115 高普考普通考試 統計 資料處理概要 考古題詳解

115 年・高普考・普通考試・統計
試題代碼 資料處理概要

第 一 題30 分

某政府機關建置全國人口統計資料交換網路,各統計中心之連線關係為 (A,B)(A,B)、(A,C)(A,C)、(B,D)(B,D)、(C,F)(C,F)、(D,E)(D,E)、(F,D)(F,D),其中 AA 為中央統計中心,其餘為各區域統計中心。

中央統計中心 AA 需將最新人口統計資料傳送至各區統計中心。請畫出連結圖,並利用以下兩種搜尋法傳送資料,寫出資料傳送順序:

  1. 廣度優先搜尋法(Breadth First Search, BFS)。
  2. 深度優先搜尋法(Depth First Search, DFS)。

若有多個尚未拜訪的相鄰節點,則依英文字母順序選擇;並請利用 BFS 說明由中央統計中心傳送資料到 EE 的最短邊數路徑與其經過之節點。

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核心觀念

本題考圖形搜尋。各統計中心是頂點,連線是邊;由題目給定的無向連線可畫成圖。從起點 AA 出發:

  • 廣度優先搜尋(BFS):先拜訪起點,再依距離由近到遠搜尋;同一層的相鄰節點依英文字母順序處理。
  • 深度優先搜尋(DFS):沿著尚未拜訪的相鄰節點深入,無路可走時回溯;相鄰節點同樣依英文字母順序選擇。

拜訪順序指節點第一次被搜尋到的順序。

解題方法

依題目連線建立鄰接關係:

節點相鄰節點(英文字母順序)
AAB,CB,C
BBA,DA,D
CCA,FA,F
DDB,E,FB,E,F
EEDD
FFC,DC,D

1. 廣度優先搜尋(BFS)

從 AA 開始,先將 AA 的相鄰節點 B,CB,C 依序加入搜尋佇列。接著依序處理佇列中的節點,逐層發現尚未拜訪的相鄰節點:

  1. 拜訪 AA,發現 B,CB,C。
  2. 處理 BB,發現 DD。
  3. 處理 CC,發現 FF。
  4. 處理 DD,發現 EE;FF 已經發現。
  5. 處理 FF,其相鄰節點已發現。
  6. 處理 EE,完成搜尋。

因此 BFS 順序為:

A→B→C→D→F→EA\to B\to C\to D\to F\to E

2. 深度優先搜尋(DFS)

從 AA 開始,每次選取字母順序最前且尚未拜訪的相鄰節點,直到無法再深入,再回溯:

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第 二 題30 分

某政府統計機關辦理全國家庭收支調查,調查員需攜帶平板電腦至各地進行訪查,並即時將調查資料回傳至中央統計資料庫。由於部分地區缺乏固定網路環境,因此調查員可能透過 Wi-Fi 或 5G 行動網路進行資料傳輸。

近期資訊部門發現,部分調查員經常使用咖啡廳等公共場所提供的免費 Wi-Fi 上傳資料,可能造成調查資料於傳輸過程中遭竊聽或外洩的風險,因此規劃使用 VPN(Virtual Private Network)強化資料傳輸安全。

請說明 Wi-Fi 與 5G 行動網路在本案例中的連線方式、涵蓋範圍及適用情境之差異。另外,若調查員於公共場所使用 Wi-Fi 回傳調查資料,請說明可能面臨的資訊安全風險有哪些?並說明 VPN 如何降低這些風險,以保護資料傳輸安全?

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核心觀念

本題考查無線網路的連線方式、涵蓋範圍與適用情境,以及公共 Wi-Fi 的傳輸風險和 VPN 的防護原理。作答時要分清楚:Wi-Fi 與 5G 是不同的無線接取方式;VPN 則是在既有網路上建立受保護的連線,並不會取代 Wi-Fi 或 5G。

解題方法

先比較 Wi-Fi 與 5G 的連線路徑和覆蓋範圍,再列出公共 Wi-Fi 的主要威脅,最後說明 VPN 如何透過加密隧道降低傳輸途中遭竊聽或竄改的風險。須注意,VPN 主要保護裝置與 VPN 端點之間的流量,並不代表端點本身或所有網路風險都受到保護。

一、Wi-Fi 與 5G 的差異

比較項目Wi-Fi5G 行動網路
連線方式平板透過無線電波連到附近的無線基地臺或無線分享器,再經由其連接的固網或其他回程網路上網。公共場所的 Wi-Fi 通常由場所或服務業者提供。平板透過 5G 行動網路連到電信業者的基地臺,再經由電信核心網路連上網際網路或機關系統,通常需有支援 5G 的裝置及有效的行動網路服務。
涵蓋範圍通常以基地臺周圍的室內或局部區域為主;距離、障礙物、基地臺位置及同時使用人數都會影響訊號與品質。由電信業者布建基地臺,涵蓋範圍通常較廣,可在有訊號的城鎮、道路及其他服務區域使用;實際收訊仍受地形、建築及基地臺配置影響。
適用情境適合在辦公室、旅館或咖啡廳等有 Wi-Fi 的固定地點連線;若是未充分管理的公共 Wi-Fi,須留意安全風險。適合調查員在外訪查、移動途中或缺乏可信任 Wi-Fi 時使用;可減少仰賴公共 Wi-Fi 的需要,但仍須使用安全傳輸方式。

