數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)與應(yīng)用演示講稿(3)

1、1 數(shù)據(jù)庫根底與應(yīng)用主教材：?數(shù)據(jù)庫根底與應(yīng)用?新版輔導(dǎo)教師：吳旻倩Email:2關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有三級模式結(jié)構(gòu)，最主要的是中間層的全局模式結(jié)構(gòu)，簡稱關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式或數(shù)據(jù)庫模式。一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式由一個面向具體應(yīng)用所涉及的假設(shè)干個關(guān)系模式所 組成，這些關(guān)系模式通過外碼建立相互聯(lián)系，形成一個結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)整體。3一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)邏輯設(shè)計的好壞主要看數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計的好壞，一個數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計的好壞又主要看所含的各個關(guān)系模式設(shè)計的好壞。如果各個關(guān)系模式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)合理、功能簡單明確、標(biāo)準(zhǔn)化程度高。就能夠確保所建立的數(shù)據(jù)庫具有：較少的數(shù)據(jù)冗余、較高的數(shù)據(jù)共享度、較好的數(shù)據(jù)一致性、較靈活和方便的數(shù)據(jù)更新能力。4數(shù)

2、據(jù)依賴在現(xiàn)實(shí)生活中，事物之間內(nèi)部的各特征之間存在著相互依賴和制約的關(guān)系。用數(shù)據(jù)來描述和處理，需要把具有共同特征的事物歸為一類。并可進(jìn)一步細(xì)分。如把人歸為一類，把書歸為一類等。如針對學(xué)校的數(shù)據(jù)庫管理需要，把所有人員分為教師類、管理人員類和學(xué)生類。5每一種類型的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中都是 利用相應(yīng)的關(guān)系來描述的。因為關(guān)系是由屬性構(gòu)成的，所以數(shù)據(jù)依賴的根底是屬性之間的數(shù)據(jù)依賴。數(shù)據(jù)依賴包括函數(shù)依賴和多值依賴兩個方面。在一個關(guān)系中，屬性=變量，屬性域=變量的取值范圍，屬性在元組上的取值=屬性變量的當(dāng)前值。單值映射函數(shù)，多值函數(shù)。如：f(x)=2x,f(n)=(-1)n等。6定義1：設(shè)

3、一個關(guān)系為RU，X和Y為屬性集U上的子集，假設(shè)對于元組中X上的每個值都有Y上的一個惟一值與之對應(yīng)，那么稱X和Y具有函數(shù)依賴關(guān)系，并稱X函數(shù)決定Y，或稱Y函數(shù)依賴于X，記作XY，稱X為決定因素。例3-1設(shè)一個職工關(guān)系職工號，姓名，性別，年齡，職務(wù)就有函數(shù)依賴關(guān)系：職工號姓名，職工號性別，職工號年齡，職工號職務(wù)。7假設(shè)一個關(guān)系中的屬性子集X不能函數(shù)決定另一個屬性子集Y，那么記作X/Y，讀作X不能函數(shù)決定Y，或Y不能函數(shù)依賴于X。定義2：設(shè)一個關(guān)系為RU，X和Y為屬性集U上的子集， 假設(shè)XY且XY Y不是X的子集，那么稱XY為非平凡函數(shù)依賴，否那么假設(shè)XY Y是X的子集 ，那么必有XY，稱XY 為平

4、凡函數(shù)依賴。因為整體決定局部，平凡函數(shù)總是成立的。就是說，8關(guān)系中一個元組的任一屬性值能夠函數(shù)決定它自己的值，任一屬性組的值能夠函數(shù)決定任一屬性或?qū)傩宰蛹闹?。平凡函?shù)依賴又稱為函數(shù)依賴的自反性規(guī)那么。如在職工關(guān)系中，職工號總能函數(shù)決定它本身，對于任給一個職工號，都有它本身的職工號值惟一對應(yīng)；職工號和性別構(gòu)成的屬性子集總是能夠函數(shù)決定其中的職工號或性別屬性，記作職工號，性別職工號和職工號，性別性別。通常討論的都是非平凡函數(shù)。9定義3：設(shè)一個關(guān)系為RU，X和Y為屬性集U上的子集， 假設(shè)XY，同時X的一個真子集X也能夠函數(shù)決定Y，即X Y ，那么稱X局部函數(shù)決定Y，或Y局部函數(shù)依賴于X，記作X -

