第2章關(guān)系數(shù)據(jù)庫基本原理

1、第第2章章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫基本原理關(guān)系數(shù)據(jù)庫基本原理2.1 關(guān)系模型的基本概念2.1.1 關(guān)系模型的發(fā)展2.1.2 關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.1.3 關(guān)系模型的基本術(shù)語2.1.4 關(guān)系的性質(zhì)與關(guān)系模型的優(yōu)點(diǎn)2.2 關(guān)系模型的完整性約束2.3 關(guān)系代數(shù)的基本原理2.3.1 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義2.3.2 關(guān)系運(yùn)算2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.1 關(guān)系模式的數(shù)據(jù)冗余和操作異常問題2.4.2 函數(shù)依賴的基本概念2.4.3 關(guān)系模式的范式2.4.4 關(guān)系模式的分解2.5 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法2.5.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程2.5.2 E-R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化2.5.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)實(shí)例2.1 2.1 關(guān)系模型的基本概

2、念關(guān)系模型的基本概念1970年6月，美國IBM公司San Jose實(shí)驗(yàn)室的研究員E. F. Codd發(fā)表了大型共享數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的關(guān)系模型（A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks）一文，首次提出了關(guān)系模型的概念，從而開創(chuàng)了關(guān)系數(shù)據(jù)庫方法和關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論，為關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。由于E. F. Codd的杰出貢獻(xiàn)，他于1981年獲得了ACM圖靈獎(jiǎng)。20世紀(jì)70年代是關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論研究和原型系統(tǒng)開發(fā)的時(shí)代，其中以IBM San Jose實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的System R和美國加利福尼亞大學(xué)伯克立分校（University of C

3、alifornia，Berkeley）研制的Ingres為典型代表。經(jīng)過大量的高層次研究和開發(fā)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究取得了一系列研究成果。20世紀(jì)70年代后期，關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)室走向了社會(huì)。因此，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中把20世紀(jì)70年代稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫時(shí)代，在20世紀(jì)80年代幾乎所有新開發(fā)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均是關(guān)系型的。這些數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運(yùn)行，使數(shù)據(jù)庫技術(shù)日益廣泛地應(yīng)用到企業(yè)管理、情報(bào)檢索、輔助決策等各個(gè)方面，成為信息系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。2.1.1 關(guān)系模型的發(fā)展關(guān)系模型的發(fā)展2.1 2.1 關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是滿足一定條件的一組二維表格，該組表格可能只有一個(gè)

4、表格，更多的時(shí)候是有關(guān)聯(lián)的多個(gè)表格組成的表格集合，表2-1表2-3是某公司人事數(shù)據(jù)庫的簡化版本，從中可以對(duì)關(guān)系模型的概念與方法獲得一個(gè)感性的了解。2.1.2 關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表2-1 某公司部門設(shè)置表部門代碼部門名稱D0001總經(jīng)理辦 D0002市場(chǎng)部D0003銷售部D0004倉儲(chǔ)部表2-2 某公司員工表員工代碼姓名部門代碼性別住址E0001錢達(dá)理D0001男東風(fēng)路78號(hào)E0002東方牧D0001男五一東路25號(hào)E0003郭文斌D0002男公司集體宿舍E0004肖海燕D0003女公司集體宿舍E0005張明華D0004男韶山北路55號(hào)表2-3 表的連接示例部門代碼部門名稱員工

5、代碼姓名性別住址D001總經(jīng)理辦E001錢達(dá)理男東風(fēng)路78號(hào)D001總經(jīng)理辦E002東方牧男五一東路25號(hào)D002市場(chǎng)部E003郭文斌男公司集體宿舍D003銷售部E004肖海燕女公司集體宿舍D004倉儲(chǔ)部E005張明華男韶山北路55號(hào)2.1 2.1 關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的基本概念為描述方便，常使用下面的方法描述關(guān)系模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：部門(部門代碼，部門名稱)員工(員工代碼，姓名，部門代碼，性別，住址)2.1.2 關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.1 2.1 關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是關(guān)系，即平時(shí)所說的二維表格，在E-R模型中對(duì)應(yīng)于實(shí)體集，而在數(shù)據(jù)庫中

6、關(guān)系又對(duì)應(yīng)于表或數(shù)據(jù)表，因此二維表格、實(shí)體集、關(guān)系、表指的是同一概念，只是使用的場(chǎng)合不同而已。針對(duì)不同的場(chǎng)合有關(guān)術(shù)語的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2-1所示。2.1.3 關(guān)系模型的基本術(shù)語關(guān)系模型的基本術(shù)語圖2-1 關(guān)系模型有關(guān)術(shù)語的對(duì)應(yīng)關(guān)系2.1 2.1 關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的基本概念1關(guān)系通常將一個(gè)沒有重復(fù)行、重復(fù)列，并且每個(gè)行列的交叉點(diǎn)只有一個(gè)基本數(shù)據(jù)的二維表格看成一個(gè)關(guān)系。二維表格包括表頭和表中的內(nèi)容，相應(yīng)地，關(guān)系包括關(guān)系模式和記錄的值，表包括表結(jié)構(gòu)（記錄類型）和表的記錄，而滿足一定條件的規(guī)范化關(guān)系的集合，就構(gòu)成了關(guān)系模型。2元組二維表格的每一行在關(guān)系中稱為元組（Tuple），相當(dāng)于表的一個(gè)記錄

7、（Record）。一行描述了現(xiàn)實(shí)世界中的一個(gè)實(shí)體。如在表2-2中，每行描述了一個(gè)員工的基本信息。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，行是不能重復(fù)的，即不允許兩行的全部元素完全對(duì)應(yīng)相同。2.1.3 關(guān)系模型的基本術(shù)語關(guān)系模型的基本術(shù)語2.1 2.1 關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的基本概念3屬性二維表格的每一列在關(guān)系中稱為屬性（Attribute），相當(dāng)于記錄中的一個(gè)字段（Field）或數(shù)據(jù)項(xiàng)。每個(gè)屬性有一個(gè)屬性名，一個(gè)屬性在其每個(gè)元組上的值稱為屬性值，因此，一個(gè)屬性包括多個(gè)屬性值，只有在指定元組的情況下，屬性值才是確定的。同時(shí)，每個(gè)屬性有一定的取值范圍，稱為該屬性的值域。同樣，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，列是不能重復(fù)的，即關(guān)系的