二、公共 Wi-Fi 的資訊安全風險

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第 三 題20 分

某政府機關為管理食品安全,建立食品生產調查資料表,包含 CompanyID(公司登記編號)、CompanyName(公司登記名稱)、City(工廠所在縣市)、ProductID(產品編號)及 ProductName(產品名稱)。

其中,一家公司可生產多種產品,ProductID 為產品之唯一識別編號,每種產品只會有一個官方名稱,目前系統以 CompanyID 及 ProductID 作為複合主鍵。

請說明此資料表可能產生之插入異常(Insertion Anomaly)、更新異常(Update Anomaly)及刪除異常(Deletion Anomaly)問題,並將其分解至第二正規化(2NF),寫出分解後之資料表結構。

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核心觀念

本題考查函數相依與第二正規化(2NF)。複合主鍵由多個屬性組成;若非主鍵屬性只依賴複合主鍵的一部分,而非依賴整個複合主鍵,即為部分相依。資料表若存在部分相依,便不符合 2NF。

原資料表的屬性為:

R(CompanyID,CompanyName,City,ProductID,ProductName)R(\text{CompanyID},\text{CompanyName},\text{City},\text{ProductID},\text{ProductName})

題目指定複合主鍵為 (CompanyID,ProductID)(\text{CompanyID},\text{ProductID}),並提供以下函數相依:

CompanyID→CompanyName,City\text{CompanyID}\rightarrow \text{CompanyName},\text{City} ProductID→ProductName\text{ProductID}\rightarrow \text{ProductName}

因此,公司名稱與工廠所在縣市只由 CompanyID 決定;產品名稱只由 ProductID 決定。這些非主鍵屬性都只依賴複合主鍵的一部分,形成部分相依。

解題方法

先確認候選主鍵,再檢查每個非主鍵屬性是否都依賴整個複合主鍵:

  • (CompanyID,ProductID)(\text{CompanyID},\text{ProductID}) 用來識別「哪家公司生產哪種產品」。
  • CompanyName、City 只依賴 CompanyID。
  • ProductName 只依賴 ProductID。

所以原表不符合 2NF。分解時,將依賴 CompanyID 的公司資料放入公司資料表;將依賴 ProductID 的產品資料放入產品資料表;原表則保留公司與產品之間的生產關係。

異常問題

插入異常(Insertion Anomaly)

若某產品尚未被任何公司生產,原表中就沒有可供填入該產品的資料列,因此無法單獨新增 ProductID 與 ProductName。類似地,若公司尚未生產任何產品,也無法只新增 CompanyID、CompanyName 與 City,而必須先虛構或等待一筆產品資料。

更新異常(Update Anomaly)

同一家公司生產多種產品時,其 CompanyName 與 City 會在多筆資料中重複。若公司更名或工廠所在縣市資料變更,必須同步修改所有相關資料列;漏改任何一列,就會造成資料不一致。

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第 四 題20 分

某政府機關建置「智慧統計分析平台」,規劃資料庫需儲存企業基本資料、企業商標圖片、財務報表 PDF、統計分析模型及分析結果。由於資料類型多元且資料量持續成長,資訊部門評估採用關聯式資料庫(Relational Database)或 NoSQL 資料庫進行資料管理。

請比較關聯式資料庫與 NoSQL 資料庫在以下三方面的差異:

  1. 資料儲存方式。
  2. 資料模型(Data Model)。
  3. 系統擴充能力(Scalability)。

並說明本案例較適合採用何種資料庫及其理由。

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核心觀念

本題考查關聯式資料庫與 NoSQL 資料庫在資料儲存方式、資料模型及系統擴充能力上的差異,並要求依據應用情境選擇合適的資料庫。資料型態多元、資料量持續成長時,應同時考量資料結構、查詢需求、擴充方式,以及資料一致性與管理需求。

解題方法

先將案例中的資料分成兩類:

  • 結構化資料:企業基本資料、財務報表欄位、模型參數、分析結果欄位。
  • 非結構化或複雜資料:商標圖片、PDF 報表、統計分析模型檔案。

再依題目指定的三個面向比較資料庫特性,最後衡量哪一種方案較能因應資料類型多元與資料量成長。須注意,「能儲存圖片或 PDF」不代表必須使用 NoSQL;關聯式資料庫也能以二進位大型物件(BLOB)等方式儲存檔案,或將檔案存放於檔案儲存系統,再於資料庫保存檔案路徑與中繼資料。

三方面比較

比較面向關聯式資料庫NoSQL 資料庫
資料儲存方式以資料表、列與欄儲存資料,資料通常依固定結構與欄位型別保存;表格之間可透過主鍵、外鍵等關聯。依資料庫類型儲存為文件、鍵值、寬欄或圖形等形式,不限於傳統表格;適合處理結構各異或變動較頻繁的資料。
資料模型採關聯式資料模型,通常先定義綱要(schema),欄位、型別及資料關係較明確。可用 SQL 查詢,並支援交易與資料完整性約束。資料模型依產品類型而異;常見者包括文件型、鍵值型、寬欄型與圖形型。許多 NoSQL 系統採較彈性的綱要,便於容納不同欄位或逐步變更的資料。
系統擴充能力傳統上較常採垂直擴充,例如增加單一伺服器的處理器、記憶體或儲存容量;水平擴充及分散式管理通常需要較多規劃。許多系統設計支援水平擴充,可增加伺服器節點分散儲存與處理負載;大量成長時較容易透過叢集擴展,但仍須依產品特性規劃分片、複寫及一致性。

案例分析與建議

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