關(guān)系數(shù)據(jù)模型

關(guān)系數(shù)據(jù)模型ODL、E/R到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換關(guān)系模型的設(shè)計(jì)理論在聯(lián)系的雙方均有聯(lián)系的描述→冗余5LocustLn.創(chuàng)建另一模式，包含前述FD中的決定因素及剩余的所有屬性((U-X+)∪X)也可以用來驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性，用其指導(dǎo)優(yōu)化過程多值依賴（MVD）——按的定義EmpireStrikesBack針對(duì)每個(gè)元素建立一個(gè)元組name→→street,city5LocustLn.1關(guān)系模型的基本概念F的閉包是指F邏輯蘊(yùn)涵的所有函數(shù)依賴的集合，記作F+ODL聯(lián)系→關(guān)系描述（續(xù)）會(huì)產(chǎn)生冗余→需規(guī)范化數(shù)據(jù)依賴是針對(duì)數(shù)據(jù)模式，而不是特定的實(shí)例t→c //每位教師只上一門課§3.1關(guān)系模型的基本概念邏輯數(shù)據(jù)模型是用戶從數(shù)據(jù)庫所看到的數(shù)據(jù)模型與DBMS有關(guān)層次、網(wǎng)狀、關(guān)系、面向?qū)ο箨P(guān)系數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩維的扁平表數(shù)據(jù)操作關(guān)系代數(shù)關(guān)系演算數(shù)據(jù)的完整性實(shí)體完整性參照完整性用戶定義的完整性現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體以及實(shí)體間的各種聯(lián)系均用關(guān)系表示關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是建立在關(guān)系模型上的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫是表的集合模型和模式數(shù)據(jù)模型是描述數(shù)據(jù)的手段數(shù)據(jù)模式是用給定的數(shù)據(jù)模型對(duì)具體數(shù)據(jù)的描述屬性元組域型值聯(lián)系關(guān)系的聯(lián)系是通過關(guān)聯(lián)屬性的值連接的SnoSnameSsexSagesdept95001張三男25CS95002李四女24CS96101王五男23MA96001趙六男23CS關(guān)系(表)屬性(列、字段)元組(行、記錄)域(string,{男，女})Student(sno,sname,ssex,sage,sdept)關(guān)系實(shí)例關(guān)系→實(shí)體集、類關(guān)系的實(shí)例→元組的集合元組→實(shí)體、對(duì)象數(shù)據(jù)庫實(shí)例→給定時(shí)刻數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一個(gè)快照§3.2從ODL設(shè)計(jì)到關(guān)系設(shè)計(jì)ODL設(shè)計(jì)是概念設(shè)計(jì)的產(chǎn)物(UsingOO)ODL描述→關(guān)系模式→實(shí)現(xiàn)ODL屬性→關(guān)系屬性原子屬性類→關(guān)系屬性→屬性非原子屬性（復(fù)雜數(shù)據(jù)類型）必須轉(zhuǎn)換成原子屬性記錄結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的每個(gè)item對(duì)應(yīng)一個(gè)屬性多值集合針對(duì)每個(gè)值建立一個(gè)元組會(huì)產(chǎn)生冗余→需規(guī)范化ODL屬性→關(guān)系屬性（續(xù)）其他類型屬性（包、數(shù)組、列表）針對(duì)每個(gè)元素建立一個(gè)元組增加一個(gè)記數(shù)屬性，表示包的成員號(hào)定長數(shù)組擴(kuò)展為多個(gè)屬性O(shè)DL聯(lián)系→關(guān)系描述單值聯(lián)系聯(lián)系的類型為一個(gè)類增加一個(gè)（組）屬性，存放相關(guān)類的鍵碼屬性（組）將類之間的聯(lián)系→關(guān)系之間的聯(lián)系ODL聯(lián)系→關(guān)系描述（續(xù)）多值聯(lián)系聯(lián)系的類型為某個(gè)類的集合類型1:N、N:M增加一個(gè)鍵碼屬性為集合的每個(gè)成員建立一個(gè)元組其他原始屬性重復(fù)多次（與集合成員的個(gè)數(shù)相等）導(dǎo)致大量的冗余，需要規(guī)范化鍵碼是必需的選擇合適的屬性（組）作為鍵碼學(xué)號(hào)、工號(hào)、身份證號(hào)…...