8、屬性不允許重復(fù)。屬性必須是原子的，即屬性是一個(gè)基本的數(shù)據(jù)項(xiàng)，不能是幾個(gè)數(shù)據(jù)的組合項(xiàng)。有了屬性概念后，可以這樣定義關(guān)系模式和關(guān)系模型：關(guān)系模式是屬性名及屬性值域的集合，關(guān)系模型是一組相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系模式的集合。2.1.3 關(guān)系模型的基本術(shù)語關(guān)系模型的基本術(shù)語2.1 2.1 關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的基本概念4關(guān)鍵字關(guān)系中能唯一區(qū)分、確定不同元組的單個(gè)屬性或?qū)傩越M合，稱為該關(guān)系的一個(gè)關(guān)鍵字。關(guān)鍵字又稱為鍵或碼（Key）。單個(gè)屬性組成的關(guān)鍵字稱為單關(guān)鍵字，多個(gè)屬性組合的關(guān)鍵字稱為組合關(guān)鍵字。需要強(qiáng)調(diào)的是，關(guān)鍵字的屬性值不能取“空值”。所謂空值就是“不知道”或“不確定”的值，因?yàn)榭罩禑o法唯一地區(qū)分、確

9、定元組。關(guān)系中能夠作為關(guān)鍵字的屬性或?qū)傩越M合可能不是唯一的。凡在關(guān)系中能夠唯一區(qū)分、確定不同元組的屬性或?qū)傩越M合，稱為候選關(guān)鍵字（Candidate Key）。例如，表2-2所示關(guān)系中的“員工代碼”和“姓名”屬性都是候選關(guān)鍵字（假定沒有重名的職工）。在候選關(guān)鍵字中選定一個(gè)作為關(guān)鍵字，稱為該關(guān)系的主關(guān)鍵字或主鍵（Primary Key）。關(guān)系中主關(guān)鍵字是唯一的。2.1.3 關(guān)系模型的基本術(shù)語關(guān)系模型的基本術(shù)語2.1 2.1 關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的基本概念5外部關(guān)鍵字如果關(guān)系中某個(gè)屬性或?qū)傩越M合并非本關(guān)系的關(guān)鍵字，但卻是另一個(gè)關(guān)系的關(guān)鍵字，則稱這樣的屬性或?qū)傩越M合為本關(guān)系的外部關(guān)鍵字或外鍵（

10、Foreign Key）。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，用外部關(guān)鍵字表示兩個(gè)表之間的聯(lián)系。如表2-2所示關(guān)系中的“部門代碼”屬性就是一個(gè)外部關(guān)鍵字，該屬性是表2-1所示關(guān)系的關(guān)鍵字，該外部關(guān)鍵字描述了員工和部門兩個(gè)實(shí)體之間的聯(lián)系。2.1.3 關(guān)系模型的基本術(shù)語關(guān)系模型的基本術(shù)語2.1.4 關(guān)系的性質(zhì)與關(guān)系模型的優(yōu)點(diǎn)關(guān)系的性質(zhì)與關(guān)系模型的優(yōu)點(diǎn)關(guān)系是一種規(guī)范化了的二維表格。1關(guān)系的性質(zhì)在關(guān)系模型中，對(duì)關(guān)系作了種種規(guī)范性限制，關(guān)系具有以下性質(zhì)。（1）關(guān)系必須規(guī)范化，屬性不可再分割。（2）在同一關(guān)系中不允許出現(xiàn)相同的屬性名。（3）關(guān)系中不允許有完全相同的元組。（4）在同一關(guān)系中元組的次序無關(guān)緊要。（5）在同一關(guān)系中

11、屬性的次序無關(guān)緊要。單位教師職稱分布教授人數(shù)副教授人數(shù)講師人數(shù)助教人數(shù)計(jì)算機(jī)系4111513自動(dòng)化系5142011電子工程系39169表2-4 不能直接作為關(guān)系的表格示例2.1 2.1 關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的基本概念2.1 2.1 關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的基本概念2關(guān)系模型的優(yōu)點(diǎn)與其他模型相比，關(guān)系模型具有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一。（2）關(guān)系規(guī)范化，并建立在嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)上。（3）概念簡單，操作方便。2.1.4 關(guān)系的性質(zhì)與關(guān)系模型的優(yōu)點(diǎn)關(guān)系的性質(zhì)與關(guān)系模型的優(yōu)點(diǎn)2.2 2.2 關(guān)系模型的完整性約束關(guān)系模型的完整性約束在關(guān)系模型中，數(shù)據(jù)完整性包括實(shí)體完整性（Entity Inte

12、grity）、參照完整性（Referential Integrity）及用戶自定義完整性（User-defined Integrity）3種。2.3 2.3 關(guān)系代數(shù)的基本原理關(guān)系代數(shù)的基本原理1域域（Domain）是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合，又稱為值域（用D表示）。在關(guān)系中，用域來表示屬性的取值范圍。例如，0，1、教授、副教授，講師，助教、n|n0，100的整數(shù)等都是域。分別用D1、D2和D3表示教師關(guān)系中編號(hào)、姓名和性別3個(gè)屬性的取值范圍，則可能的結(jié)果是：D1=T1，T2，T3D2=張伶俐，羅佳旺，黎達(dá)仁D3=男，女注意，域中的元素?zé)o排列次序，如D3=男，女=女，男。2.3.1 關(guān)系

13、的數(shù)學(xué)定義關(guān)系的數(shù)學(xué)定義2.3 2.3 關(guān)系代數(shù)的基本原理關(guān)系代數(shù)的基本原理2元組利用集合論的觀點(diǎn)，關(guān)系是元組的集合，每個(gè)元組包含的屬性數(shù)目相同，其中屬性的個(gè)數(shù)稱為元組的維數(shù)。通常，元組用圓括號(hào)括起來的屬性值表示，屬性值間用逗號(hào)隔開。例如（3，5，6）和（E0001，錢達(dá)理，男，東風(fēng)路78號(hào)）是3元組和4元組的例子。注意不要把元組和集合混為一談，集合中的元素沒有順序，而元組是有順序的。例如，1，2，3和2，1，3是同一個(gè)集合，但（1，2，3）和（2，1，3）則是兩個(gè)元組。2.3.1 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義關(guān)系的數(shù)學(xué)定義2.3 2.3 關(guān)系代數(shù)的基本原理關(guān)系代數(shù)的基本原理3關(guān)系給定一組域D1、D2、Dn

14、，設(shè)R=(d1，d2，dn)|diDi，i=1，2，n，即R是由n元組組成的集合，其中每個(gè)元組的第i個(gè)元素取自集合Di，稱R為定義在D1、D2、Dn上的一個(gè)n元關(guān)系，可用R(D1，D2，Dn)表示。其中R稱為關(guān)系的名字，（d1，d2，dn）稱為R的一個(gè)元組。根據(jù)上面D1、D2和D3的取值，可以構(gòu)成教師關(guān)系R=(T1，張伶俐，女)，(T2，羅佳旺，男)，(T3，黎達(dá)仁，男)，相應(yīng)的二維表格表示形式如表2-5所示。將關(guān)系與二維表進(jìn)行比較可以看出兩者存在簡單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，關(guān)系模式對(duì)應(yīng)一個(gè)二維表的表頭，而關(guān)系的一個(gè)元組就是二維表的一行。在很多時(shí)候，甚至不加區(qū)別地使用這兩個(gè)概念。2.3.1 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義

