《數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程》第5版 課件 第6章 關(guān)系數(shù)據(jù)理論

數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(第5版)第6章關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論6.1函數(shù)依賴6.1.1函數(shù)依賴基本概念6.1.2一些術(shù)語和符號6.1.3為什么要討論函數(shù)依賴

6.2關(guān)系規(guī)范化6.2.1關(guān)系模式中的碼6.2.2范式6.1一些數(shù)據(jù)語義問題數(shù)據(jù)的語義不僅表現(xiàn)為完整性約束，對關(guān)系模式的設(shè)計(jì)也提出了一定的要求。如何構(gòu)造一個(gè)合適的關(guān)系模式，應(yīng)構(gòu)造幾個(gè)關(guān)系模式，每個(gè)關(guān)系模式由哪些屬性組成等，都是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)問題，確切地講是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計(jì)問題。6.1.1函數(shù)依賴基本概念姓名=f(學(xué)號)：給出一個(gè)具體的學(xué)號，會(huì)有唯一的學(xué)生姓名和它對應(yīng)。這里“學(xué)號”是自變量X，“姓名”是因變量或函數(shù)值Y。把X函數(shù)決定Y，或Y函數(shù)依賴于X表示為：

X→Y如果有關(guān)系模式R(A1,A2,…,An)，X和Y為{A1,A2,…,An}的子集，則對于關(guān)系R中的任意一個(gè)X值，都只有一個(gè)Y值與之對應(yīng)，則稱X函數(shù)決定Y，或Y函數(shù)依賴于X。示例例1：對學(xué)生關(guān)系模式Student（Sno,Sname,Sdept,Sage）有以下依賴關(guān)系：

Sno→Sname,Sno→Sdept,Sno→Sage

例2：SC（Sno,Cno,Grade）（Sno,Cno）→Grade

函數(shù)依賴定義設(shè)有關(guān)系模式R(A1,A2,…,An)，X和Y均為{A1,A2,…,An}的子集，r是R的任一具體關(guān)系，t1、t2是r中的任意兩個(gè)元組；如果由t1[X]=t2[X]可以推導(dǎo)出t1[Y]=t2[Y]，則稱X函數(shù)決定Y，或Y函數(shù)依賴于X，記為X→Y。在以上定義中特別要注意，只要t1[X]=t2[X]t1[Y]=t2[Y]成立，就有X→Y。也就是說只有當(dāng)t1[X]=t2[X]為真，而t1[Y]=t2[Y]為假時(shí)，函數(shù)依賴X→Y不成立；而當(dāng)t1[X]=t2[X]為假時(shí)，不管t1[Y]=t2[Y]為真或?yàn)榧?，都有X→Y成立。6.1.2一些術(shù)語和符號

1.

如果X→Y，但Y不包含于X，則稱

X→Y是非平凡的函數(shù)依賴。2.

如果X→Y，但Y包含于X，則稱

X→Y是平凡的函數(shù)依賴。

若無特別聲明，我們討論的都是非平凡的函數(shù)依賴。術(shù)語和符號（續(xù)）

3.

如果X→Y，則X稱為決定因子。4.如果X→Y，并且Y→X，則記作

X←→Y。術(shù)語和符號（續(xù)）如果X→Y，并且對于X的一個(gè)任意真子集X’都有X’—/→Y，則稱Y完全函數(shù)依賴于X，并記作:如果X→Y（非平凡函數(shù)依賴，并且Y—/→X）、Y→Z，則稱Z傳遞函數(shù)依賴于X，記作：如果X→Y成立，并且對于X的某個(gè)真子集X’有X’→Y成立，則稱Y部分函數(shù)依賴于X，并記作:示例例1：有關(guān)系模式SC（Sno,Sname,Cno,Credit,Grade），主碼為（Sno,Cno），則函數(shù)依賴關(guān)系有：

示例例2：假設(shè)有關(guān)系模式S（Sno,Sname,Dept,Dept_master），其中各屬性分別為：學(xué)號、姓名、所在系和系主任（假設(shè)一個(gè)系只有一個(gè)主任），主碼為Sno，則函數(shù)依賴關(guān)系有：6.1.3為什么要討論函數(shù)依賴？有關(guān)系模式：

S-L-C(Sno,Sdept,SLOC,Cno,Grade)SnoSnameSsexSdeptSlocCnoGrade1512101李勇男計(jì)算機(jī)系2公寓C001901512101李勇男計(jì)算機(jī)系2公寓C002861512101李勇男計(jì)算機(jī)系2公寓C006NULL1512102劉晨男計(jì)算機(jī)系2公寓C002781512102劉晨男計(jì)算機(jī)系2公寓C004661521102吳賓女信息系1公寓C001821521102吳賓女信息系1公寓C002751521102吳賓女信息系1公寓C004921521102吳賓女信息系1公寓C005501521103張海男信息系1公寓C002681521103張海男信息系1公寓C006NULL1531101錢小平女?dāng)?shù)學(xué)系1公寓C001801531101錢小平女?dāng)?shù)學(xué)系1公寓C00595存在問題數(shù)據(jù)冗余問題數(shù)據(jù)更新問題數(shù)據(jù)插入問題數(shù)據(jù)刪除問題結(jié)論Student關(guān)系模式不是一個(gè)好的模式。“好”的模式：不會(huì)發(fā)生插入異常、刪除異常、更新異常，數(shù)據(jù)冗余應(yīng)盡可能少。原因：由存在于模式中的某些數(shù)據(jù)依賴引起解決方法：通過分解關(guān)系模式來消除其中不合適的數(shù)據(jù)依賴6.2關(guān)系規(guī)范化關(guān)系規(guī)范化是指導(dǎo)將有“不良”函數(shù)依賴的關(guān)系模式轉(zhuǎn)換為良好的關(guān)系模式的理論。這里涉及到范式的概念，不同的范式表示關(guān)系模式遵守的不同的規(guī)則。