增加計(jì)數(shù)屬性聯(lián)系與反向聯(lián)系在聯(lián)系的雙方均有聯(lián)系的描述→冗余ODL：雙向描述E/R：相關(guān)的鍵碼值進(jìn)行連接§3.3從E/R圖到關(guān)系的設(shè)計(jì)E/R與ODL描述的差異聯(lián)系作為獨(dú)立的概念←→聯(lián)系嵌套在類定義中結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)←→允許使用集合、聚集類型聯(lián)系可以有屬性←→聯(lián)系無屬性E/R→關(guān)系模式→實(shí)現(xiàn)實(shí)體集到關(guān)系的轉(zhuǎn)換非弱實(shí)體集實(shí)體集名→關(guān)系名屬性→屬性弱實(shí)體集為弱實(shí)體集建立關(guān)系屬性：弱實(shí)體集的屬性+輔助實(shí)體集的鍵碼E/R聯(lián)系到關(guān)系的轉(zhuǎn)換用關(guān)系表示聯(lián)系聯(lián)系名→關(guān)系名屬性→屬性+相關(guān)實(shí)體集的鍵碼屬性（集）多向聯(lián)系的轉(zhuǎn)換注意，屬性的命名§3.4子類結(jié)構(gòu)到關(guān)系的轉(zhuǎn)換ODL中的子類一個(gè)對(duì)象完全屬于一個(gè)類子類繼承其超類的特性E/R中的子類分層結(jié)構(gòu)通過與ISA聯(lián)系有關(guān)的實(shí)體集進(jìn)行擴(kuò)展用關(guān)系表示ODL子類每個(gè)子類都有自己的關(guān)系包含該子類的所有特性（含繼承特性）在一個(gè)關(guān)系中含有所有屬性Movie(title,year,length,filmType,studioName,starName)Cartoon(title,year,length,filmType,studioName,starName,voice)MurderMystery(title,year,length,filmType,studioName,starName,weapon)Cartoon-MurderMystery(title,year,length,filmType,studioName,starName,voice,weapon)與ISA聯(lián)系有關(guān)的實(shí)體集擁有相同的鍵碼尋找關(guān)系的鍵碼（來自E/R）在聯(lián)系的雙方均有聯(lián)系的描述→冗余針對(duì)每個(gè)值建立一個(gè)元組關(guān)系的實(shí)例→元組的集合對(duì)給定X的值，則Y的取值與Z的取值無關(guān)傳遞依賴：sno→dept_manager在聯(lián)系的雙方均有聯(lián)系的描述→冗余對(duì)于關(guān)系R，若R∈1NF，且所有非平凡的多值依賴，其決定因素是候選碼，則R∈4NF。這些屬性函數(shù)決定該關(guān)系的所有其他屬性也可以用來驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性，用其指導(dǎo)優(yōu)化過程設(shè)R(U)是屬性集U上的一個(gè)關(guān)系。Movie(title,year,length,filmType,studioName,starName,voice,weapon)屬性→屬性+相關(guān)實(shí)體集的鍵碼屬性（集）123mapleSt.在關(guān)系模型中表示isa聯(lián)系子類的信息被分散到上層的幾個(gè)關(guān)系中與ISA聯(lián)系有關(guān)的實(shí)體集擁有相同的鍵碼Movie(title,year,length,filmType)Cartoon(title,year)MurderMystery(title,year,weapon)Voice(title,year,name)使用NULL值合并關(guān)系將關(guān)系描述成一個(gè)‘全集’屬性：所有可能的屬性描述：允許Null值層次越高，取Null值的屬性越多Movie(title,year,length,filmType,studioName,starName,voice,weapon)只是一種方法而已作業(yè)思考所有帶*的練習(xí)，并上網(wǎng)查詢解答練習(xí)3.2.3/3.3.1/3.4.1/3.5.3/§3.5函數(shù)依賴數(shù)據(jù)依賴函數(shù)依賴多值依賴數(shù)據(jù)依賴是針對(duì)數(shù)據(jù)模式，而不是特定的實(shí)例函數(shù)依賴（FD）屬性之間的聯(lián)系假設(shè)給定X屬性的值，就知道Y的值，那么X函數(shù)決定Y如果R的兩個(gè)元組在屬性A1,A2,…,An上一致，則它們?cè)诹硪粋€(gè)屬性B上也一致，那么A1,A2,…,An函數(shù)決定B，記作A1A2…An→BifA1A2…An→B1 then

A1A2…An→B2 A1A2…An→B1B2...Bm

……