15、關(guān)系的數(shù)學(xué)定義編號(hào)編號(hào)姓名姓名性別性別T1張伶俐張伶俐女女T2羅佳旺羅佳旺男男T3黎達(dá)仁黎達(dá)仁男男表2-5 教師關(guān)系R2.3 2.3 關(guān)系代數(shù)的基本原理關(guān)系代數(shù)的基本原理4關(guān)系模式設(shè)A1、A2、An是關(guān)系R的屬性，通常用R(A1，A2，An)來表示這個(gè)關(guān)系的一個(gè)框架，也稱為R的關(guān)系模式。屬性的名字唯一，屬性的取值范圍Di（i=1，2，n）稱為值域。2.3.1 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義關(guān)系的數(shù)學(xué)定義2.3 2.3 關(guān)系代數(shù)的基本原理關(guān)系代數(shù)的基本原理1并設(shè)R、S同為n元關(guān)系，則R、S的并也是一個(gè)n元關(guān)系，記作RS。RS包含了所有分屬于R、S或同屬于R、S的元組。因?yàn)榧现胁辉试S有重復(fù)元素，因此，同時(shí)屬于R

16、、S的元組在RS中只出現(xiàn)一次。2交設(shè)R、S同為n元關(guān)系，則R、S的交也是一個(gè)n元關(guān)系，記作RS。RS包含了所有同屬于R、S的元組。3差設(shè)R、S同為n元關(guān)系，則R、S的差也是一個(gè)n元關(guān)系，記作R-S。R-S包含了所有屬于R但不屬于S的元組。【例2-1】 設(shè)R=(湖南，長沙)，(河北，石家莊)，(陜西，西安)，S=(湖北，武漢)，(廣東，廣州)，(廣東，深圳)，(陜西，西安)，求RS、RS、R-S。顯然，R、S是表示城市和所在省的關(guān)系。RS=(湖南，長沙)，(河北，石家莊)，(陜西，西安)，(湖北，武漢)，(廣東，廣州)，(廣東，深圳)RS=(陜西，西安)R-S=(湖南，長沙)，(河北，石家莊)2

17、.3.2 關(guān)系運(yùn)算關(guān)系運(yùn)算2.3 2.3 關(guān)系代數(shù)的基本原理關(guān)系代數(shù)的基本原理4集合的笛卡爾乘積設(shè)D1、D2、Dn為任意集合，D1、D2、Dn的笛卡爾乘積記作：D1D2Dn，并且定義D=D1D2Dn=(d1，d2，dn)| diDi，i=1，2，n，其中（d1，d2，dn）是一個(gè)元組，它的每個(gè)元素di取自對(duì)應(yīng)的集合Di。例如，設(shè)D1=1，2，D2=a，b，則D1D2=(1，a)，(1，b)，(2，a)，(2，b)。應(yīng)當(dāng)注意，集合的笛卡爾乘積是所有滿足diDi的元組（d1，d2，dn）組合構(gòu)成的集合，設(shè)D1有m1個(gè)元素，D2有m2個(gè)元素，Dn有mn個(gè)元素，則D= D1D2Dn，它包含m1m2mn

18、個(gè)元素。所以，D1、D2、Dn的笛卡爾乘積D是定義在D1、D2、Dn上的一個(gè)特殊關(guān)系，而一般定義在D1、D2、Dn上的關(guān)系R都是D的一個(gè)子集。例如，教師關(guān)系中姓名和性別兩個(gè)域的笛卡爾乘積為：R=D1D2=李一，王二，陳三男，女=(李一，男)，(李一，女)，(王二，男)，(王二，女)，(陳三，男)，(陳三，女)在數(shù)學(xué)上，關(guān)系是笛卡爾乘積的任意子集，但在實(shí)際應(yīng)用中，關(guān)系是笛卡爾乘積中所取的有意義的子集。顯然，(李一，男)，(李一，女)是不符合實(shí)際意義的關(guān)系。2.3.2 關(guān)系運(yùn)算關(guān)系運(yùn)算2.3 2.3 關(guān)系代數(shù)的基本原理關(guān)系代數(shù)的基本原理5連接設(shè)R是一個(gè)包含m個(gè)元組的j元關(guān)系，S是一個(gè)包含n個(gè)元組的

19、k元關(guān)系，則R，S的連接是一個(gè)包含mn個(gè)元組的j+k元關(guān)系，記作R S。并定義：R S=(r1，r2，rj，s1，s2，sk)|(r1，r2，rj)R且s1，s2，skS即R S的每個(gè)元組的前j個(gè)分量是R中的一個(gè)元組，而后k個(gè)分量是S中的一個(gè)元組。無條件的連接把R中的每個(gè)元組都和S中的n個(gè)元組進(jìn)行連接，這樣生成n個(gè)新的元組，m個(gè)元組總共生成nm個(gè)新的元組。但一般進(jìn)行的是有條件的連接，即對(duì)無條件連接的結(jié)果再施加投影和選擇運(yùn)算。6投影設(shè)R=R(A1，A2，An)是一個(gè)n元關(guān)系，i1，i2，im是1，2，n的一個(gè)子集，并且i1i2im，定義：即(R)是R中只保留屬性的新的關(guān)系，稱(R)是R在屬性上的

20、一個(gè)投影，通常記作。這是關(guān)于投影的一個(gè)形式描述，通俗地講，關(guān)系R的一個(gè)投影就是對(duì)R的所有元組去掉某些分量并去掉完全的相同元組（去掉某些分量后，兩個(gè)原來不完全相同的元組就可能相同）后的結(jié)果。 2.3.2 關(guān)系運(yùn)算關(guān)系運(yùn)算2.3 2.3 關(guān)系代數(shù)的基本原理關(guān)系代數(shù)的基本原理7選擇設(shè)R=（a1，a2，an）是一個(gè)n元關(guān)系，F(xiàn)是關(guān)于（a1，a2，an）的一個(gè)條件，R中所有滿足F條件的元組組成的子關(guān)系稱為R的一個(gè)選擇，記作F(R)，并定義：F(R)=（a1，a2，an）|（a1，a2，an）R且（a1，a2，an）滿足條件F 簡言之，對(duì)R關(guān)系按一定規(guī)則篩選一個(gè)子集的過程就是對(duì)R施加了一次選擇運(yùn)算?！纠?

