【正文】 1 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué) 信息技術(shù)學(xué)院 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論 An Introduction to Database Systems 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論 An Introduction to Database System 第六章 關(guān)系數(shù)據(jù)理論 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 第六章 關(guān)系數(shù)據(jù)理論 問(wèn)題的提出 規(guī)范化 數(shù)據(jù)依賴的公理系統(tǒng) * 模式的分解 小結(jié) 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 問(wèn)題的提出 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì) ? 針對(duì)具體問(wèn)題 ， 如何構(gòu)造一個(gè)適合于它的數(shù)據(jù)模式 即應(yīng)該構(gòu)造幾個(gè)關(guān)系模式 ， 每個(gè)關(guān)系有哪些屬性組成等 。 ? 數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)的工具 ──關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)范化理論 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 問(wèn)題的提出 一、概念回顧 二、關(guān)系模式的形式化定義 三、什么是數(shù)據(jù)依賴 四、關(guān)系模式的簡(jiǎn)化定義 五、數(shù)據(jù)依賴對(duì)關(guān)系模式影響 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 一、概念回顧 ? 關(guān)系 ：描述實(shí)體、屬性、實(shí)體間的聯(lián)系。 從形式上看，它是一張二維表，是所涉及屬性的笛卡爾積的一個(gè)子集。 ? 關(guān)系模式 ：用來(lái)定義關(guān)系。 ? 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù) ：基于關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫(kù)，利用關(guān)系來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界。 從形式上看，它由一組關(guān)系組成。 ? 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的模式 ：定義這組關(guān)系的關(guān)系模式的全體。 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 二、關(guān)系模式的形式化定義 關(guān)系模式由五部分組成，即它是一個(gè)五元組： R(U, D, DOM, F) R： 關(guān)系名 U： 組成該關(guān)系的屬性名集合 D： 屬性組 U中屬性所來(lái)自的域 DOM： 屬性向域的映象集合 F： 屬性間數(shù)據(jù)的依賴關(guān)系集合 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 三、關(guān)系模式的簡(jiǎn)化表示 ? 關(guān)系模式 R（ U, D, DOM, F） 簡(jiǎn)化為一個(gè)三元組： R（ U, F） ? 當(dāng)且僅當(dāng) U上的一個(gè)關(guān)系 r滿足 F時(shí)， r稱為 關(guān)系模式 R（ U, F）的一個(gè) 關(guān)系 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 四、什么是數(shù)據(jù)依賴 1. 完整性約束的表現(xiàn)形式 ? 限定屬性取值范圍：例如學(xué)生成績(jī)必須在 0100之間 ? 定義屬性 值 間的相互關(guān)連（主要體現(xiàn)于值的 相等與否 ），這就是數(shù)據(jù)依賴，它是數(shù)據(jù)庫(kù)模式設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 什么是數(shù)據(jù)依賴（續(xù)） 2. 數(shù)據(jù)依賴 ? 一個(gè)關(guān)系內(nèi)部屬性與屬性之間的約束關(guān)系 ? 現(xiàn)實(shí)世界屬性間相互聯(lián)系的抽象 ? 數(shù)據(jù)內(nèi)在的性質(zhì) ? 語(yǔ)義 的體現(xiàn) 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 什么是數(shù)據(jù)依賴（續(xù)） 3. 數(shù)據(jù)依賴的類型 ? 函數(shù)依賴（ Functional Dependency，簡(jiǎn)記為 FD） ? 多值依賴（ Multivalued Dependency，簡(jiǎn)記為 MVD） ? 其他 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 五、 數(shù)據(jù)依賴對(duì)關(guān)系模式的影響 [例 1]建立一個(gè)描述學(xué)校教務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)： 學(xué)生的學(xué)號(hào)（ Sno）、所在系（ Sdept） 系主任姓名（ Mname）、課程名（ Cname） 成績(jī)（ Grade） 單一 的關(guān)系模式 ： Student U、 F U ＝｛ Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade ｝ 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 數(shù)據(jù)依賴對(duì)關(guān)系模式的影響（續(xù)） 屬性組 U上的一組函數(shù)依賴 F： F ＝｛ Sno → Sdept, Sdept → Mname, (Sno, Cname) → Grade ｝ Sno Cname Sdept Mname Grade 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 關(guān)系模式 StudentU, F中存在的問(wèn)題 1. 數(shù)據(jù)冗余太大 浪費(fèi)大量的存儲(chǔ)空間 例：每一個(gè)系主任的姓名重復(fù)出現(xiàn) 2. 更新異常（ Update Anomalies） 數(shù)據(jù)冗余 ， 更新數(shù)據(jù)時(shí)，維護(hù)數(shù)據(jù)完整性代價(jià)大。 