5、pY。否那么，假設(shè)不存在一個真子集X，使得X也能夠函數(shù)決定Y，那么稱X完全函數(shù)決定Y，或Y完全函數(shù)依賴于X，記作X -fY。 XY的局部函數(shù)依賴也稱為局部函數(shù)依賴。例如：10例如：在職工關(guān)系中，職工號與其他每個屬性之間的函數(shù)依賴都是完全函數(shù)依賴。真子集職工號年齡，所以存在局部函數(shù)依賴：職工號，性別-p年齡。以下圖11SNO，CNO f GRADE 完全函數(shù)依賴SNO，CNO p CREDIT 局部函數(shù)依賴SNOCNOGCRSC1函數(shù)依賴示意圖12例3-2設(shè)一個教師任課關(guān)系教工號，姓名，職稱，課程號，課程名，課時數(shù)，課時費(fèi)函數(shù)依賴分析：主碼：教工號，課程號教工號姓名，教工號職稱；課程號課程名，課

6、程號課時數(shù)；完全函數(shù)依賴：職稱，課程號 -f課時費(fèi)局部函數(shù)依賴：教工號，課程號 -p姓名，教工號，課程號 -p職稱，13定義4：設(shè)一個關(guān)系為RU，X，Y和Z為屬性集U上的子集， 其中XY， YZ，但YX， YZ Z不是Y的子集 那么存在XZ ，稱此為傳遞函數(shù)依賴，即X傳遞函數(shù)決定Z，Z傳遞函數(shù)依賴于X。14例3-3設(shè)一個學(xué)生關(guān)系學(xué)號，姓名，性別，系號，系名，系主任名，函數(shù)依賴分析：15定義5：設(shè)一個關(guān)系為RU，X，Y和Z為屬性集U上的子集， 假設(shè)XY， 那么存在XZYZ 和XZY 。16定義6：設(shè)一個關(guān)系為RU，X和Y為屬性集U上的子集， 假設(shè)XY， 并且為完全非平凡函數(shù)依賴，同時Y為單值屬性

7、，那么稱XY為R的最小函數(shù)依賴。由R中所有最小函數(shù)依賴構(gòu)成R的最小函數(shù)依賴集，其中不含有冗余的傳遞函數(shù)依賴 。例3-4設(shè)一個關(guān)系RA，B，C，D，函數(shù)依賴集FD=A B，B C，A C，B D，判斷它是否為R的最小函數(shù)依賴集。 分析：A C冗余，應(yīng)去掉，就成為R的最小函數(shù)依賴集。17例3-5P54分析：最小函數(shù)依賴集為FD1=職工號姓名，職工號性別，職工號年齡，職工號職務(wù)FD2=教工號姓名，教工號職稱，課程號課程名，課程號課時數(shù)，職稱，課程號 課時費(fèi)FD3=學(xué)號姓名，學(xué)號性別，學(xué)號系號，系號系名，系號系主任名18定義7：設(shè)一個關(guān)系為RU，X為U的一個子集， 假設(shè)X能夠函數(shù)決定U中的每個屬性，且

8、X的任何真子集都不能函數(shù)決定U中的每個屬性，那么稱X為關(guān)系R的一個侯選碼。侯選碼的等價定義：假設(shè)關(guān)系中一個屬性或?qū)傩越M能夠函數(shù)決定整個元組，并且它的任何子集都不能函數(shù)決定整個元組，那么它被稱為該關(guān)系的一個侯選碼 。例3-6設(shè)P55 19分析：侯選碼FD1=職工號姓名，職工號性別，職工號年齡，職工號職務(wù)FD2=教工號姓名，教工號職稱，課程號課程名，課程號課時數(shù)，職稱，課程號 課時費(fèi)FD3=學(xué)號姓名，學(xué)號性別，學(xué)號系號，系號系名，系號系主任名20例3-7P55分析：最小函數(shù)依賴集：FD=教師號姓名，課程號課程名，課程號課程學(xué)分，專業(yè)號專業(yè)名，教師號，課程號，專業(yè)號 教學(xué)等級分21例3-8P56 設(shè)

9、RA，B，C，D，E，F(xiàn)，最小函數(shù)依賴集FD=A B，A C，C，D E，求侯選碼？分析：侯選碼A，D，F(xiàn)22函數(shù)依賴的常用規(guī)那么：P56自反性：假設(shè)XY，那么存在XY。增廣性：假設(shè)XY，那么存在XZYZ。傳遞性：假設(shè)XY和YZ，那么存在XZ。合并性：假設(shè)XY和XZ，那么有XYZ。分解性：假設(shè)XY且YZ，那么存在XZ。偽傳遞性：假設(shè)XY和WYZ，那么存在WXZ。復(fù)合性：假設(shè)XY和ZW，那么存在XZYW。自增性：假設(shè)XY，那么存在WXY。233.2 關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)系數(shù)據(jù)庫由相互聯(lián)系的一組關(guān)系所組成，每個關(guān)系包括關(guān)系模式和關(guān)系值兩個方面。關(guān)系模式是對關(guān)系的抽象定義，給出關(guān)系的具體結(jié)構(gòu)；關(guān)系值是關(guān)系的

