第7章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論

1、第7章關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論,7.1函數(shù)依賴7.2關(guān)系規(guī)范化7.3關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則,7.1函數(shù)依賴,定義：如果有一個關(guān)系模式R(A1,A2,An)，X和Y為A1,A2,An的子集，那么對于關(guān)系R中的任意一個X值，都只有一個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。例：Student（Sno,SName,Sdept,Sage）SnoSName,SnoSdept,SnoSage例：SC（Sno,Cno,Grade）（Sno,Cno）Grade,一些術(shù)語和符號,1.如果XY，但Y不包含于X，則稱XY是非平凡的函數(shù)依賴。如不作特別說明，我們總是討論非平凡函數(shù)依賴。2.如果Y不函數(shù)依賴于X，則記

2、作X/Y。3.如果XY，則稱X為決定因子。4.如果XY，并且YX，則記作XY。,一些術(shù)語和符號,5.如果XY，并且對于X的一個任意真子集X都有X/Y，則稱Y完全函數(shù)依賴于X，記作:,6.如果XY（非平凡函數(shù)依賴，并且Y/X）、YZ，則稱Z傳遞函數(shù)依賴于X。,如果XY成立，則稱Y部分函數(shù)依賴于X，記作:,示例,例1：有關(guān)系模式：SC（Sno,Sname,Cno,Credit,Grade）則函數(shù)依賴關(guān)系有：SnoSname（Sno,Cno）Sname（Sno,Cno）Grade,示例,例2：有關(guān)系模式：S（Sno,Sname,Dept,Dept_master）函數(shù)依賴關(guān)系有：Sno,由于：SnoD

3、ept，DeptDept_master所以有：SnoDept_master,Sname,為什么要討論函數(shù)依賴,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,7.2關(guān)系規(guī)范化,7.2.1關(guān)系模式中的碼7.2.2范式,7.2.1關(guān)系模式中的碼,1候選碼：設(shè)K為R(U,F)中的屬性或?qū)傩越M，若KfU，則K為R候選碼。（K為決定R全部屬性值的最小屬性組）。主碼：關(guān)系R(U,F)中可能有多個候選碼，則選其中一個作為主碼。全碼：候選碼為整個屬性組。主屬性與非主屬性：在R(U,F)中，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：SC（SNO，CNO，G

4、rade）候選碼：（SNO，CNO），也為主碼主屬性：SNO，CNO，非主屬性：Grade例：R（P，W，A），P演奏者，W作品，A聽眾語義：一個演奏者可演奏多個作品，某一作品可被多個演奏者演奏；聽眾也可欣賞不同演奏者個不同作品。候選碼：（P，W，A）全碼（演奏者、作品、聽眾一場音樂會）,7.2.1關(guān)系模式中的碼（續(xù)）,外碼：用于關(guān)系表之間建立關(guān)聯(lián)的屬性（組）。定義：若R（U，F(xiàn)）的屬性（組）X（X屬于U）是另一個關(guān)系S的主碼，則稱X為R的外碼。,7.2.2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。,第一范式,第一范式：不包含重復(fù)組的關(guān)系。,第二范式,2.第二

5、范式:如果R(U,F)1NF，并且R中的每個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）有：SnoPSLOC，不是2NF。,分解辦法,首先，對于組成主碼的屬性集合的每一個子集，用它作為主碼構(gòu)成一個表。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。,分解示例,對于S-L-C表，首先分解為如下形式的三張表：S-L（Sno，）C（Cno，）S-C（Sno,Cno,）然后，將依賴于這些主碼的屬性放置到相應(yīng)的表中S-L（Sno，Sdept,Sloc）C（Cno）S-C（Sno,Cno,Grade）最

6、后，去掉只由主碼的子集構(gòu)成的表，最終分解為：S-L（Sno,Sdept,Sloc）S-C（Sno,Cno,Grade）,S-L（Sno,Sdept,Sloc）存在問題,數(shù)據(jù)冗余：有多少個學(xué)生就有多少個重復(fù)的Sdept和SLOC；插入異常：當(dāng)新建一個系時，若還沒有招收學(xué)生，則無法插入；,第三范式,定義：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。對S-L(Sno,Sdept,SLOC)Sno傳遞SLOC,不是3NF,分解過程,（1）對于不是候選碼的每個決定因子，從表中刪去依賴于它的所有屬性；（2）新建一個表，新表中包含在原表中所有依賴于該決定因子的屬性；（3

7、）將決定因子作為新表的主碼。S-L分解后的關(guān)系模式為：S-D（Sno,Sdept）S-L（Sdept,Sloc）,BCNF,例：關(guān)系模式：CSZ（City，Street，Zip）語義：城市和街道可以決定郵政編碼，郵政編碼可以決定城市。候選碼：(City，Street），(Street，Zip)F：(City，Street）Zip，ZipCity是3NF存在的問題:插入異常,刪除異常,BCNF（續(xù)）,R1NF，且能決定其它屬性取值的屬性（組）必定包含碼，則其是BCNF如果一個關(guān)系的每個決定因素都是候選碼，則其是BCNF如果一個關(guān)系的每個函數(shù)依賴的左部都是候選碼，則其是BCNF如果R3NF，并且不