6.2.1關(guān)系模式中的碼

候選碼：設(shè)K為R(U,F)中的屬性或?qū)傩越M，若K完全決定U，則K為R的候選碼。

主碼：關(guān)系R(U,F)中可能有多個(gè)候選碼，則選其中一個(gè)作為主碼。

全碼：候選碼為整個(gè)屬性組。 包含在任一候選碼中的屬性稱為主屬性，不包含在任一候選碼中的屬性稱為非主屬性。示例例1：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，身份證號，年齡，所在系）候選碼：學(xué)號，身份證號。主碼：“學(xué)號”或“身份證號”。主屬性：學(xué)號，身份證號。非主屬性：姓名，性別，年齡，所在系。

示例例2．有關(guān)系模式：選課（學(xué)號，課程號，考試次數(shù)，成績）設(shè)一個(gè)學(xué)生對一門課程可以有多次考試，每一次考試有一個(gè)考試成績。候選碼：（學(xué)號，課程號，考試次數(shù)），也為主碼。主屬性：學(xué)號，課程號，考試次數(shù)非主屬性：成績。示例例3．有關(guān)系模式：授課（教師號，課程號，學(xué)年）語義：一個(gè)教師在一個(gè)學(xué)年可以講授多門不同的課程，可以在不同學(xué)年對同一門課程講授多次，但不能在同一個(gè)學(xué)年對同一門課程講授多次。一門課程在一個(gè)學(xué)年可以由多個(gè)不同的教師講授，同一個(gè)學(xué)年可以開設(shè)多門課程，同一門課程可以在不同學(xué)年開設(shè)多次。候選碼：（教師號，課程號，學(xué)年。主碼：同候選碼。主屬性：教師號，課程號，學(xué)年。非主屬性：沒有是全碼表。外碼外碼：用于關(guān)系表之間建立關(guān)聯(lián)的屬性（組）。定義：關(guān)系模式R中屬性（組）X不一定是R中的碼，但X是另一個(gè)關(guān)系模式S的候選碼（通常為主碼），則稱X為R的外碼。6.2.2范式關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的關(guān)系要滿足一定的要求，滿足不同程度要求的為不不同的范式（NormalForm）。范式的種類：

第一范式(1NF)第二范式(2NF)第三范式(3NF)第一范式第一范式(1NF)：不包含重復(fù)組的關(guān)系第二范式第二范式(2NF)

:如果R(U,F)∈1NF，并且R中的每個(gè)非主屬性都完全函數(shù)依賴于主碼，則R(U,F)∈2NF。例:S-L-C(Sno,Sdept,SLOC,Cno,Grade)因?yàn)橛校篠no→SLOC，因此存在部分函數(shù)依賴，該表不是2NF。分解方法首先，對于組成主碼的屬性集合的每一個(gè)子集，用它作為主碼構(gòu)成一個(gè)表。然后，將依賴于這些主碼的屬性放置到相應(yīng)的表中。最后，去掉只由主碼的子集構(gòu)成的表。分解S-L-C表對S-L-C（Sno,Sdept,SLOC,Cno,Grade）首先分解為如下形式的三張表：

S-L（Sno，…）

C（Cno，…）

S-C（Sno,Cno,…）

分解S-L-C表（續(xù)）然后，將依賴于這些主碼的屬性放置到相應(yīng)的表中，形成如下三張表：

S-L（Sno，Sdept,Sloc）

C（Cno）

S-C（Sno,Cno,Grade）

分解S-L-C表（續(xù)）最后，去掉只由主碼的子集構(gòu)成的表。S-L-C關(guān)系模式最終分解的形式為：S-L（Sno,Sdept,Sloc）S-C（Sno,Cno,Grade）分解后的函數(shù)依賴關(guān)系分解后的關(guān)系模式的函數(shù)依賴關(guān)系：S-L：Snof→Sdept，Snof→SLOC是2NFS-C:（Sno,Cno）f→Grade：是2NF

S-L(Sno,Sdept,SLOC)存在問題數(shù)據(jù)冗余：有多少個(gè)學(xué)生就有多少個(gè)重復(fù)的Sdept和SLOC；插入異常：當(dāng)新建一個(gè)系時(shí)，若還沒有招收學(xué)生，則無法插入；第三范式第三范式（3NF）:如果R(U,F)∈2NF，并且所有非主屬性都不傳遞依賴于主碼，則R(U,F)∈3NF。

S-L(Sno,Sdept,SLOC)∵Sno傳遞→SLOC,∴不是3NF分解方法（1）對于不是候選碼的每個(gè)決定因子，從表中刪去依賴于它的所有屬性；（2）新建一個(gè)表，新表中包含在原表中所有依賴于該決定因子的屬性；（3）將決定因子作為新表的主碼。分解S-L關(guān)系模式S-L分解后的關(guān)系模式為：S-D（Sno,Sdept）S-L（Sde