱實體，ZA 是部分鍵，因此 Z 的完整主鍵為 $(YA,ZA)$。
• XC 為多值屬性，必須拆成獨立綱目。
• R1 為 $X:Y=1:M$。
• R2 為 $Y:Z=1:M$ 的弱實體識別關聯。
• R3 為 $X:Z=M:N$，且有關聯屬性 RC。
• R4 為 $X:W=1:1$。
• R5 為 X 的遞迴 $1:M$ 關聯。

資料庫綱目

以下以粗體表示主要鍵，FK 後標示外來鍵參考的綱目。

1. 實體 X

其中：

• XA：主要鍵。

XC 是多值屬性，不能直接放在 X 中，因此另建綱目：

其中：

• XA：外來鍵，參考 X(XA)。
• (XA, XC)：複合主要鍵。

2. 實體 Y 與關聯 R1

R1 的基數為：

因此將 X 的主鍵 XA 放入多方 Y 中：

其中：

• YA：主要鍵。
• XA：外來鍵，參考 X(XA)。

3. 弱實體 Z 與識別關聯 R2

Z 是弱實體，R2 是其識別關聯。圖中：

• Y 端為 $1$。
• Z 端為 $M$。
• ZA 是弱實體的部分鍵。

因此將擁有者 Y 的主鍵 YA 放入 Z，並與部分鍵 ZA 組成完整主鍵：

其中：

• (YA, ZA)：主要鍵。
• YA：外來鍵，參考 Y(YA)。

由於 R2 是識別關聯，通常不必另建 R2 綱目，其資訊已整合至 Z 中。

4. 多對多關聯 R3

R3 連接 X 與 Z，基數為：

因此必須另建關聯綱目，並納入兩端實體的主鍵及關聯屬性 RC：

其中：

• (XA, YA, ZA)：主要鍵。
• XA：外來鍵，參考 X(XA)。
• (YA, ZA)：外來鍵，參考 Z(YA, ZA)。
• RC：R3 的關聯屬性。

核心觀念

本題考查交易並行執行時，若缺乏適當的並行控制，資料讀寫交錯可能破壞資料一致性。以下以交易 $T_1$、$T_2$ 表示兩個同時執行的交易，資料項目以 $X$ 表示。

• 遺失更新（Lost Update）：兩個交易讀取同一資料的舊值，分別計算後寫回；後寫入的結果覆蓋先前交易的更新，使先前更新遺失。
• 污染讀取（Dirty Read）：一個交易讀取另一個尚未提交（commit）的交易所寫入資料。若寫入交易之後回復（rollback），讀取交易使用的便是無效資料。

解題方法

作答時，以「操作交錯順序」呈現問題，再比較最後的資料狀態與正確結果。遺失更新要追蹤兩個交易如何以舊值計算並互相覆蓋；污染讀取則要指出讀取發生在寫入交易提交之前，以及回復後造成的影響。

一、遺失更新

假設資料項目 $X$ 的初始值為 $100$：

• $T_1$ 要將 $X$ 增加 $10$。
• $T_2$ 要將 $X$ 減少 $20$。

若依序執行，結果應為：

若操作交錯如下：

最後資料庫中的 $X=80$。$T_2$ 寫回時，覆蓋了 $T_1$ 寫入的 $110$；結果等同只執行 $T_2$，$T_1$ 的加 $10$ 更新遺失。

**發生原因：**兩個交易都根據舊值 $100$ 計算，且沒有並行控制避免彼此覆寫。

核心觀念

本題考查關聯式資料庫的多表連接、反向查詢、分組彙總、數值四捨五入，以及自我連接。

• JOIN：依外鍵與主鍵的對應關係合併資料表。
• LEFT JOIN 與 IS NULL：找出左表存在、右表沒有對應資料的紀錄。
• GROUP BY 與 AVG：依群組計算平均值。
• ROUND(欄位, 2)：將數值四捨五入至小數點後兩位。
• 自我連接：同一張資料表以不同別名出現，用來對照介紹人與被介紹會員。

以下以一般 SQL 寫法作答；不同資料庫系統的日期時間型別或欄位命名方式可能略有差異。

解題方法

（一）查詢會員玩遊戲的資料

遊戲紀錄資料同時記錄會員編號與遊戲編號，因此從遊戲紀錄出發，分別連接會員資料與遊戲資料，即可取得會員姓名及遊戲名稱。

SELECT m.編號 AS 會員編號,
 m.姓名 AS 會員姓名,
 g.遊戲名稱,
 r.參與遊戲日期時間
FROM 會員資料 AS m
JOIN 遊戲紀錄資料 AS r
 ON m.編號 = r.會員編號
JOIN 遊戲資料 AS g
 ON r.遊戲編號 = g.遊戲編號;

使用內部連接會只列出確實有遊戲紀錄，且該紀錄能對應到會員與遊戲的資料。

（二）查詢沒有玩過遊戲的會員

先以會員資料為左表，對遊戲紀錄資料做左外部連接；若連接後的遊戲紀錄會員編號為 NULL，代表該會員沒有任何遊戲紀錄。

SELECT m.編號 AS 會員編號,
 m.姓名 AS 會員姓名,
 m.性別 AS 會員性別,
 m.加入會員日期
FROM 會員資料 AS m
LEFT JOIN 遊戲紀錄資料 AS r
 ON m.編號 = r.會員編號
WHERE r.會員編號 IS NULL;

判斷欄位使用遊戲紀錄資料中的會員編號，因為該欄位在成功配對時必定有值；沒有配對時則為 NULL。

（三）依性別查詢會員平均花費點數

遊戲資料中的花費點數屬於遊戲，會員是否玩過該遊戲則由遊戲紀錄資料表示。因此先連接會員、遊戲紀錄及遊戲資料，再依會員性別分組，計算各組的平均花費點數。