10、具體內(nèi)容，反映關(guān)系在某一時刻的狀態(tài)。24一個關(guān)系包含許多元組，每個元組都是符合關(guān)系模式結(jié)構(gòu)的一個具體值，并且局部屬于相應(yīng)的屬性。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的每個關(guān)系都需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使之到達(dá)一定的標(biāo)準(zhǔn)化程度，從而提高數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化程度、共享性、一致性和可操作性。25對關(guān)系進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分為六個級別，從高到底為第一范式、第二范式、第三范式、BC范式、第四范式、第五范式。通常只要求標(biāo)準(zhǔn)到第三范式就可以了，并且前三個范式能夠很好地保持?jǐn)?shù)據(jù)的無損連接性和函數(shù)依賴性，再向后標(biāo)準(zhǔn)化容易破壞這兩個特性，有時可能得不償失。26關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)化定義8：設(shè)一個關(guān)系RU，假設(shè)U中的每個屬性都是不可再分的，或者說都是不被其他屬性所包含的獨(dú)立

11、屬性，那么稱關(guān)系RU是符合第一范式的。記為1NF。關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的每個關(guān)系都必須到達(dá)第一范式最起碼的要求。假設(shè)一個關(guān)系不滿足第一范式，那么稱為非標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)系，否那么稱為標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)系。假設(shè)庫中所有關(guān)系都滿足1NF，那么稱為27例3-9P57 通信錄關(guān)系T姓名，性別，單位，省市， ， 長途區(qū)號，辦公 ，家庭 因為 屬性不是一個原子屬性，所以它不是一個標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)系。提升標(biāo)準(zhǔn)為1NF，得到的T姓名，性別，單位，省市， ，長途區(qū)號，辦公 ，家庭 ?；蚍纸鉃閮蓚€關(guān)系：T1姓名，性別，單位，省市， T2姓名，長途區(qū)號，辦公 ，家庭 ， 號碼28例3-10P58 借閱圖書關(guān)系J借閱證號，姓名，性別，借閱圖書登記

12、圖書號1，書名1，圖書號2，書名2，圖書號3，書名3 因為借閱圖書登記屬性不是一個原子屬性，所以它不是一個標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)系。提升標(biāo)準(zhǔn)為1NF。方法一：再原關(guān)系中增加獨(dú)立屬性，取消分欄。得到：J借閱證號，姓名，性別，圖書號1，書名1，圖書號2，書名2，圖書號3，書名3 。由于每個人借閱情況不同，按這種方法標(biāo)準(zhǔn)化將出現(xiàn)許多空值，浪費(fèi)存儲空間，不便于DBMS進(jìn)行管理，應(yīng)采用第二種方法。29方法二：分解為兩個關(guān)系：J1借閱證號，姓名，性別J2借閱證號，圖書號，書名，借閱日期，歸還日期方法三：P6030第二范式定義9：設(shè)一個關(guān)系RU，它是滿足第一范式的，假設(shè)R中的不存在非主屬性對侯選碼的局部函數(shù)依賴，那么稱

13、該關(guān)系U是符合第二范式的。記為2NF。一個關(guān)系假設(shè)只滿足第一范式，那可能會帶來數(shù)據(jù)冗余和操作異常。操作異常：插入、刪除和修改異常，又稱為更新異?；虼鎯Ξ惓?。31例3-11P60 學(xué)生選課關(guān)系SSC學(xué)生號，姓名，性別，專業(yè)，課程號，課程名，課程學(xué)分，成績根據(jù)SSC關(guān)系模式的語義，可得出最小函數(shù)依賴集FD：FD=學(xué)生號姓名，學(xué)生號性別，學(xué)生號專業(yè)，課程號課程名，課程號課程學(xué)分，學(xué)生號，課程號 成績 該關(guān)系存在非主屬性對主碼的局部依賴。必然存在數(shù)據(jù)冗余和操作異常P61。32“事務(wù)的概念：P61為了消除局部函數(shù)依賴，對SSC分解為：S學(xué)生號，姓名，性別，專業(yè)C課程號，課程名，課程學(xué)分SC學(xué)生號，課程號