21、-2】 設(shè)R1=R1(姓名，性別)=(錢達(dá)理，男)，(東方牧，男)，R2=R2(部門名稱，住址)=(總經(jīng)理辦，東風(fēng)路78號(hào))，(銷售部，五一東路25號(hào))，求（1）R=R1R2。（2）R在（姓名，所在單位，住址）上的投影。（3）根據(jù)表2-2，求R關(guān)系的一個(gè)選擇。根據(jù)定義，結(jié)果分別如下：（1）R=(錢達(dá)理，男，總經(jīng)理辦，東風(fēng)路78號(hào))，(錢達(dá)理，男，銷售部，五一東路25號(hào))，(東方牧，男，總經(jīng)理辦，東風(fēng)路78號(hào))，(東方牧，男，銷售部，五一東路25號(hào))，R是一個(gè)包含4個(gè)元組的4元關(guān)系。（2）根據(jù)投影的定義，只需對(duì)上面得到的R關(guān)系的每個(gè)元組刪掉性別屬性即可，所以(R)=(錢達(dá)理，總經(jīng)理辦，東風(fēng)路78

22、號(hào))，(錢達(dá)理，銷售部，五一東路25號(hào))，(東方牧，總經(jīng)理辦，東風(fēng)路78號(hào))，(東方牧，銷售部，五一東路25號(hào))（3）根據(jù)表2-2，錢達(dá)理是總經(jīng)理辦的，住在東風(fēng)路78號(hào)，東方牧也是總經(jīng)理辦的，住在五一東路25號(hào)，R關(guān)系中只有一個(gè)元組反映的情況正確，其余元組數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，應(yīng)刪掉，根據(jù)該條件(即符合表2-2的描述)得到的一個(gè)選擇是：R(S)=(錢達(dá)理，總經(jīng)理辦，東風(fēng)路78號(hào))2.3.2 關(guān)系運(yùn)算關(guān)系運(yùn)算2.3 2.3 關(guān)系代數(shù)的基本原理關(guān)系代數(shù)的基本原理8除法給定關(guān)系R(X，Y)和S(Y，Z)，其中X、Y、Z為屬性組。R中的Y與S中的Y可以有不同的屬性名，但必須取自相同的集合。R與S的除法運(yùn)算的結(jié)果是

23、一個(gè)只含屬性組X的新的關(guān)系。定義：RS=t|tX(R)且tY(S)R按照定義，RS是R在X屬性組上的投影X(R)的一個(gè)子關(guān)系，并且其中的任意元組t與Y(S)的乘積是R的一個(gè)子集。元組與關(guān)系的乘積運(yùn)算是關(guān)系笛卡爾乘積運(yùn)算的特殊形式，實(shí)際上是只含有一個(gè)元組的關(guān)系與另一個(gè)關(guān)系的的乘法運(yùn)算，按照笛卡爾乘積運(yùn)算定義，tY(S)是在關(guān)系Y(S)的前面增加屬性組X，該屬性組的每個(gè)元素值都為t。2.3.2 關(guān)系運(yùn)算關(guān)系運(yùn)算2.3 2.3 關(guān)系代數(shù)的基本原理關(guān)系代數(shù)的基本原理8除法2.3.2 關(guān)系運(yùn)算關(guān)系運(yùn)算【例2-3】 設(shè)關(guān)系R和S分別如表2-6和表2-7所示，表中的第一行是關(guān)系名， R、S中的屬性組（B，C

24、）取自相同的集合，求RS。ABCa1b1c2a2b2c7a3b4c6a1b2c3a4b6c6a2b2c3a1b2c1表2-6 關(guān)系RBCDb1c2d1b2c1d1b2c3d2表2-7 關(guān)系S2.3 2.3 關(guān)系代數(shù)的基本原理關(guān)系代數(shù)的基本原理8除法2.3.2 關(guān)系運(yùn)算關(guān)系運(yùn)算這里，A(R)=(a1)，(a2)，(a3)，(a4)，(B，C)(S)=(b1，c2)，(b2，c1，(b2，c3)。對(duì)A(R)中的每個(gè)元素與(B，C)(S)進(jìn)行乘法運(yùn)算，得：a1(B，C)(S)=(a1，b1，c2)，(a1，b2，c1，(a1，b2，c3)a2(B，C)(S)=(a2，b1，c2)，(a2，b2，c1

25、，(a2，b2，c3)a3(B，C)(S)=(a3，b1，c2)，(a3，b2，c1，(a3，b2，c3)a4(B，C)(S)=(a4，b1，c2)，(a4，b2，c1，(a4，b2，c3)考察上述4個(gè)表達(dá)式，容易看出，只有a1(B，C)(S)R，因此，RS=(a1)。上面介紹了8種關(guān)系代數(shù)運(yùn)算，其中連接、投影、選擇、除法是關(guān)系數(shù)據(jù)庫中專門建立的運(yùn)算規(guī)則，故稱為專門的關(guān)系運(yùn)算，而并、交、差、笛卡爾乘積則是沿用了傳統(tǒng)的集合論運(yùn)算規(guī)則，也稱為關(guān)系的傳統(tǒng)運(yùn)算。此外，在上述8種關(guān)系代數(shù)運(yùn)算中，交、連接和除法3種運(yùn)算可以通過其余5種關(guān)系運(yùn)算的有機(jī)組合來實(shí)現(xiàn)，例如AB=A-(A-B)或B-(B-A)，所以

26、這3種關(guān)系運(yùn)算之外的并、差、笛卡爾乘積、投影和選擇5種關(guān)系運(yùn)算也稱為基本關(guān)系運(yùn)算。2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.1 關(guān)系模式的數(shù)據(jù)冗余和操作異常問題關(guān)系模式的數(shù)據(jù)冗余和操作異常問題數(shù)據(jù)冗余是指同一個(gè)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中多次重復(fù)出現(xiàn)。在數(shù)據(jù)管理中，數(shù)據(jù)冗余一直是影響系統(tǒng)性能的大問題。在文件系統(tǒng)中，由于文件之間沒有聯(lián)系，引起一個(gè)數(shù)據(jù)在多個(gè)文件中出現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)克服了文件系統(tǒng)的這種缺陷，但是如果關(guān)系模式設(shè)計(jì)得不好，仍然會(huì)象文件系統(tǒng)一樣出現(xiàn)數(shù)據(jù)的冗余、異常和不一致等問題。設(shè)有商品供應(yīng)關(guān)系模式：商品供應(yīng)（供應(yīng)商名稱，供應(yīng)商地址，聯(lián)系人，商品名稱，訂貨數(shù)量，單價(jià)），該模式的一

