[工學(xué)]數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論-第6章關(guān)系數(shù)據(jù)理論課件

1、第6章 關(guān)系數(shù)據(jù)理論 6.1問題的提出6.2規(guī)范化15.1 問題的提出關(guān)系數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)針對(duì)具體問題，如何構(gòu)造一個(gè)適合于它的數(shù)據(jù)模式數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的工具關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2關(guān)系模式簡記為：R（A1，A2，An）形式化表示為：五元組 R( U, D, dom，F(xiàn)）關(guān)系名屬性集合域集合屬性向域的映象集合屬性間數(shù)據(jù)的依賴關(guān)系集合例子：選修關(guān)系 可簡記為：SC（Sno,Cno,G)形式化表示為：SC ( U, D, dom，F(xiàn)）U=Sno,Cno,G D=字符型,數(shù)值型dom(Sno)=dom(Cno)=字符型； dom(G)=數(shù)值型；F(Sno,Cno)G三元組 R( U, F）3數(shù)據(jù)依賴是通過

2、一個(gè)關(guān)系中屬性間值的相等與否體現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系是現(xiàn)實(shí)世界屬性間相互聯(lián)系的抽象是數(shù)據(jù)內(nèi)在的性質(zhì)是語義的體現(xiàn)數(shù)據(jù)依賴的類型函數(shù)依賴（Functional Dependency，簡記為FD）多值依賴（Multivalued Dependency，簡記為MVD） 例如:p1794實(shí)例:要求設(shè)計(jì)一個(gè)教學(xué)管理數(shù)據(jù)庫,面臨的對(duì)象有:學(xué)生:用學(xué)號(hào)Sno描述. 系:用系名Sdept描述系主任:用姓名Mn描述. 課程:用課程名Cname描述成績:用分?jǐn)?shù)G描述U=Sno，Sdept，Mn，Cname，G由現(xiàn)實(shí)世界已知:一個(gè)系有若干學(xué)生,但一個(gè)學(xué)生只屬于一個(gè)系.一個(gè)系只有一名系主任.一個(gè)學(xué)生可以選修多門課程,

3、每門課程有若干學(xué)生選修.每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)每一門課程有一個(gè)成績.F=SnoSdept，SdeptMn，(Sno,Cname)G5SnoCnameSdeptMnG函數(shù)依賴圖:這個(gè)教學(xué)管理數(shù)據(jù)庫模式S(U,F)有以下三個(gè)“毛病”: p171(1)插入異常(2)刪除異常(3)冗余太大把模式S(U,F)分解為三個(gè)模式:( 稱為規(guī)范化的過程)S(Sno, Sdept, SnoSdept)Sg(Sno, Cname, G, (Sno,Cname)G)Dept(Sdept ,Mn , SdeptMn)66.2規(guī)范化6.2.1函數(shù)依賴1.屬性間的聯(lián)系 一對(duì)一聯(lián)系一對(duì)多聯(lián)系多對(duì)多聯(lián)系例如:S(U,F)U=Sno，Sd

4、ept，Mn，Cname，G72.函數(shù)依賴定義:設(shè)R(U)是屬性集U上的關(guān)系.X,Y是U的子集.若對(duì)于R(U)的任意一個(gè)可能的關(guān)系r,r中不可能存在兩個(gè)元組在X上的屬性值相等,而在Y上的屬性值不等,則稱X函數(shù)確定Y或Y函數(shù)依賴于X,記為XY.例子:R(Sno，Sdept，Mn，Cname，G)SnoSdept SdeptMn(Sno,Cname)GMnSdeptSnoGCnameG在一個(gè)關(guān)系模式中設(shè)有屬性集X,Y:如果X與Y是一對(duì)一聯(lián)系XY , YX一對(duì)多聯(lián)系YX多對(duì)多聯(lián)系XY , YX8一些符號(hào):XY,但YX則稱XY是非平凡的函數(shù)依賴.例子:R(Sno，Sdept，Mn，Cname，G)(S

