108 高普考高考三級 資訊處理 資料庫應用 考古題詳解

核心觀念

本題考查資料庫資料模式依抽象程度與呈現方式的分類。三類模式的關鍵差異在於：描述的是使用者關心的資料與關係、資料如何在資料庫中實作，或資料如何實際儲存於電腦中。

解題方法

依照模式的抽象層次，由高至低整理：

1. 高階（觀念）資料模式：描述資料的意義、資料間的關係及限制，著重使用者與應用領域的觀點。
2. 表示（實作）資料模式：描述資料庫管理系統支援的資料結構與操作方式，能表達資料及其關係，但不處理最底層的儲存細節。
3. 低階（實體）資料模式：描述資料在電腦中的實際儲存方式，包括檔案組織、索引與存取路徑。

三類資料模式與例子

一、高階（High-Level／Conceptual）資料模式

以貼近使用者理解的方式描述資料，包含實體、屬性、關係及限制條件；通常不涉及資料如何配置到磁碟或記憶體。

例子：

• 實體－關係模式（Entity-Relationship Model, ER Model）：以實體、屬性及關係描述資料需求。
• 物件導向資料模式（Object-Oriented Data Model）：以物件、類別、屬性、方法及繼承等概念描述資料。

二、表示（Representational／Implementation）資料模式

介於觀念描述與實體儲存之間，以資料庫管理系統可支援的結構表示資料，讓資料能被組織、查詢及更新；通常不描述每筆資料在磁碟上的實際位置或位元組排列。

例子：

核心觀念

本題考查多對多關係的關聯式資料庫設計，以及以 SQL 進行分組統計與自我連接查詢。

BOOK 與 AUTHOR 之間是多對多關係：一本書可以有多位作者，一位作者也可以出版多本書。關聯式資料庫通常新增一張中介資料表，將每組「書籍—作者」對應記錄為一筆資料。中介表以兩端資料表的主鍵作為外來鍵，並以兩欄的組合作為主鍵，避免同一位作者與同一本書的配對重複。

解題方法

（一）增修資料庫設計

保留原有 BOOK 與 AUTHOR，新增中介資料表 BOOK_AUTHOR：

• BOOK（BookId, Title, PubDate, Category） PK：BookId

• AUTHOR（AuthId, Name, Birthday, Tel） PK：AuthId

• BOOK_AUTHOR（BookId, AuthId） PK：（BookId, AuthId） FK：BookId 對應 BOOK（BookId） FK：AuthId 對應 AUTHOR（AuthId）

BOOK_AUTHOR 的每一筆資料表示一位作者參與一本書。複合主鍵可防止同一作者與同一本書的配對被重複登錄；兩個外來鍵則確保配對所指向的書籍與作者均存在。

（二）查詢「資料庫」分類書籍及作者人數

以 BOOK 為查詢主體，連接 BOOK_AUTHOR，逐書分組，再以 COUNT 計算該書對應的作者筆數。為保留尚未登錄作者的書籍，使用 LEFT JOIN；此時應計算非空的 AuthId，避免將沒有作者的書籍誤算為一位作者。

SELECT B.BookId,
 B.Title,
 COUNT(BA.AuthId) AS AuthorCount
FROM BOOK AS B
LEFT JOIN BOOK_AUTHOR AS BA
 ON B.BookId = BA.BookId
WHERE B.Category = '資料庫'
GROUP BY B.BookId, B.Title
ORDER BY B.BookId ASC;

WHERE 先篩選分類為「資料庫」的書籍；GROUP BY 將同一本書的連接結果歸為一組；COUNT(BA.AuthId) 計算各組的作者數；最後依 BookId 遞增排列。

核心觀念

本題考查函數相依、候選鍵、正規化與更新異常。若關係 $R$ 中的屬性集合 $X$ 能唯一決定屬性 $Y$，記為 $X \to Y$。

依題意：

• 每個細分類號只屬於一個次分類，且細分類號唯一：$FineCate \to SubCate$。
• 每個次分類號只屬於一個大分類，且次分類號唯一：$SubCate \to MajorCate$。
• 每個商品只屬於一個細分類；商品編號在同一細分類內不重複：$(FineCate, SeqNo)$ 可唯一識別商品。
• 商品名稱與單價由商品識別資料決定：$(FineCate, SeqNo) \to ProdName, Price$。

由遞移性可得 $FineCate \to MajorCate$。因此，商品所屬的大分類與次分類可由細分類號推得，不必在每筆商品資料中重複儲存。

解題方法

以題目給定的主鍵 $(MajorCate, SubCate, FineCate, SeqNo)$ 檢查函數相依：

1. $(FineCate, SeqNo)$ 已能唯一識別商品，並決定 $ProdName$ 與 $Price$。
2. $FineCate$ 又決定 $SubCate$ 與 $MajorCate$。
3. 所以商品表中存在非主鍵屬性由主鍵的真子集決定的情形： $FineCate \to SubCate, MajorCate$
4. 而且有遞移相依： $FineCate \to SubCate \to MajorCate$

這使分類資料在多筆商品中重複出現；若同一細分類有多項商品，每筆都要重複存放其大分類號與次分類號。新增、修改或刪除商品時，可能造成分類資料不一致或遺失，屬於不良設計。

修正設計

在不更動屬性的前提下，將原表拆成下列三個關聯：

核心觀念

本題考查兩階段鎖定（Two-Phase Locking，2PL）協定的規範，以及它如何保證並行時程具有衝突可序列化性。

交易對資料項目執行讀取前，須取得共享鎖（Shared Lock，$S$）；執行寫入前，須取得排他鎖（Exclusive Lock，$X$）。共享鎖可與其他共享鎖並存；排他鎖與任何其他鎖皆不相容。

解題方法：說明 2PL 規範

符合 2PL 的交易，其鎖定操作分成兩個階段：

1. 成長階段（Growing Phase）：交易可以取得新鎖，也可以將共享鎖升級為排他鎖；不得釋放任何鎖。
2. 縮減階段（Shrinking Phase）：交易可以釋放鎖，也可以將排他鎖降級為共享鎖；不得再取得新鎖，也不得升級鎖。

兩階段的分界點稱為鎖點（lock point），即交易取得最後一把鎖的時刻。交易在鎖點前處於成長階段，鎖點後進入縮減階段。關鍵限制是：一旦釋放鎖，就不能再取得新的鎖。

時程性質與理由

若所有交易都遵循 2PL，並行執行所形成的時程必定是衝突可序列化時程（conflict-serializable schedule）。也就是說，該時程與某個依序執行各交易的序列時程衝突等價。

理由如下：

• 建立時程的優先圖（precedence graph）：每個交易是一個節點；