27、個(gè)關(guān)系實(shí)例如表2-8所示。表2-8 商品供應(yīng)關(guān)系供應(yīng)商名稱供應(yīng)商地址聯(lián)系人商品名稱訂貨數(shù)量單價(jià)華科電子有限公司韶山路22號(hào)施賓彬筆記本計(jì)算機(jī)109800.00華科電子有限公司韶山路22號(hào)施賓彬激光打印機(jī)52800.00湘江計(jì)算機(jī)外設(shè)公司芙蓉南路127號(hào)方勝力筆記本計(jì)算機(jī)510200.00韋力電子實(shí)業(yè)公司五一路99號(hào)周昌噴墨打印機(jī)5780.00韋力電子實(shí)業(yè)公司五一路99號(hào)周昌交換機(jī)2350.002.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.1 關(guān)系模式的數(shù)據(jù)冗余和操作異常問題關(guān)系模式的數(shù)據(jù)冗余和操作異常問題1數(shù)據(jù)冗余在商品供應(yīng)關(guān)系中，供應(yīng)商名稱、供應(yīng)商地址、聯(lián)系人對(duì)每種商品

28、名稱都要重復(fù)輸入一次。如果一個(gè)供應(yīng)商供應(yīng)多種商品，即使它的名稱、地址、聯(lián)系人不改變，也要輸入多次，既造成數(shù)據(jù)冗余，又會(huì)引起輸入上的麻煩。如“華科電子有限公司”和“韋力電子實(shí)業(yè)公司”及其地址、聯(lián)系人都在表中出現(xiàn)了兩次，這不僅浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間，更有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)更新后產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致。2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.1 關(guān)系模式的數(shù)據(jù)冗余和操作異常問題關(guān)系模式的數(shù)據(jù)冗余和操作異常問題2操作異常由于存在數(shù)據(jù)冗余，就可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)操作異常，這主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1）更新異常2）插入異常3）刪除異常2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.2 函

29、數(shù)依賴的基本概念函數(shù)依賴的基本概念定義1 設(shè)有關(guān)系模式R(A1，A2，An)或簡記為R(U)，X、Y是U的子集，r是R的任一具體關(guān)系，如果對(duì)r的任意兩個(gè)元組t1、t2，由t1X=t2X導(dǎo)致t1Y=t2Y，則稱X函數(shù)決定Y，或Y函數(shù)依賴于X，記為XY。XY為模式R的一個(gè)函數(shù)依賴。這里t1X表示元組t1在屬性集X上的值，其余符號(hào)表示的含義類似。這個(gè)定義可以這樣理解：有一個(gè)設(shè)計(jì)好的二維表格，X、Y是表的某些列（可以是一列，也可以是多列），若在表中的t1行和t2行上的X值相等，那么必有t1行和t2行上的Y值也相等，這就是說Y函數(shù)依賴于X。根據(jù)定義，對(duì)于任意X、Y，當(dāng)XY時(shí)，都有XY，這樣的函數(shù)依賴稱為

30、平凡依賴，否則，稱為非平凡函數(shù)依賴。2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.2 函數(shù)依賴的基本概念函數(shù)依賴的基本概念定義2 R、X、Y如定義1所設(shè)，如果XY成立，但對(duì)X的任意真子集X1，都有X1Y不成立，稱Y完全函數(shù)依賴于X，否則，稱Y部分函數(shù)依賴于X。所謂完全依賴是說明在依賴關(guān)系的決定項(xiàng)（即依賴關(guān)系的左項(xiàng)）中沒有多余屬性，有多余屬性就是部分依賴。在定義3中，如果YX也成立，則稱Z直接函數(shù)依賴于X，而不是傳遞函數(shù)依賴。例如，在學(xué)生關(guān)系模式中，當(dāng)學(xué)生沒有重名時(shí)，有“學(xué)號(hào)姓名”，“姓名學(xué)號(hào)”，“姓名班號(hào)”，這是“班號(hào)”對(duì)“學(xué)號(hào)”是直接函數(shù)依賴，而不是傳遞函數(shù)依賴。2.4

31、 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.3 關(guān)系模式的范式關(guān)系模式的范式通常將關(guān)系模式規(guī)范化過程為不同程度的規(guī)范化要求設(shè)立的不同標(biāo)準(zhǔn)稱為模式的范式（Normal Form，NF）。1主屬性與非主屬性前面討論過候選關(guān)鍵字與關(guān)鍵字，下面將在函數(shù)依賴?yán)碚摰幕A(chǔ)上，比較嚴(yán)格地論述這些概念。1）候選關(guān)鍵屬性和關(guān)鍵屬性。定義4 設(shè)關(guān)系模式R(A1，A2，An)，Ai（i1，2，n）是R的屬性，X是R的一個(gè)屬性組，如果 X(A1，A2，An)。 對(duì)于X的任意真子集X1，X1(A1，A2，An)不成立。則稱屬性組X是關(guān)系模式R的一個(gè)候選關(guān)鍵屬性。上述條件表示X能唯一決定一個(gè)元組，而條件表

32、示X中沒有多余屬性，判斷一個(gè)屬性集是否組成一個(gè)候選關(guān)鍵屬性時(shí)，上述兩個(gè)條件是缺一不可的。2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.3 關(guān)系模式的范式關(guān)系模式的范式如果關(guān)系模式R只有一個(gè)候選關(guān)鍵屬性，稱這唯一的候選關(guān)鍵屬性為關(guān)鍵屬性，否則，應(yīng)從多個(gè)候選關(guān)鍵屬性中指定一個(gè)作為關(guān)鍵屬性。習(xí)慣上把候選關(guān)鍵屬性稱為候選關(guān)鍵字，關(guān)鍵屬性稱為關(guān)鍵字。從定義知道，對(duì)于關(guān)系模式R，R的任何兩個(gè)元組在候選關(guān)鍵屬性上的屬性值應(yīng)不完全相同。2）主屬性和非主屬性。一個(gè)關(guān)系模式R可能有多個(gè)候選關(guān)鍵屬性，而一個(gè)候選關(guān)鍵屬性又可能包含多個(gè)屬性，這樣，R的所有屬性Ai（i1，2，n）按是否屬于一個(gè)候選

33、關(guān)鍵屬性被劃分為兩類：主屬性和非主屬性。定義5 設(shè)Ai是關(guān)系模式R的一個(gè)屬性，若Ai屬于R的某個(gè)候選關(guān)鍵屬性，稱Ai是R的主屬性，否則，稱Ai為非主屬性。應(yīng)該注意的是，一般說來，單個(gè)主屬性并不一定能作為候選關(guān)鍵屬性。 2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.3 關(guān)系模式的范式關(guān)系模式的范式2第1范式定義6 當(dāng)關(guān)系模式R的所有屬性都不能分解為更基本的數(shù)據(jù)元素時(shí)，即R的所有屬性均滿足原子特征時(shí)，稱R滿足第1范式（1NF）。滿足第1范式是關(guān)系模式規(guī)范化的最低要求，否則，將有許多基本操作在這樣的關(guān)系模式中實(shí)現(xiàn)不了，如上述的員工關(guān)系模式就實(shí)現(xiàn)不了按基本工資的20%給每位員工增