A1A2…An→Bm關(guān)系的鍵碼如果一個(gè)或多個(gè)屬性的集合{A1A2…An}滿足如下條件，則該集合為關(guān)系R的鍵碼：1.這些屬性函數(shù)決定該關(guān)系的所有其他屬性2.{A1A2…An}的任何真子集都不能函數(shù)決定R的所有其他屬性超鍵碼包含鍵碼的屬性集稱為超鍵碼尋找關(guān)系的鍵碼（來自E/R）來自實(shí)體集的關(guān)系的鍵碼就是該實(shí)體集的鍵碼屬性對(duì)于二元聯(lián)系R：N：M，相關(guān)兩個(gè)實(shí)體的鍵碼都是R的鍵碼屬性N：1，多端實(shí)體集的鍵碼是R的加碼屬性1：1，任意一端實(shí)體集的鍵碼是R的鍵碼對(duì)于多向聯(lián)系R：如果多向聯(lián)系R有一個(gè)箭頭指向?qū)嶓w集E，則響應(yīng)的關(guān)系中，除了E的鍵碼以外，至少還存在一個(gè)鍵碼。尋找關(guān)系的鍵碼（來自O(shè)DL）來自O(shè)DL的關(guān)系的鍵碼不一定就是該類的鍵碼屬性對(duì)于單值聯(lián)系R：類C有一個(gè)指向類D的單值聯(lián)系，C的關(guān)系中包含D的鍵碼。C的鍵碼仍是相應(yīng)關(guān)系的鍵碼對(duì)于多值聯(lián)系R：被引用類的鍵碼加入到引用類的鍵碼組合稱為鍵碼§3.6函數(shù)依賴規(guī)則分解規(guī)則A1A2…An→B1B2...Bm等價(jià)于A1A2…An→Bi合并規(guī)則A1A2…An→Bi等價(jià)于A1A2…An→B1B2...Bm平凡的函數(shù)依賴如果對(duì)于函數(shù)依賴A1A2…An→B，B是A中的一個(gè)，則該函數(shù)依賴就是平凡的函數(shù)依賴平凡依賴是永恒的title,year→title非平凡如果B中至少有一個(gè)屬性不在A中title,year→year,length完全非平凡如果B中沒有一個(gè)屬性在A中title,year→length計(jì)算屬性的閉包閉包F的閉包是指F邏輯蘊(yùn)涵的所有函數(shù)依賴的集合，記作F+閉包的意義檢驗(yàn)給定的函數(shù)依賴是否蘊(yùn)涵于某個(gè)函數(shù)依賴集S從給定的函數(shù)依賴，可以推導(dǎo)出蘊(yùn)涵的函數(shù)依賴求閉包例：對(duì)關(guān)系R（A,B,C,D,E,F）,給定函數(shù)依賴AB→C,BC→AD,D→E,CF→B,求{A，B}+關(guān)系的基與最小基任何一個(gè)能從中導(dǎo)出關(guān)系的所有依賴的給定依賴集，稱為該關(guān)系的一個(gè)基如果一個(gè)基的任何真子集都不能推導(dǎo)出該關(guān)系的依賴全集，則稱此基為最小基求函數(shù)依賴的最小基例：對(duì)關(guān)系R（A,B,C,D），有A→BC,B→C,A→B,AB→C,AC→D,求最小函數(shù)依賴集§3.7關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計(jì)什么是好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)體現(xiàn)客觀世界的信息無過度的冗余無插入異常無更新復(fù)雜無刪除異常titleyearlengthfilmTypestudioNamestarNameStarWars1977124colorFoxCarrieFisherStarWars1977124colorFoxMarkHamillStarWars1977124colorFoxHarrisonFordMightyDucks1991104colorDisneyEmilioEstevezWayne’sWorld199195colorParamountDanaCarveyWayne’sWorld199295colorParamountMikeMeyers冗余!更新復(fù)雜!刪除異常!異常的原因數(shù)據(jù)依賴的約束解決方法數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的規(guī)范化→分解子類的信息被分散到上層的幾個(gè)關(guān)系中關(guān)系的實(shí)例→元組的集合MarkHamill假設(shè)給定X屬性的值，就知道Y的值，那么X函數(shù)決定YA1A2…An→BmReturnoftheJedi聯(lián)系作為獨(dú)立的概念←→聯(lián)系嵌套在類定義中針對(duì)每個(gè)值建立一個(gè)元組結(jié)構(gòu)的每個(gè)item對(duì)應(yīng)一個(gè)屬性EmpireStrikesBackEmpireStrikesBack分解到高層范式（基于FD）2從ODL設(shè)計(jì)到關(guān)系設(shè)計(jì)多值依賴（MVD）——按的定義任何一個(gè)能從中導(dǎo)出關(guān)系的所有依賴的給定依賴集，稱為該關(guān)系的一個(gè)基范式(NormalForms)規(guī)范化一個(gè)關(guān)系滿足某個(gè)范式所規(guī)定的一系列條件時(shí),它就屬于該范式可以用規(guī)范化要求來設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫也可以用來驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性，用其指導(dǎo)優(yōu)化過程1NF→2NF→3NF→BCNF→4NF第一范式(1NF)當(dāng)且僅當(dāng)一個(gè)關(guān)系R中，每一個(gè)元組的每一個(gè)屬性只含有一個(gè)值時(shí)，該關(guān)系屬于第一范式。