5、no,Cname)Cname(Sno,Cname)GXY,但YX則稱XY是平凡的函數(shù)依賴.平凡函數(shù)依賴非平凡函數(shù)依賴若XY,則X稱為決定因素.若XY,YX,則記為XY例子: SdeptMn若Y函數(shù)不依賴于X,則記為XY例子:SnoGCnameG9Sc(Sno,Cno,Grade)定義:在R(U)中,如果XY,并且對(duì)于X的任何一個(gè)真子集 , 都有 Y,則稱Y對(duì)X完全函數(shù)依賴,記為 若XY,但Y不完全函數(shù)依賴于X,則稱Y對(duì)X部分函 數(shù)依賴,記為例子:R(Sno，Sname,Sage,Sdept)10定義:在R(U)中,如果XY,(Y X),YX,YZ,則稱Z對(duì)X 傳遞函數(shù)依賴.記為: 在R(U)中

6、,如果XY,(Y X),YX,YZ,則稱Z對(duì)X 直接函數(shù)依賴.記為:例子1:R(Sno，Sname,Sage,Sdept)如果姓名沒有重復(fù):SnoSname SnameSno SnameSage例子2: R(Sno，Sdept，Mn，Cname，G)SnoSdept SdeptSno sdeptMn11定義:設(shè)K是R(U,F)中的屬性組合,若 則K為R的侯選碼.若侯選碼多于一個(gè)則選取其中一個(gè)為主碼.包含在任何候選碼中的屬性,稱為主屬性.不包含在任何一個(gè)侯選碼中的屬性,稱為非主屬性.例子:R(Sno，Sdept，Mn，Cname，G)(Sno)U(Sno,Sdept)U(Sno,Sdept,Mn

7、)U(Sno,Sdept,Mn,Cname)U (存在部分函數(shù)依賴)(Sno,Sdept,Mn,Cname,G)U (存在部分函數(shù)依賴)(Sno,Cname)U(Sno,Cname,G)U (存在部分函數(shù)依賴)侯選碼:(Sno,Cname)(Cno)U12例子1：關(guān)系 S（S#，SN，SD，SA）關(guān)系S的候選碼：（S#） （SN）關(guān)系S的主碼：（S#）關(guān)系S的主屬性：S# SN關(guān)系S的非主屬性：SD SA例子2：關(guān)系SC（S#，C#，G）關(guān)系SC的候選碼：關(guān)系SC的主碼：關(guān)系SC的主屬性：關(guān)系SC的非主屬性：（S#，C#）（S#，C#）S# C#G例子3：關(guān)系R（P，W，A）關(guān)系R的候選碼:（

8、P,W,A）關(guān)系R的主碼:（P,W,A）關(guān)系R的主屬性：P W A關(guān)系R的非主屬性：全碼13定義:關(guān)系模式R中屬性或?qū)傩越MX并非R的碼,但X是另一個(gè)關(guān)系模式的碼,則稱X是R的外部碼,也稱外碼.例子: Sc(sno,cno,G) S（Sno，Sname，Sdept，Sage）屬性Sno是SC的外碼例子：Dept(Sdept ,Mn , SdeptMn)S（Sno，Sname，Sdept，Sage）屬性Sdept是S的外碼145.2.2 范式1NF2NF3NF4NFBCNF5NF規(guī)范化: 一個(gè)低一級(jí)范式的關(guān)系模式,通過模式分解轉(zhuǎn)換為若干個(gè)高一級(jí)范式的關(guān)系模式的集合.5NF 4NF BCNF 3NF