例：某系更換系主任后，系統(tǒng)必須修改與該系學(xué)生有關(guān)的每一個(gè)元組 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 關(guān)系模式 StudentU, F中存在的問(wèn)題 ⒊ 插入異常（ Insertion Anomalies） 該插的數(shù)據(jù)插不進(jìn)去 例，如果一個(gè)系剛成立，尚無(wú)學(xué)生，我們就無(wú)法把這個(gè)系及其系主任的信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)。 ⒋ 刪除異常（ Deletion Anomalies） 不該刪除的數(shù)據(jù)不得不刪 例，如果某個(gè)系的學(xué)生全部畢業(yè)了， 我們?cè)趧h除該系學(xué)生信息的同時(shí)，把這個(gè)系及其系主任的信息也丟掉了。 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 數(shù)據(jù)依賴對(duì)關(guān)系模式的影響（續(xù)） 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 引起的 解決方法： 通過(guò) 分解 關(guān)系模式來(lái)消除其中不合適 的數(shù)據(jù)依賴 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 分解關(guān)系模式 ? 把這個(gè)單一模式分成 3個(gè)關(guān)系模式： 1. S（ Sno， Sdept） Sno → Sdept 2. SC（ Sno， Cno， Grade） （ Sno， Cno） → Grade 3. DEPT（ Sdept， Mname） Sdept→ Mname 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 第六章 關(guān)系數(shù)據(jù)理論 問(wèn)題的提出 規(guī)范化 數(shù)據(jù)依賴的公理系統(tǒng) * 模式的分解 小結(jié) 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 規(guī)范化 規(guī)范化理論 正是用來(lái)改造關(guān)系模式，通過(guò)分解關(guān)系模式來(lái)消除其中不合適的數(shù)據(jù)依賴，以解決插入異常、刪除異常、更新異常和數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題。 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 規(guī)范化 函數(shù)依賴 碼 范式 2NF 3NF BCNF 多值依賴 4NF 規(guī)范化小結(jié) 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 函數(shù)依賴 ? 函數(shù)依賴 ? 平凡的函數(shù)依賴與非平凡的函數(shù)依賴 ? 完全函數(shù)依賴與部分函數(shù)依賴 ? 傳遞函數(shù)依賴 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 一、函數(shù)依賴 定義 設(shè) R(U)是一個(gè)屬性集 U上的關(guān)系模式， X和 Y是 U的子集。若對(duì)于 R(U)的任意一個(gè)可能的關(guān)系 r， r中不可能存在兩個(gè)元組在 X上的屬性值相等， 而在 Y上的屬性值不等， 則稱 “ X函數(shù)確定 Y” 或 “ Y函數(shù)依賴于 X”，記作 X→Y。 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 說(shuō)明： 1. 函數(shù)依賴不是指關(guān)系模式 R的某個(gè)或某些關(guān)系實(shí)例滿足的約束條件，而是指 R的 所有關(guān)系實(shí)例 均要滿足的約束條件。 2. 函數(shù)依賴是 語(yǔ)義范疇 的概念。只能根據(jù)數(shù)據(jù)的語(yǔ)義來(lái)確定函數(shù)依賴。 例如“姓名 →年齡”這個(gè)函數(shù)依賴只有在不允許有同名人的條件下成立 3. 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)者可以對(duì)現(xiàn)實(shí)世界作強(qiáng)制的規(guī)定。例如規(guī)定不允許同名人出現(xiàn)，函數(shù)依賴“姓名 →年齡”成立。所插入的元組必須滿足規(guī)定的函數(shù)依賴，若發(fā)現(xiàn)有同名人存在， 則拒絕裝入該元組。 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 二、平凡的函數(shù)依賴與非平凡的函數(shù)依賴 在關(guān)系模式 R(U)中，對(duì)于 U的子集 X和 Y， 如果 X→Y，但 Y ? X，則稱 X→Y是非平凡的函數(shù)依賴 若 X→Y，但 Y ? X, 則稱 X→Y是 平凡的函數(shù)依賴 ? 例：在關(guān)系 SC(Sno, Cno, Grade)中， 非平凡函數(shù)依賴： (Sno, Cno) → Grade 平凡函數(shù)依賴： (Sno, Cno) → Sno (Sno, Cno) → Cno 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 平凡函數(shù)依賴與非平凡函數(shù)依賴（續(xù)） ? 若 X→Y，則 X稱為這個(gè)函數(shù)依賴的決定屬性組，也稱為決定因素（ Determinant）。 ? 若 X→Y， Y→X，則記作 X←→ Y。 ? 若 Y不函數(shù)依賴于 X，則記作 X→Y。 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 三、完全函數(shù)依賴與部分函數(shù)依賴 定義 在 R(U)中，如果 X→Y，并且對(duì)于 X的任何一個(gè)真子集 X’，都有 X’ Y, 則稱 Y對(duì) X完全函數(shù)依賴 ，記作 X F Y。 若 X→Y，但 Y不完全函數(shù)依賴于 X，則稱 Y對(duì)X部分函數(shù)依賴 ，記作 X P Y。 在 ，并且對(duì)于 的, 則稱 對(duì)，記作。若 不完全函數(shù)依賴于 ，則稱 對(duì)，記作 。河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 完全函數(shù)依賴與部分函數(shù)依賴（續(xù)） [例 1] 中 (Sno,Cno)→Grade是完全函數(shù)依賴， (Sno,Cno)→Sdept是部分函數(shù)依賴 因?yàn)?Sno →Sdept成立，且 Sno是（ Sno，Cno）的真子集 F P 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 四、傳遞函數(shù)依賴 定義 在 R(U)中，如果 X→Y， (Y ?X) ,Y→X Y→Z， 則稱 Z對(duì) X傳遞函數(shù)依賴 。 記為： X → Z 注 : 如果 Y→X， 即 X←→Y ，則 Z直接依賴于 X。 例 : 在關(guān)系 Std(Sno, Sdept, Mname)中，有： Sno → Sdept， Sdept → Mname Mname傳遞函數(shù)依賴于 Sno 傳遞 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 2021/11/10 規(guī)范化 函數(shù)