34、加工資的操作要求。當(dāng)然，屬性是否可以一步分解，是相對(duì)于應(yīng)用要求來說的，同樣是上述員工關(guān)系模式，如果關(guān)于這個(gè)模式的任何操作都不涉及基本工資和崗位工資，那么對(duì)工資也就沒有進(jìn)一步分解的要求，則這個(gè)關(guān)系模式也就符合1NF。2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.3 關(guān)系模式的范式關(guān)系模式的范式3第2范式定義7 如果關(guān)系模式R滿足1NF，并且R的所有非主屬性都完全函數(shù)依賴于R的每一個(gè)候選關(guān)鍵屬性，稱R滿足第2范式（2NF）。2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.3 關(guān)系模式的范式關(guān)系模式的范式4第3范式定義8 如果關(guān)系模式R滿足1NF，并且R的所

35、有非主屬性都不傳遞函數(shù)依賴于R的每一個(gè)候選關(guān)鍵字，稱R滿足第3范式（3NF）。不滿足3NF的關(guān)系模式中必定存在非主屬性對(duì)候選關(guān)鍵字的傳遞函數(shù)依賴。再來考查公司關(guān)系模式R。在R中，公司注冊(cè)號(hào)注冊(cè)城市，注冊(cè)城市所在省，所以，公司注冊(cè)號(hào)所在省，即R的非主屬性“所在省”傳遞函數(shù)依賴于其候選關(guān)鍵屬性“公司注冊(cè)號(hào)”，因而R不滿足3NF。關(guān)于3NF，有一個(gè)重要結(jié)論，這里對(duì)這個(gè)結(jié)論只敘述而不進(jìn)行形式證明。定理1 若關(guān)系模式R符合3NF條件，則R一定符合2NF條件。2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.3 關(guān)系模式的范式關(guān)系模式的范式5Boyce-Codd范式在3NF中，并未排除主

36、屬性對(duì)侯選關(guān)鍵字的傳遞函數(shù)依賴，因此有必要對(duì)3NF進(jìn)一步規(guī)范化，為此，Boyce和Codd共同提出了一個(gè)更高一級(jí)的范式，這就是Boyce-Codd范式（BCNF）。定義9 如果關(guān)系模式R滿足1NF，且R的所有屬性都不傳遞函數(shù)依賴于R的每一個(gè)候選關(guān)鍵字，稱R滿足BCNF。定理2 若關(guān)系模式R符合BCNF條件，則R一定符合3NF條件，但反過來卻不一定成立。2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.4 關(guān)系模式的分解關(guān)系模式的分解1關(guān)系模式分解的一般問題所謂關(guān)系模式的分解，就是對(duì)原有關(guān)系模式在不同的屬性上進(jìn)行投影，從而將原有關(guān)系模式分解為含有較少屬性的多個(gè)關(guān)系模式。在闡述分

37、解方法以前，有必要就分解的一般問題先進(jìn)行討論。先看一個(gè)實(shí)例，見表2-9。員工號(hào)姓名部門月份月度獎(jiǎng)00901張小強(qiáng)辦公室2010-0538000902陳斌一車間2010-0545000903李哲銷售科2010-0588000904趙大明設(shè)計(jì)科2010-0585000905馮珊辦公室2010-0535000906張青松銷售科2010-0592000901張小強(qiáng)辦公室2010-0635000902陳斌一車間2010-06480表2-9 員工獎(jiǎng)金分配表2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.4 關(guān)系模式的分解關(guān)系模式的分解表2-9所示關(guān)系的關(guān)鍵屬性是屬性組（員工號(hào)，月份），

38、它也是唯一的候選關(guān)鍵屬性（這里假定姓名有重名情況），從前面的知識(shí)可以知道，這個(gè)關(guān)系不滿足2NF，因?yàn)樵撽P(guān)系的非主屬性“姓名”和“部門”都只部分函數(shù)依賴于侯選關(guān)鍵字（員工號(hào)，月份）。解決這個(gè)問題的基本方法是將其分解為兩個(gè)關(guān)系，見表2-10和表2-11。員工號(hào)姓名部門員工號(hào)姓名部門00901張小強(qiáng)辦公室00904趙大明設(shè)計(jì)科00902陳斌一車間00905馮珊辦公室00903李哲銷售科00906張青松銷售科員工號(hào)月份月度獎(jiǎng)員工號(hào)月份月度獎(jiǎng)009012010-05380009012010-06350009022010-05450009022010-06480009032010-058800090320

39、10-06850009042010-05850009042010-06860009052010-05350009052010-06360009062010-05920009062010-06900表2-11 員工獎(jiǎng)金分配表表2-10 員工基本情況表2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.4 關(guān)系模式的分解關(guān)系模式的分解上述分解過程是對(duì)原有關(guān)系R(員工號(hào)，姓名，部門，月份，月度獎(jiǎng))在（員工號(hào)，姓名，部門）和（員工號(hào)，月份，月度獎(jiǎng)）上分別投影，并刪除完全相同行后的結(jié)果。經(jīng)過這種分解后，兩個(gè)關(guān)系表都符合BCNF標(biāo)準(zhǔn)，從而符合3NF標(biāo)準(zhǔn)。并且，從這兩個(gè)表完全可以經(jīng)過連接恢復(fù)

40、到原來的表，這樣的分解稱為無損分解。與之相反，如果對(duì)表2-9進(jìn)行另一種分解（見表2-10和表2-12），這種分解就不是無損的。部門月份月度獎(jiǎng)部門月份月度獎(jiǎng)辦公室2010-05380辦公室2010-06350一車間2010-05450一車間2010-06480銷售科2010-05880銷售科2010-06850設(shè)計(jì)科2010-05850設(shè)計(jì)科2010-06860辦公室2010-05350辦公室2010-06360銷售科2010-05920銷售科2010-06900表2-12 員工獎(jiǎng)金分配表2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.4 關(guān)系模式的分解關(guān)系模式的分解無損的含

41、義有兩個(gè)方面，其一是信息沒有丟失，即從分解后的關(guān)系通過連接運(yùn)算可以恢復(fù)原有關(guān)系；其二是依賴關(guān)系沒有改變。前者稱為連接不失真，后者稱為依賴不失真。Heath定理 設(shè)關(guān)系模式R(A，B，C)，A、B、C是R的屬性集。如果AB，并且AC，則R和投影(A，B)，(A，C)的連接等價(jià)。由Heath定理可知，只要將關(guān)系R的某個(gè)候選關(guān)鍵字分解到每個(gè)子關(guān)系中，就會(huì)同時(shí)保持連接不失真和依賴不失真。23NF分解理論上已證明，任何關(guān)系都可以無損地分解為多個(gè)3NF關(guān)系。下面采用一種非形式化的敘述方法來討論這個(gè)問題。在討論中，假定R是一個(gè)關(guān)系模式，R1、R2、Rn是對(duì)R進(jìn)行分解而得到的n個(gè)關(guān)系模式。（1）如果R不滿足1

