115 一般警察特考三等 警察資訊管理人員類別 資料庫應用 考古題詳解

核心觀念

本題測驗資料庫系統的四組基本概念：資料如何跨節點管理、交易如何維持可靠性、分析資料如何集中整理，以及如何對資料進行多維度分析。作答時應先給出明確定義，再說明主要特性與用途。

解題方法

依名詞分別掌握「定義＋關鍵特性＋典型用途」：

1. 分散式資料庫：說明資料分布在多個節點，但由整體資料庫系統統一管理。
2. ACID：逐一解釋四項交易性質，並搭配簡短例子。
3. 資料倉儲：說明其面向分析的資料集合及主要特性。
4. OLAP：說明其以多維度方式分析資料，並舉常見操作。

（一）分散式資料庫（5 分）

分散式資料庫是由多個透過網路連接的資料庫節點共同組成，資料可能分散儲存在不同地點或電腦上，但整體仍由分散式資料庫管理系統協調，使使用者能以一致的方式存取資料。

常見資料分布方式包括：

• 資料分割（fragmentation）：將資料表依列、欄或其他規則切分，分別存放於不同節點。
• 資料複製（replication）：將同一份資料複製至多個節點，以提高可用性或讀取效率。

其設計通常追求位置透明性、資料共享、可擴充性與容錯能力；但因資料分布於多個節點，也須處理網路延遲、節點故障，以及跨節點交易的一致性問題。

（二）ACID（10 分）

ACID 是確保資料庫交易可靠執行的四項性質：

1. 原子性（Atomicity） 一項交易內的操作視為不可分割的整體：全部成功，或全部失敗並回復，不留下只完成一部分的狀態。 例如轉帳時，扣款與入帳必須一併完成；若入帳失敗，扣款也須回復。

2. 一致性（Consistency） 交易執行前後，資料庫都必須符合預先定義的完整性限制與業務規則。交易可以改變資料，但不能使資料違反規則。 例如帳戶餘額不得低於規定下限，或外鍵必須參照存在的資料。

3. 隔離性（Isolation） 多筆交易同時執行時，彼此不應產生不當干擾；其效果應符合某種序列化執行的結果。實際隔離程度依資料庫的隔離等級而異，較低等級可能容許髒讀、不可重複讀或幻讀等現象。 例如兩筆交易同時更新同一帳戶時，資料庫須避免更新互相覆蓋而造成錯誤餘額。

4. 持久性（Durability） 交易一旦成功提交，其結果即應持續保存；即使之後發生當機，系統恢復後仍能保留已提交的結果。資料庫通常透過交易日誌、檢查點及復原機制達成此性質。

核心觀念

本題考查實體關係圖（Entity-Relationship Diagram, ERD）中的基數（cardinality）與參與限制（participation constraint）：

• 一位學生必須選修至少一門課程，因此學生端的最小參與數為 1。
• 一位學生可以選修多門課程，因此學生端的最大參與數為多。
• 一門課程可以有多位學生選修，也可能沒有學生選修，因此課程端的最小參與數為 0，最大參與數為多。

因此，「選修」關係是多對多（M:N）；學生對選修關係為全參與，課程對選修關係為部分參與。

解題方法

先分辨兩種實體及其關係：

• 實體：學生、課程。
• 關係：選修。

再將敘述中的「至少一門」與「可能沒有」轉成最小基數，將「多門」與「多位」轉成最大基數：

• 學生：$(1, N)$
• 課程：$(0, N)$

ERD 可用最小－最大基數表示如下：

學生 (1, N) ───── 選修 ───── (0, N) 課程

這表示每位學生至少參與一次選修關係；每門課程可以完全沒有學生選修，也可以有多位學生選修。若採用烏鴉腳表示法，兩端都標示「多」，學生端以實線表示必須參與，課程端以圓圈表示可以不參與。

核心觀念

本題考查交易隔離性不足時的兩種並行控制問題。交易（Transaction）是一組需視為整體執行的資料庫操作；隔離性要求並行交易的執行效果，應避免彼此不當干擾。

• Dirty Read（髒讀）：某交易讀取了另一交易尚未提交（未 COMMIT）的資料。若寫入資料的交易之後回復（ROLLBACK），讀取者取得的就是未正式成立的資料。
• Lost Update（更新遺失）：兩個交易讀取同一筆資料後，各自計算並寫回新值；後寫入的結果覆蓋先前交易的更新，使其中一筆更新未反映在資料中。

解題方法

回答情境題時，可用兩筆交易按時間先後列出操作，指出關鍵的讀寫順序，再說明錯誤結果如何產生。

一、Dirty Read 情境

假設帳戶餘額原為 1,000 元：

核心觀念

本題考查：

1. 函數相依（Functional Dependency, FD）
2. 候選鍵與超鍵
3. BCNF（Boyce-Codd Normal Form）
4. 依函數相依進行關聯分解

原表格為：

題目給定主鍵為：

依題意可得到兩個函數相依：

• 每一門課程只由一位教師授課：

• 每一位教師只教授一門課程：

解題方法

BCNF 的判定原則是：

對於關係中的每一個非平凡函數相依 $X \rightarrow Y$，決定因素 $X$ 必須是超鍵。

也就是說，若 $X \rightarrow Y$ 成立，則 $X$ 必須能唯一決定整筆資料。

一、判斷原表是否符合 BCNF

原表的主鍵為：

因此，單獨的 $CourseID$ 並不是超鍵，因為同一門課程可以有多位學生修習。例如：

$CourseID=C101$ 對應到多位學生，因此單獨的 $CourseID$ 無法唯一識別一筆資料。

但是依題意：

所以存在一個函數相依，其決定因素 $CourseID$ 不是超鍵，違反 BCNF。

同理，$Instructor$ 也不是原表的超鍵，但依題意：

例如 Dr. Chen 只教授 C101，故此函數相依也成立；然而 $Instructor$ 單獨無法唯一識別學生修課資料，因此同樣違反 BCNF。

因此，原表不符合 BCNF，主要原因是：

與

的左側決定因素都不是原關係的超鍵。

二、依 BCNF 分解成兩個表格

將描述「課程與教師對應關係」的資料獨立拆出：

表一：CourseInstructor

核心觀念

本題考查 SQL 的彙總查詢，重點包括：

• GROUP BY：依 ProductCategory 將資料分組。
• SUM(TotalAmount)：計算每一類商品的銷售金額總和。
• AS TotalSales：將彙總結果命名為 TotalSales。
• HAVING：對分組及彙總後的結果設定條件。
• WHERE 與 HAVING 的差異：WHERE 先篩選個別資料列；HAVING 則是在分組及彙總後篩選群組。

解題方法

先依 ProductCategory 分組，再計算各組的 TotalAmount 總和：

• Laptop：$1200+2400+1200=4800$
• Phone：$800+2400+1600=4800$
• Tablet：$500+1000=1500$
• Keyboard：$500+300=800$

接著套用條件：

只有銷售總額大於 3000 的商品類別能保留，因此 Laptop 與 Phone 會出現在結果集中。

SQL 指令功能說明

SELECT ProductCategory,
 SUM(TotalAmount) AS TotalSales
FROM Orders
GROUP BY ProductCategory
HAVING SUM(TotalAmount) > 3000;

其功能是：