數(shù)據(jù)庫-作業(yè)范式第5章

第五章函數(shù)依賴和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化5.1信息冗余和更新異常5.2函數(shù)依賴5.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化5.4關(guān)系模式的反規(guī)范化案例5.1信息冗余和更新異常1．修改異常2．插入異常3．刪除異常5.2函數(shù)依賴5.2.1函數(shù)依賴的基本概念1．函數(shù)依賴的定義設(shè)R(U)是屬性集U上的關(guān)系模式。X、Y是U的子集。若對于R（U）的任意一個可能的關(guān)系r，r中不可能存在兩個元組在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，記作X→Y。5.2函數(shù)依賴注意：⑴要判斷一個關(guān)系模式中存在哪些函數(shù)依賴，必須根據(jù)現(xiàn)實世界的已知事實，從語義出發(fā)進行判斷；⑵函數(shù)依賴和任何約束一樣，都是針對關(guān)系模式的，而不是針對特定關(guān)系實例的。只看一個實例，并不能確切地斷定某個函數(shù)依賴是否成立；⑶屬性間的函數(shù)依賴是屬性之間必須滿足的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，用戶必須將它們在數(shù)據(jù)庫中定義好。這樣當(dāng)用戶在對數(shù)據(jù)庫的關(guān)系（表）進行更新操作的時候，DBMS將逐一檢查關(guān)系上的函數(shù)依賴，以保證屬性間的依賴關(guān)系不被破壞。5.2函數(shù)依賴2．平凡和非平凡函數(shù)依賴在關(guān)系模式R（U）中，對于U的屬性子集X和Y，如果X→Y，但YX，則稱X→Y是非平凡的函數(shù)依賴。若YX，則稱X→Y是平凡的函數(shù)依賴。由于對任何一個關(guān)系模式來說，平凡函數(shù)依賴都是必定成立的，討論這種函數(shù)依賴是毫無意義的。因此若沒有特別的說明，本章討論的都是非平凡的函數(shù)依賴。5.2函數(shù)依賴3．完全函數(shù)依賴和部分函數(shù)依賴在關(guān)系模式R（U）中，如果X→Y，并且對于X的任何一個真子集X'，都有X‘Y，則稱Y完全函數(shù)依賴于X，記作：XY若X→Y，但Y不完全函數(shù)依賴于X，則稱Y對X部分函數(shù)依賴。記作：XY5.2函數(shù)依賴4．傳遞函數(shù)依賴在關(guān)系模式R（U）中，如果X→Y，Y→Z，且YX，YX，則稱Z傳遞函數(shù)依賴于X，記為:XZ5.2函數(shù)依賴5.2.2尋找最小函數(shù)依賴集為了DBMS能高效地檢查屬性間的函數(shù)依賴，必須為每個關(guān)系模式找到一個最小的函數(shù)依賴集，用F’表示。F’須滿足如下的2個條件：⑴F’中所包含的函數(shù)依賴比F中的少；⑵F中所有的函數(shù)依賴都被F’中的函數(shù)依賴所蘊含，即從F’的函數(shù)依賴出發(fā)可以推導(dǎo)出所有F中的函數(shù)依賴。反之亦然。5.2函數(shù)依賴1.邏輯蘊含和函數(shù)依賴集閉包設(shè)F是關(guān)系模式R(U)的函數(shù)依賴集合，若由F出發(fā)可以證明其他某些函數(shù)依賴也成立，則稱這些函數(shù)依賴被F所邏輯蘊含。被一個關(guān)系模式的函數(shù)依賴集F所邏輯蘊含的所有函數(shù)依賴的集合稱為該關(guān)系模式的函數(shù)依賴集閉包，記為F+。利用阿姆斯特朗公理可以尋找關(guān)系模式的函數(shù)依賴集閉包F+。5.2函數(shù)依賴---阿姆斯特朗公理設(shè)有關(guān)系模式R(U,F)，U={A1,A2,…,An}是R的屬性集，F(xiàn)是R的屬性集U上的函數(shù)依賴集，X、Y、Z、W是U的子集。