42、NF條件，先對(duì)其分解，使其滿足1NF。對(duì)R進(jìn)行1NF分解的方法不是采用投影，而是直接將其復(fù)合屬性進(jìn)行分解，用分解后的基本屬性集取代原來的屬性，以獲得1NF。 【例2-3】 將R(員工號(hào)，姓名，工資)進(jìn)行分解，使其滿足1NF條件。假定R的“工資”屬性由“基本工資”和“崗位工資”組成，直接用屬性組（基本工資，崗位工資）取代“工資”屬性，得到新關(guān)系R_NEW(員工號(hào)，姓名，基本工資，崗位工資)，R_NEW滿足1NF。注意：對(duì)工資屬性是否應(yīng)進(jìn)行上述分解，要根據(jù)具體情況決定，這里只是一個(gè)示意性的解答。2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.4 關(guān)系模式的分解關(guān)系模式的分解（2

43、）如果R符合1NF條件但不符合2NF條件時(shí)，分解R使其滿足2NF。若R不滿足2NF條件，根據(jù)定義7，R中一定存在候選關(guān)鍵字K和非主屬性X，使X部分函數(shù)依賴于K，因此，候選關(guān)鍵字K一定是由一個(gè)以上的屬性組成的屬性組。設(shè)K(K1，K2)，并且K1X是R中的函數(shù)依賴關(guān)系。又設(shè)R(K1，K2，X1，X2)，且(K1，K2)是R的一個(gè)侯選關(guān)鍵字，X1部分函數(shù)依賴于(K1，K2)，不妨設(shè)K1X1，則將R分解成R1和R2：R1(S1，S2，X2)，Primary Key(S1，S2)，F(xiàn)oreign Key(S1)，即屬性組(S1，S2)是R1的關(guān)鍵字，S1是R1的外部關(guān)鍵字。R2(S1，X1)，Prima

44、ry Key(S1)。容易證明，這樣的分解是無損的。如果R1、R2還不滿足2NF條件，可以繼續(xù)上述分解過程，直到每個(gè)分解后的關(guān)系模式都滿足要求為止。再考查對(duì)表2-9所示關(guān)系的分解過程。設(shè)K1員工號(hào)，K2月份，X1(姓名，部門)，X2月度獎(jiǎng)，有關(guān)系模式：R(員工號(hào)，姓名，部門，月份，月度獎(jiǎng))(K1，K2，X1，X2)，Primary key(K1，K2)(員工號(hào)，月份)，將R分解為R1和R2：R1(K1，K2，X2)(員工號(hào)，月份，月度獎(jiǎng))，Primary Key(員工號(hào)，月份)，F(xiàn)oreign Key(員工號(hào))。R2(K1，X1)(員工號(hào)，姓名，部門)，Primary Key(員工號(hào))。經(jīng)過這

45、樣一次分解后得到的R1、R2均已滿足2NF和3NF條件，因此，分解過程結(jié)束。當(dāng)R符合2NF條件但不符合3NF條件時(shí)，繼續(xù)對(duì)其分解，使其滿足3NF條件。 2.4 2.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.4.4 關(guān)系模式的分解關(guān)系模式的分解（3）如果R符合2NF條件但不符合3NF條件時(shí)，分解R使其滿足3NF。R滿足2NF條件但不滿足3NF條件時(shí)，說明R中的所有非主屬性對(duì)R中的任何候選關(guān)鍵字都是完全函數(shù)依賴的，但至少存在一個(gè)非主屬性對(duì)侯選關(guān)鍵字是傳遞函數(shù)依賴的。因此，存在R中的非主屬性間的依賴作為傳遞函數(shù)依賴的過渡屬性，設(shè)R(K，X1，X2)，且R以K作為主關(guān)鍵字，X2通過非主屬性X

46、1傳遞函數(shù)依賴于K，即KX1（但X1K不成立），X1X2，則對(duì)R分解成R1和R2：R1(K，X1)，Primary Key(K)，F(xiàn)oreign Key(X1)。R2(X1，X2)，Primary Key(X1)。上述分解過程是無損的。如果R1、R2還不滿足3NF，可以重復(fù)上述過程，直到符合3NF條件為止。2.5 2.5 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法2.5.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程一般包括需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)以及實(shí)施與維護(hù)等內(nèi)容。1需求分析在仔細(xì)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，摸清目標(biāo)需求以及現(xiàn)在的數(shù)據(jù)內(nèi)容與形式，包括現(xiàn)在使用的帳簿、票據(jù)等原始單據(jù)以及這些單據(jù)的使

47、用頻率、數(shù)據(jù)量，并在此基礎(chǔ)上編寫需求分析報(bào)告。需求分析報(bào)告中要羅列出目標(biāo)系統(tǒng)涉及的全部數(shù)據(jù)實(shí)體、每個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體的屬性名一覽表、以及數(shù)據(jù)實(shí)體間的關(guān)聯(lián)關(guān)系等。2概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)是把用戶的需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象，統(tǒng)一到一個(gè)整體概念結(jié)構(gòu)中，形成數(shù)據(jù)庫的概念模型。概念模型是面向現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)真實(shí)模型，它一方面能夠充分反映現(xiàn)實(shí)世界，同時(shí)又容易轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫邏輯模型，也容易為用戶理解。數(shù)據(jù)庫概念模型獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和DBMS。2.5 2.5 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法2.5.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程（3邏輯設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)是將概念模型轉(zhuǎn)換為邏輯模型，也就是被某個(gè)DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并對(duì)轉(zhuǎn)

48、換結(jié)果進(jìn)行規(guī)范化處理。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)由一組關(guān)系模式組成。因而，從概念模型結(jié)構(gòu)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換就是將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型的過程。4物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫最終是要存儲(chǔ)在物理設(shè)備上的。為一個(gè)給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個(gè)最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)，包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與存取方法，并把得到的關(guān)系模型在一個(gè)選定的DBMS上實(shí)現(xiàn)，就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)依賴于給定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和DBMS。5實(shí)施與維護(hù)確定了數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)后，就可以用所選用的DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言（DDL）來嚴(yán)格定義數(shù)據(jù)庫，包括建立表、定義表的完整性約束規(guī)則等。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)投入運(yùn)行后，對(duì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)、調(diào)整、修改等

49、維護(hù)工作也是一項(xiàng)重要、長期的任務(wù)。 2.5 2.5 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法2.5.2 E-R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化E-R模型雖然能比較方便地模擬實(shí)際問題的靜態(tài)過程，也很容易進(jìn)行交流，但迄今為止，還沒有哪個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)直接支持該模型，因而，它只是一種工具，作為聯(lián)接實(shí)際問題與數(shù)據(jù)庫間的橋梁。E-R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化過程如圖2-1所示。圖2-1 E-R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化過程2.5 2.5 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法2.5.2 E-R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化下面討論從E-R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化過程。1獨(dú)立實(shí)體到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)化一個(gè)獨(dú)立實(shí)體轉(zhuǎn)化為一個(gè)