9、 2NF 1NF155.2.3 1NF1NF的定義如果一個(gè)關(guān)系模式R的所有屬性都是不可分的基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，則R1NF。第一范式是對(duì)關(guān)系模式的最起碼的要求。不滿足第一范式的數(shù)據(jù)庫模式不能稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫。但是滿足第一范式的關(guān)系模式并不一定是一個(gè)好的關(guān)系模式。例子:S(U,F)U=Sno，Sdept，Mn，Cname，GF=SnoSdept，SdeptMn, SnoMn, (Sno,Cname)G165.2.4 2NF定義 :若R1NF,且每一個(gè)非主屬性完全函數(shù)依賴于碼, 則R 2NF例子1: 判定關(guān)系模式SC(Sno,Cno,G)是否屬于2NF.SC 1NF(2)候選碼：(Sno,Cno) 主屬性:

10、Sno,Cno 非主屬性:G SnoG CnoG SC 2NF17例子2: 判定關(guān)系模式S-L-C(Sno,Sdept,Sloc,Cno,G)是否屬 于2NF. 注:Sloc為學(xué)生住處，假設(shè)每個(gè)系的學(xué)生住在同一個(gè)地方。S-L-C的函數(shù)依賴有:SnoSdeptSdeptSlocSnoSloc(Sno,Cno)GSnoCnoGSdeptSloc函數(shù)依賴圖:18S-L-C 1NF(2)候選碼：(Sno,Cno) 主屬性: Sno,Cno 非主屬性:Sdept,Sloc,G SnoG CnoG SnoSdept SnoSLoc S-L-C2NF解:19關(guān)系模式S-L-C (Sno,Sdept,Sloc

11、,Cno,G)存在以下問題:(1)插入異常(2)刪除異常(3)修改復(fù)雜解決的方法:分解模式把關(guān)系模式S-L-C分解為: SC(Sno,Cno,G) S-L(Sno,Sdept,Sloc)(例:Sno95102，SdeptIS，SlocN的插入)(例:Sno95001，SdeptCS，Cno=3的刪除)(例:Sno95004，SdeptIS， SlocN 轉(zhuǎn)系)原因 Sdept、 Sloc部分函數(shù)依賴于碼(Sno,Cno)。205.2.5 3NF定義：若R2NF，且每一個(gè)非主屬性都 不傳遞依賴于碼, 則R3NF。例 ：分析關(guān)系模式SC是否是3NF。解 ： SC（SNO，CNO，G） （1）SC2

12、NF （2）候選碼: (SNO，CNO） 非主屬性： G 無 傳遞依賴存在 SC3NF SnoCnoGSC21例 ：分析關(guān)系模式S-L是否是3NF。解 ： S-L（SNO，SDEPT，SLOC） （1）S-L2NF （2）候選碼: SNO 非主屬性： SDEPT,SLOC SNOSDEPT SDEPTSNO, SDEPTSLOC S-L3NFSNO SLOC傳遞SnoSdeptSloc22關(guān)系模式S-L（SNO，SDEPT，SLOC）不屬于3NF，它存在下列問題： (1)插入異常 (2)刪除異常 (3)修改復(fù)雜解決的方法：將S-L分解：S-L（SNO，SDEPT，SLOC）S-D（SNO，SD

13、EPT）D-L（SDEPT，SLOC）3NF3NF(例:SdeptMA，Sloc4A的插入)(例:Sno95001，SdeptCS，Sloc=D的刪除)(例:SdeptIS， SlocN 系換地址)原因 Sloc傳遞函數(shù)依賴于碼(Sno)。23S-L-CS-LS-D（SNO，SDEPT）D-L（SDEPT，SLOC）SC（SNO，CNO，G）3NF3NF3NF關(guān)系模式S-L-C S(Sno,Sdept,Sloc,Cno,G)經(jīng)過2次分解后：（1）插入無異常（2）刪除無異常（3）修改不復(fù)雜3NF消除了非主屬性對(duì)候選碼的： （1）部份函數(shù)依賴 （2）傳遞函數(shù)依賴24例：關(guān)系模式STJ(S,T,J)