阿姆斯特朗公理包含如下的規(guī)則：⑴自反律：若YX，則XY；⑵增廣律：若XY，則XZYZ；⑶傳遞律：若XY，YZ，則XZ；用Armstrong公理直接計算F+還是比較麻煩，所以對上述3條規(guī)則又進行了擴展，得到了如下的推論：⑴合并規(guī)則：若XY且XZ，則XYZ；⑵分解規(guī)則：若XY，且ZY，則XZ；⑶偽傳遞規(guī)則：若XY且WYZ，則WXZ；5.2函數(shù)依賴5.2.3關(guān)系的超碼、候選碼和主碼包含在任何一個候選碼中的屬性，稱為主屬性。不包含在任何一個候選碼中的屬性，稱為非主屬性或非碼屬性。5.2函數(shù)依賴存在一個關(guān)系R(U)，U={A1,A2,…..,An},X是U的一個子集,X’是X的真子集。（1）存在XA1A2A3……An（2）且X’A1A2A3……An則稱X是U的碼。5.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化5.3.1第一范式如果關(guān)系模式R的任何一個關(guān)系r的屬性值都是不可分的原子值，那么稱R屬于第一范式，記為R1NF。5.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化5.3.2第二范式如果關(guān)系模式R屬于1NF，且每一非主屬性完全函數(shù)依賴于候選碼，則稱R屬于2NF。5.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化5.3.3第三范式如果關(guān)系模式R屬于2NF，且每一非主屬性都不傳遞依賴于候選碼，則稱R屬于3NF。也就是說，如果一個規(guī)范化的關(guān)系模式中的每一個非主屬性都不部分依賴、也不傳遞依賴于候選碼的話，該關(guān)系模式就屬于3NF。5.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化5.3.4BC范式1.定義為了消除3NF中的函數(shù)依賴所帶來的各種更新異常問題，Boyce和Codd提出了BCNF（BoyceCoddNormalForm），定義如下：如果關(guān)系模式R屬于1NF，且對于R的每一個函數(shù)依賴X→Y（YX），都有X包含候選碼，那么就稱R屬于BCNF。BCNF的函數(shù)依賴示意圖之所以有這樣的一個特點，是因為在BCNF中所有的函數(shù)依賴X→Y（YX）的左部都包含候選碼。這樣，當(dāng)我們要求DBMS實現(xiàn)屬性間的固有的函數(shù)依賴關(guān)系的時候，就非常簡單了。5.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化5.3.5關(guān)系模式規(guī)范化的基本步驟根據(jù)前面的介紹，可以總結(jié)出關(guān)系模式規(guī)范化的基本步驟：1．對屬于1NF但不屬于2NF的關(guān)系模式進行投影，消除其中非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴，將1NF關(guān)系分解成若干個2NF的關(guān)系。2．對屬于2NF但不屬于3NF的關(guān)系模式進行投影，消除其中非主屬性對碼的傳遞函數(shù)依賴，將2NF關(guān)系分解成若干個3NF的關(guān)系。3．對屬于3NF但不屬于BCNF的關(guān)系模式進行投影，消除其中主屬性對碼的部分和傳遞函數(shù)依賴，將3NF關(guān)系分解成若干個BCNF的關(guān)系。規(guī)范化的過程就是模式分解的過程，當(dāng)然模式分解的步驟不是絕對的，即分解時不一定嚴格按照上面的步驟，而是可以直接將一個1NF關(guān)系模式分解成若干個3NF或BCNF的關(guān)系模式等。5.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化5.3.6模式分解的無損連接性和函數(shù)依賴的保持模式分解的步驟和方法都不是絕對的，不管用那種方法進行分解，都必須注意模式分解的等價性，即分解后產(chǎn)生的若干個關(guān)系模式必須與原來的