14、，成績對應(yīng)的最小函數(shù)依賴集分別為：FD1=學(xué)生號姓名，學(xué)生號性別，學(xué)生號專業(yè)FD2=課程號課程名，課程號課程學(xué)分FD3=學(xué)生號，課程號 成績關(guān)系實(shí)例P62表3-7、3-8、3-933正確的分解要求關(guān)系的無損分解和無損連接。即通過外碼自然連接完全能得到原來的關(guān)系；同時，分解后的每個關(guān)系的最小函數(shù)依賴集都是原關(guān)系的最小函數(shù)依賴集的子集。這種分解才是正確、有效和合理的分解。一個關(guān)系中所有侯選碼都是單屬性，就不存在局部函數(shù)依賴，滿足1NF也就滿足2NF。只有出現(xiàn)復(fù)合侯選碼時才有可能存在局部函數(shù)依賴，才需要判斷和消除局部函數(shù)依賴，通過分解 到達(dá)2NF。34第三范式定義10：設(shè)一個關(guān)系RU，它是滿足第一范

15、式的，假設(shè)R中的不存在非主屬性對侯選碼的傳遞函數(shù)依賴，那么稱該關(guān)系U是符合第三范式的。記為3NF。假設(shè)一個數(shù)據(jù)庫中所有關(guān)系都到達(dá)了3NF自然也就包括到達(dá)2NF那么稱該數(shù)據(jù)庫是符合第三范式的。一個關(guān)系假設(shè)只滿足第二范式，仍然存在著由傳遞依賴帶來數(shù)據(jù)冗余和操作異常。35例3-12P63 一個關(guān)系SDH=學(xué)號，姓名，性別，籍貫，系號，系名，系地址，系 ，宿舍號，宿舍 實(shí)例表3-10根據(jù)SDH關(guān)系模式的語義，可得出最小函數(shù)依賴集FD：FD=學(xué)號姓名，學(xué)號性別，學(xué)號籍貫，學(xué)號系號，系號系名，系號系地址，系號系 ，學(xué)號宿舍號，宿舍號宿舍 由于該關(guān)系是單屬性侯選碼，所以不存在局部依賴，自然 滿足2NF。但存

16、在傳遞依賴，所以必然會產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余和操作異常P64。消除R的傳遞依賴也是通過R的分解來實(shí)現(xiàn)的。36對關(guān)系SDH分解： SDH 3NFD=系號，系名，系地址，系 H=宿舍號，宿舍 S=學(xué)號，姓名，性別，籍貫，系號，宿舍號對應(yīng)的最小函數(shù)依賴集FD：FDD=系號系名，系號系地址，系號系 FDH=宿舍號宿舍 FDS=學(xué)號姓名，學(xué)號性別，學(xué)號籍貫，學(xué)號系號，學(xué)號宿舍號關(guān)系實(shí)例P65 表3-11、3-12、3-1337例3-13P65 一個關(guān)系模式S=學(xué)生，教師，課程，成績，學(xué)術(shù)分，獎金額。請分解成3NF。由關(guān)系模式，可得出最小函數(shù)依賴集FD：FD=學(xué)生，課程成績， 教師，課程學(xué)術(shù)分，學(xué)術(shù)分獎金額 學(xué)生，

17、課程，教師為S的侯選碼。由于該關(guān)系是存在局部依賴和傳遞依賴，不符合3NF。首先消除傳遞依賴，然后消除局部依賴。38消除傳遞依賴，得到兩個關(guān)系模式：S1=學(xué)術(shù)分，獎金額SS=學(xué)生，教師，課程，成績，學(xué)術(shù)分接著從SS中消除學(xué)生，課程成績的局部依賴，得到兩個關(guān)系模式：S2=學(xué)生，課程，成績SSS=學(xué)生，教師，課程，學(xué)術(shù)分再接著從SSS中消除教師，課程學(xué)術(shù)分的局部依賴，得到兩個關(guān)系模式：S3=教師，課程，學(xué)術(shù)分S4=學(xué)生，教師，課程39在關(guān)系模式S=學(xué)生，教師，課程，成績，學(xué)術(shù)分，獎金額假設(shè)每門課程可以由不同教師主講。那么該關(guān)系函數(shù)依賴集FDS：FDS=學(xué)生，課程成績， 教師，課程學(xué)術(shù)分，學(xué)術(shù)分獎金額