要求屬性是原子的第二范式(2NF)對(duì)于關(guān)系R，若R∈1NF，且每一個(gè)非主屬性完全函數(shù)依賴于碼，則R∈2NF。不能部分依賴于碼sc(sno,sname,cno,grade)sno,cno→gradesno→snamesnocnogradesname完全依賴非完全依賴第三范式(3NF)對(duì)于關(guān)系R，若R∈2NF，且每個(gè)非主屬性都不傳遞依賴于碼，則R∈3NF。主屬性可以傳遞依賴于碼student(sno,sname,sdept,dept_manager)sno→sname,sdeptsdept→dept_manager傳遞依賴：sno→dept_managersnosdeptsnamedept_managerBoyce/Codd范式(BCNF)對(duì)于關(guān)系R，若R∈1NF，且所有非平凡的函數(shù)依賴，其決定因素是候選碼，則R∈BCNF。sct(s,c,t) //學(xué)生，課程，教師t→c //每位教師只上一門課(s,c)→t(s,t)→c //每門課有若干位教師sctstcsct∈3NF，sct∈BCNF最高范式BCNF是基于函數(shù)依賴的最高范式但不是數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計(jì)的最高范式范式優(yōu)化分解{A1,A2,…,An}={B1,B2,…,Bn}∪{C1,C2,…,Cn}分解的要求無損連接B∩C→B或B∩C→C保持依賴范式要求BC分解到高層范式（基于FD）找出一個(gè)不符合范式要求的FD（X→Y），并使其右端的屬性盡可能地多（求出X+）創(chuàng)建新的模式，包含上述FD的所有（左右）屬性（X+的所有屬性）創(chuàng)建另一模式，包含前述FD中的決定因素及剩余的所有屬性((U-X+)∪X)反復(fù)1~3，直至符合范式要求sct∈3NF，sct∈BCNFsct(s,c,t) //學(xué)生，課程，教師123mapleSt.在關(guān)系模型中表示isa聯(lián)系5LocustLn.Voice(title,year,name)F的閉包是指F邏輯蘊(yùn)涵的所有函數(shù)依賴的集合，記作F+一個(gè)對(duì)象完全屬于一個(gè)類R1(name,title,year)Movie(title,year,length,filmType,studioName,starName)title,year→length123mapleSt.數(shù)據(jù)庫實(shí)例→給定時(shí)刻數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一個(gè)快照A1A2…An→B2 A1A2…An→B1B2.數(shù)據(jù)模式是用給定的數(shù)據(jù)模型對(duì)具體數(shù)據(jù)的描述§3.8多值依賴BCNF仍有異常namestreetcitytitleyearC.Fisher123mapleSt.HollywoodStarWars1977C.Fisher5LocustLn.MailbuStarWars1977C.Fisher123mapleSt.HollywoodEmpireStrikesBack1980C.Fisher5LocustLn.MailbuEmpireStrikesBack1980C.Fisher123mapleSt.HollywoodReturnoftheJedi1983C.Fisher5LocustLn.MailbuReturnoftheJedi1983多值依賴（MVD）——按的定義多值依賴（MVD）設(shè)R(U)是屬性集U上的一個(gè)關(guān)系。X、Y、Z是U的子集，且Z=U-X-Y。關(guān)系R(U)中多值依賴X→→Y成立，當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)R(U)的任一元組r，給定一對(duì)(x,z)值，有一組y的值，這組值僅僅取決于x值，而與z值無關(guān)。對(duì)給定X的值，則Y的取值與Z的取值無關(guān)給定一對(duì)(x,z)值，有一組y的值namestreetcitytitleyearC.Fisher123mapleSt.HollywoodStarWars1977C.Fisher123mapleSt.HollywoodEmpireStrikesBack1980C.Fisher123mapleSt.HollywoodReturnoftheJedi1983C.Fisher5LocustLn.MailbuStarWars1977C.Fisher5LocustLn.MailbuEmpireStrikesBack1980C.Fisher5Lo