50、關(guān)系模式，實(shí)體的屬性即為關(guān)系模式的屬性，實(shí)體名稱作為關(guān)系模式的名稱，實(shí)體標(biāo)識(shí)符轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式的關(guān)鍵屬性。注意根據(jù)實(shí)際對(duì)象屬性情況確定關(guān)系模式屬性的值域。例如對(duì)于圖2-2所示的學(xué)生實(shí)體，將其轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式：學(xué)生(學(xué)號(hào)，姓名，民族，出生年月)其中下劃線標(biāo)注的屬性表示關(guān)鍵屬性。圖2-2 學(xué)生實(shí)體的E-R圖2.5 2.5 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法2.5.2 E-R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化21:1聯(lián)系到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)化若實(shí)體間的聯(lián)系是1:1聯(lián)系，只要在兩個(gè)實(shí)體類型轉(zhuǎn)化成的兩個(gè)關(guān)系模式中任意一個(gè)關(guān)系模式中增加另一關(guān)系模式的關(guān)鍵屬性和聯(lián)系的屬性即可。圖2-3所示的E-R圖中有“經(jīng)理”和

51、“公司”兩個(gè)實(shí)體，一個(gè)經(jīng)理只主管一個(gè)公司，而一個(gè)公司也只有一個(gè)經(jīng)理，兩者是一對(duì)一關(guān)系，可以轉(zhuǎn)化為兩個(gè)關(guān)系模式：經(jīng)理（經(jīng)理姓名，民族，住址，出生年月，電話，任職年月，公司名稱）公司（公司名稱，注冊(cè)地，類型，電話）圖2-3 1:1聯(lián)系到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)化2.5 2.5 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法2.5.2 E-R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化31:n聯(lián)系到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)化若實(shí)體間的聯(lián)系是1:n聯(lián)系，則需要在n方（即1對(duì)多聯(lián)系的多方）實(shí)體的關(guān)系模式中增加1方實(shí)體類型的關(guān)鍵屬性和聯(lián)系的屬性，1方的關(guān)鍵屬性作為外部關(guān)鍵屬性處理。如圖2-4所示的“學(xué)院”與“教師”的聯(lián)系是1:n的聯(lián)系，對(duì)圖2-4

52、進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得到關(guān)系模式：學(xué)院（學(xué)院名稱，院長姓名，辦公地點(diǎn)，電話）教師（工號(hào)，姓名，性別，出生年月，研究方向，聘期，學(xué)院名稱）在教師關(guān)系中增加學(xué)院關(guān)系中的關(guān)鍵屬性“學(xué)院名稱”作為外部關(guān)鍵屬性，以及增加聯(lián)系的屬性“聘期”。圖2-4 1:n聯(lián)系到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)化2.5 2.5 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法2.5.2 E-R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化4m:n聯(lián)系到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)化若實(shí)體間的聯(lián)系是m:n聯(lián)系，則除對(duì)兩個(gè)實(shí)體分別進(jìn)行轉(zhuǎn)化外，還要為聯(lián)系類型單獨(dú)建立一個(gè)關(guān)系模式，其屬性為兩方實(shí)體類型的關(guān)鍵屬性加上聯(lián)系類型的屬性，兩方實(shí)體關(guān)鍵屬性的組合作為關(guān)鍵屬性。圖2-5描述的學(xué)生與課程的聯(lián)系

53、是m:n聯(lián)系，該E-R圖應(yīng)轉(zhuǎn)化為3個(gè)關(guān)系模式：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，民族，出生年月）課程（課程號(hào)，課程名，學(xué)分）選課（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績）圖2-5 m:n聯(lián)系到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)化2.5 2.5 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法2.5.2 E-R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化5多元聯(lián)系到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)化所謂多元聯(lián)系，即是說該聯(lián)系涉及兩個(gè)以上的實(shí)體。例如采購貨物涉及供應(yīng)商、采購員和貨物等3個(gè)實(shí)體，其E-R圖如圖2-6所示，3個(gè)實(shí)體之間的聯(lián)系是m:n:p。和二元聯(lián)系的轉(zhuǎn)換類似，3元聯(lián)系的轉(zhuǎn)換方法是：（1）若實(shí)體間的聯(lián)系是1:1:1聯(lián)系，只要在3個(gè)實(shí)體類型轉(zhuǎn)化成的3個(gè)關(guān)系模式中任意一個(gè)關(guān)系模式中增加另

54、兩個(gè)關(guān)系模式的關(guān)鍵屬性（作為外部關(guān)鍵屬性）和聯(lián)系的屬性即可。（2）若實(shí)體間的聯(lián)系是1:1:n聯(lián)系，則需要在n方實(shí)體的關(guān)系模式中增加兩個(gè)1方實(shí)體的關(guān)鍵屬性（作為外部關(guān)鍵屬性）和聯(lián)系的屬性。（3）若實(shí)體間的聯(lián)系是1:m:n聯(lián)系，則除對(duì)3個(gè)實(shí)體分別進(jìn)行轉(zhuǎn)化外，還要為聯(lián)系類型單獨(dú)建立一個(gè)關(guān)系模式，其屬性為m方和n方實(shí)體類型的關(guān)鍵屬性（作為外部關(guān)鍵屬性）加上聯(lián)系類型的屬性，m方和n方實(shí)體關(guān)鍵屬性的組合作為關(guān)鍵屬性。（4）若實(shí)體間的聯(lián)系是m:n:p聯(lián)系，則除對(duì)3個(gè)實(shí)體分別進(jìn)行轉(zhuǎn)化外，還要為聯(lián)系類型單獨(dú)建立一個(gè)關(guān)系模式，其屬性為3方實(shí)體類型的關(guān)鍵屬性（作為外部關(guān)鍵屬性）加上聯(lián)系類型的屬性，3方實(shí)體關(guān)鍵屬性的組合作為關(guān)鍵屬性。2.5 2.5 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法2.5.2 E-R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化圖2-6 m:n:p聯(lián)系到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)化圖2-6描述的E-R圖應(yīng)轉(zhuǎn)化為4個(gè)關(guān)系模式：供應(yīng)商(供應(yīng)商號(hào)，名稱，地址，電話)采購員(采購員號(hào)，姓名，性別，業(yè)績)貨物(貨物代碼，名稱，型號(hào)，庫存量)采購(采購單號(hào)，數(shù)量，單價(jià)，日期，供應(yīng)商號(hào)，采購員號(hào)，貨物代碼)2.5 2.5