14、S表示學(xué)生，T表示教師，J表示課程。每一個(gè)教師只教一門課。每門課有若干教師，某一學(xué)生選定某門課程，就對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的教師。某個(gè)學(xué)生選修某個(gè)教師的課就確定了所選課的名稱 。J與T是一對(duì)多聯(lián)系：TJS與J是多對(duì)多聯(lián)系：S與T是多對(duì)多聯(lián)系：（S,J）T(S,T)J如圖：SJTSTJ25分析模式STJ（S，T，J）：（1）STJ1NF（2）候選碼：（S，T） （S，J） 非主屬性：無 STJ3NF存在問題：（1）插入異常（2）刪除異常（3）數(shù)據(jù)冗余（例：T=張三， J=物理的插入）（例：S=95001，T=張三， J=物理的刪除）（例：T=張三， J=物理 老師換課）263NF還隱含主屬性對(duì)候選碼：（1

15、）部份函數(shù)依賴（2）傳遞函數(shù)依賴275.2.6 BCNF（擴(kuò)展的第三范式）定義：若R3NF，且每一個(gè)決定因素都包含碼。則 R BCNF例1 ：分析關(guān)系模式 S（SNO,SNAME,SDEPT,SAGE） （1）S 1NF （2）候選碼：SNO 非主屬性：SNAME，SDEPT，SAGE S 2NFFFFSNO SNAME SNOSDEPT SNOSAGE28（3）非主屬性無傳遞函數(shù)依賴于碼 S 3NF（4）決定因素只有SNO S BCNF例2 :分析關(guān)系模式 SC（SNO，CNO，G） （1）SC 3NF （2）（SNO，CNO）G 決定因素（SNO，CNO）是碼 SC BCNF29例3 SJ

16、P（S，J，P）中，S是學(xué)生，J 表示課程，P表示 名次。每一個(gè)學(xué)生選修每門課程的成績有一定的名 次，每門課程中每一名次只有一個(gè)學(xué)生（即沒有并 列名次）。由語義可得到下面的函數(shù)依賴： （ S，J）P （J，P）S分析： （1）SJP1NF （2）候選碼：（S，J） （J，P） 非主屬性：無 SJP3NF （3）決定因素（S，J） （J，P）是碼 SJPBCNF30 （1）STJ3NF （2）候選碼：（S，J） （S，T） TJ 決定因素T不包含碼STJBCNFSJTSTJ例4 ： 分析關(guān)系模式 STJ（S，T，J）31STJ存在下列問題：（1）插入異常 （2）刪除異常 （3）數(shù)據(jù)冗余解決的方法

17、：分解STJ（S，T，J）STJ（S，T，J）ST（S，T）TJ（T，J） BCNF BCNFSTSTTJTJ32小結(jié)：（1）如果只考慮函數(shù)依賴，則屬于BCNF的關(guān)系模式規(guī) 范化程度已經(jīng)是最高的了。（2）如果考慮多值依賴，則屬于4NF的關(guān)系模式規(guī)范化 程度已經(jīng)是最高的了。 （3）函數(shù)依賴是多值依賴的一種特殊情況，而多值依賴 又是連接依賴的一種特殊情況。33小結(jié): 規(guī)范化的基本思想是: P182 消除不合適的數(shù)據(jù)依賴各關(guān)系模式達(dá)到某種程度的“分離”采用“一事一地”的模式設(shè)計(jì)原則 讓一個(gè)關(guān)系描述一個(gè)概念、一個(gè)實(shí)體或者實(shí)體間的一種聯(lián) 系。若多于一個(gè)概念就把它“分離”出去所謂規(guī)范化實(shí)質(zhì)上是概念的單一化34不能說規(guī)范化程度越高的關(guān)系模式就越好在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫模式結(jié)構(gòu)時(shí)，必須對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)際情況和用戶應(yīng)用需求作進(jìn)一步分析，確定一個(gè)合適的、能夠反映現(xiàn)實(shí)世界的模式上面