8、存在主屬性對非主屬性的函數(shù)依賴，則其是BCNF,BCNF和3NF的關(guān)系,若RBCNF，則R3NF若R3NF，則R不一定屬于BCNF,規(guī)范化舉例,設(shè)有關(guān)系模式：Student（學(xué)號，姓名，導(dǎo)師號，導(dǎo)師名，課程號，課程說明，成績）語義：一名學(xué)生只有一個導(dǎo)師，學(xué)生可選多門課。將其規(guī)范化成3NF的。,1此表是1NF，其函數(shù)依賴為：學(xué)號p姓名，學(xué)號p導(dǎo)師號，學(xué)號p導(dǎo)師名，課程號p課程說明,(學(xué)號，課程號)成績主碼為（學(xué)號，課程號）存在部分函數(shù)依賴關(guān)系，不是2NF，首先將其分解為2NF。,學(xué)生（學(xué)號，姓名，導(dǎo)師號，導(dǎo)師名），課程（課程號，課程說明），成績（學(xué)號，課程號，成績）均為2NF,2判是否為3NF“

9、學(xué)生”表不是3NF，其函數(shù)依賴為：學(xué)號姓名，學(xué)號導(dǎo)師號，導(dǎo)師號p導(dǎo)師名，學(xué)號傳遞導(dǎo)師名消除依賴于決定者的屬性，把它們放在一個單獨的表中，得到：學(xué)生（學(xué)號，姓名，導(dǎo)師號），導(dǎo)師（導(dǎo)師號，導(dǎo)師名）,7.3關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則,模式分解要滿足：模式分解具有無損連接性；模式分解能夠保持函數(shù)依賴。無損連接是指分解后的關(guān)系通過自然連接可以恢復(fù)成原來的關(guān)系，即通過自然連接得到的關(guān)系與原來的關(guān)系相比，既不多出信息、又不丟失信息。保持函數(shù)依賴分解是指在模式的分解過程中，函數(shù)依賴不能丟失的特性，即模式分解不能破壞原來的語義。,關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則（續(xù)）,例：S-D-L（Sno，Dept，Loc）有函數(shù)依賴：SnoDe

10、pt，DeptLoc不是第三范式的。至少可以有三種分解方案，分別為：方案1：S-L（Sno，Loc），D-L（Dept，Loc）方案2：S-D（Sno，Dept），S-L（Sno，Loc）方案3：S-D（Sno，Dept），D-L（Dept，Loc）這三種分解方案得到的關(guān)系模式都是第三范式的，那么如何比較這三種方案的好壞呢？由此在將一個關(guān)系模式分解為多個關(guān)系模式時除了提高規(guī)范化程度之外，還需要考慮其他的一些因素。,關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則（續(xù)）,將一個關(guān)系模式R分解為若干個關(guān)系模式R1，R2，Rn，意味著將存儲在一張二維表r中的數(shù)據(jù)分散到了若干個二維表r1，r2，rn中。這樣的分解應(yīng)該不丟失信息，即

11、能通過對關(guān)系r1，r2，rn的自然連接運算重新得到關(guān)系r中的所有信息。事實上，將關(guān)系r投影為r1，r2，rn時不會丟失信息，關(guān)鍵是對r1，r2，rn做自然連接時可能產(chǎn)生一些r中原來沒有的元組，從而無法區(qū)別哪些元組是r中原來有的，即數(shù)據(jù)庫中應(yīng)該存在的數(shù)據(jù)，哪些是不應(yīng)該有的。在這個意義上就丟失了信息。,關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則（續(xù)）,這三種分解方案是否都滿足分解要求呢？假設(shè)此關(guān)系模式的數(shù)據(jù)如表所示，此關(guān)系用r表示。,關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則（續(xù)）,若按方案1將S-D-L投影到S-L和D-L的屬性上，得到如左邊兩個表所示的關(guān)系。做自然連接得到結(jié)果如右表所示。,關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則（續(xù)）,無損連接性將關(guān)系模式R分解為個關(guān)系模式R1，R2，Rn，若對于R中的任何一個可能的r，都有rr1*r2*rn，即r在R1，R2，Rn上的投影的自然連接等于r，則稱關(guān)系模式R的這個分解具有無損連接性。,關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則（續(xù)）,再分析方案2。將S-D-L投影到S-D，S-L的屬性上，得到的關(guān)系如左邊兩個表所示。做自然連接得到的關(guān)系右表所示。,關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則（續(xù)）,方案2自然連接后恢復(fù)成了原來的關(guān)系，因此，分解方案2具有無損連接性。但分解方案2沒有保持原有的函數(shù)依賴關(guān)系，也不是好的分解方法。,關(guān)系模式的分解