18、，課程教師 該關(guān)系的最小函數(shù)依賴集FD：FD= 學(xué)生，課程成績， 課程學(xué)術(shù)分，學(xué)術(shù)分獎金額，課程教師 40該關(guān)系的最小函數(shù)依賴集FD：FD= 學(xué)生，課程成績， 課程學(xué)術(shù)分，學(xué)術(shù)分獎金額，課程教師該關(guān)系中存在局部依賴和傳遞依賴，分解得到三個關(guān)系模式：S1=學(xué)術(shù)分，獎金額S2=課程，教師，學(xué)術(shù)分S3=學(xué)生，課程，成績41例3-14P67 教師任課關(guān)系X=教工號，姓名，職稱，課程號，課程名，課時數(shù)，課時費(fèi)。請分解成3NF。最小函數(shù)依賴集FD：FD=教工號姓名，教工號職稱，課程號課程名，課程號課時數(shù)，職稱，課程號課時費(fèi) 教工號，課程號為關(guān)系的侯選碼和主碼。首先消除傳遞依賴，然后消除局部依賴。42X=教

19、工號，姓名，職稱，課程號，課程名，課時數(shù)，課時費(fèi)首先消除傳遞依賴X1 =職稱，課程號，課時費(fèi)XX=教工號，姓名，職稱，課程號，課程名，課時數(shù)然后消除XX局部依賴X2 =課程號，課程名，課時數(shù)XXX=教工號，姓名，職稱，課程號再接著消除XXX局部依賴X3 =教工號，姓名，職稱X4=教工號，課程號43設(shè)一個關(guān)系R，假設(shè)分解成兩個關(guān)系R1和R2后，函數(shù)依賴R1RR1R2或R1 R 2 R2 R1 能夠被該關(guān)系R的最小函數(shù)依賴集所蘊(yùn)涵，那么稱此分解為無損分解，并稱具有無損連接性。假設(shè)分解后的各關(guān)系的最小函數(shù)依賴集的并等于原關(guān)系的最小函數(shù)依賴集，那么稱此分解保持了函數(shù)依賴性。443.2.4 BC范式又簡

20、稱BCNF，它比第三范式程度更高。定義11：設(shè)一個關(guān)系RU，它是滿足第一范式的，當(dāng)R中的不存在任何屬性對侯選碼的傳遞函數(shù)依賴，那么稱該R是符合BCNF 。BCNF的等價定義：假設(shè)R中的所有屬性都完全直接依賴于侯選碼，或者說R的最小函數(shù)集中的所有函數(shù)依賴的決定因素都是侯選碼，那么R是符合BCNF 。45在第三范式中，只要求非主屬性不傳遞依賴于侯選碼，沒有強(qiáng)調(diào)主屬性是否傳遞依賴于侯選碼；而在BCNF中，不但要求非主屬性，而且要求主屬性都不能傳遞依賴于侯選碼，當(dāng)然傳遞依賴包含局部依賴在內(nèi)。假設(shè)一個關(guān)系雖然到達(dá)了第三范式要求，但沒有到達(dá)BCNF要求，說明在主屬性中存在著局部依賴或傳遞依賴，這也會帶來數(shù)

21、據(jù)冗余和操作異常，經(jīng)常也需要繼續(xù)分解使之到達(dá)BCNF，不過此分解過程可能破壞無損連接性和函數(shù)依賴性。46例3-15 P68 一個庫存管理關(guān)系W倉庫號，商品號，職工號，商品數(shù)量假定：P68。分析：該關(guān)系的最小函數(shù)依賴集FD：FD=職工號倉庫號，倉庫號，商品號職工號，倉庫號，商品號商品數(shù)量 該關(guān)系的侯選碼倉庫號，商品號和 職工號，商品號 。倉庫號，職工號，商品號都是主屬性，只有商品數(shù)量是非主屬性。存在傳遞依賴和局部依賴P68，所以需要標(biāo)準(zhǔn)化。47首先消除傳遞依賴，得到符合第三范式的關(guān)系：W1=倉庫號，商品號，商品數(shù)量W W =倉庫號，商品號，職工號接著從W W 中消除局部函數(shù)依賴：W2=職工號，倉庫號 W3=職工號，商品號至此分解完成，W1、W2、W3都符合BCNF要求，但從第三范式到BCNF時，使函數(shù)依賴“倉庫號，商品號職工號消失了，即破壞了原有的函數(shù)依賴性。所以在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中通常標(biāo)準(zhǔn)化到第三范式就可以了，再向后標(biāo)準(zhǔn)化可能帶來負(fù)面影響。48標(biāo)準(zhǔn)化小結(jié) 標(biāo)準(zhǔn)化過程是逐步消除關(guān)系模式中不適合的數(shù)據(jù)依賴的過程，使數(shù)據(jù)庫模型中的各個關(guān)系模式到達(dá)某種程度的別離。1NF2NF3NFBCNF消除非主屬性對關(guān)鍵字的局部