【正文】 1 河北經貿大學 信息技術學院 數據庫系統(tǒng)概論 An Introduction to Database Systems 河北經貿大學信息技術學院 數據庫系統(tǒng)概論 An Introduction to Database System 第六章 關系數據理論 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 第六章 關系數據理論 問題的提出 規(guī)范化 數據依賴的公理系統(tǒng) * 模式的分解 小結 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 問題的提出 關系數據庫邏輯設計 ? 針對具體問題 ， 如何構造一個適合于它的數據模式 即應該構造幾個關系模式 ， 每個關系有哪些屬性組成等 。 ? 數據庫邏輯設計的工具 ──關系數據庫的規(guī)范化理論 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 問題的提出 一、概念回顧 二、關系模式的形式化定義 三、什么是數據依賴 四、關系模式的簡化定義 五、數據依賴對關系模式影響 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 一、概念回顧 ? 關系 ：描述實體、屬性、實體間的聯(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子集。 ? 關系模式 ：用來定義關系。 ? 關系數據庫 ：基于關系模型的數據庫，利用關系來描述現實世界。 從形式上看，它由一組關系組成。 ? 關系數據庫的模式 ：定義這組關系的關系模式的全體。 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 二、關系模式的形式化定義 關系模式由五部分組成，即它是一個五元組： R(U, D, DOM, F) R： 關系名 U： 組成該關系的屬性名集合 D： 屬性組 U中屬性所來自的域 DOM： 屬性向域的映象集合 F： 屬性間數據的依賴關系集合 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 三、關系模式的簡化表示 ? 關系模式 R（ U, D, DOM, F） 簡化為一個三元組： R（ U, F） ? 當且僅當 U上的一個關系 r滿足 F時， r稱為 關系模式 R（ U, F）的一個 關系 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 四、什么是數據依賴 1. 完整性約束的表現形式 ? 限定屬性取值范圍：例如學生成績必須在 0100之間 ? 定義屬性 值 間的相互關連（主要體現于值的 相等與否 ），這就是數據依賴，它是數據庫模式設計的關鍵 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 什么是數據依賴（續(xù)） 2. 數據依賴 ? 一個關系內部屬性與屬性之間的約束關系 ? 現實世界屬性間相互聯(lián)系的抽象 ? 數據內在的性質 ? 語義 的體現 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 什么是數據依賴（續(xù)） 3. 數據依賴的類型 ? 函數依賴（ Functional Dependency，簡記為 FD） ? 多值依賴（ Multivalued Dependency，簡記為 MVD） ? 其他 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 五、 數據依賴對關系模式的影響 [例 1]建立一個描述學校教務的數據庫： 學生的學號（ Sno）、所在系（ Sdept） 系主任姓名（ Mname）、課程名（ Cname） 成績（ Grade） 單一 的關系模式 ： Student U、 F U ＝｛ Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade ｝ 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 數據依賴對關系模式的影響（續(xù)） 屬性組 U上的一組函數依賴 F： F ＝｛ Sno → Sdept, Sdept → Mname, (Sno, Cname) → Grade ｝ Sno Cname Sdept Mname Grade 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 關系模式 StudentU, F中存在的問題 1. 數據冗余太大 浪費大量的存儲空間 例：每一個系主任的姓名重復出現 2. 更新異常（ Update Anomalies） 數據冗余 ， 更新數據時，維護數據完整性代價大。 例：某系更換系主任后，系統(tǒng)必須修改與該系學生有關的每一個元組 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 關系模式 StudentU, F中存在的問題 ⒊ 插入異常（ Insertion Anomalies） 該插的數據插不進去 例，如果一個系剛成立，尚無學生，我們就無法把這個系及其系主任的信息存入數據庫。 ⒋ 刪除異常（ Deletion Anomalies） 不該刪除的數據不得不刪 例，如果某個系的學生全部畢業(yè)了， 我們在刪除該系學生信息的同時，把這個系及其系主任的信息也丟掉了。 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 數據依賴對關系模式的影響（續(xù)） 結論： ? Student關系模式不是一個好的模式。 ? “好”的模式： 不會發(fā)生插入異常、刪除異常、更新異常， 數據冗余應盡可能少 原因： 由存在于模式中的 某些數據依賴 引起的 解決方法： 通過 分解 關系模式來消除其中不合適 的數據依賴 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 分解關系模式 ? 把這個單一模式分成 3個關系模式： 1. S（ Sno， Sdept） Sno → Sdept 2. SC（ Sno， Cno， Grade） （ Sno， Cno） → Grade 3. DEPT（ Sdept， Mname） Sdept→ Mname 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 第六章 關系數據理論 問題的提出 規(guī)范化 數據依賴的公理系統(tǒng) * 模式的分解 小結 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 規(guī)范化 規(guī)范化理論 正是用來改造關系模式，通過分解關系模式來消除其中不合適的數據依賴，以解決插入異常、刪除異常、更新異常和數據冗余問題。 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 規(guī)范化 函數依賴 碼 范式 2NF 3NF BCNF 多值依賴 4NF 規(guī)范化小結 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 函數依賴 ? 函數依賴 ? 平凡的函數依賴與非平凡的函數依賴 ? 完全函數依賴與部分函數依賴 ? 傳遞函數依賴 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 一、函數依賴 定義 設 R(U)是一個屬性集 U上的關系模式， X和 Y是 U的子集。若對于 R(U)的任意一個可能的關系 r， r中不可能存在兩個元組在 X上的屬性值相等， 而在 Y上的屬性值不等， 則稱 “ X函數確定 Y” 或 “ Y函數依賴于 X”，記作 X→Y。 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 說明： 1. 函數依賴不是指關系模式 R的某個或某些關系實例滿足的約束條件，而是指 R的 所有關系實例 均要滿足的約束條件。 2. 函數依賴是 語義范疇 的概念。只能根據數據的語義來確定函數依賴。 例如“姓名 →年齡”這個函數依賴只有在不允許有同名人的條件下成立 3. 數據庫設計者可以對現實世界作強制的規(guī)定。例如規(guī)定不允許同名人出現，函數依賴“姓名 →年齡”成立。所插入的元組必須滿足規(guī)定的函數依賴，若發(fā)現有同名人存在， 則拒絕裝入該元組。 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 二、平凡的函數依賴與非平凡的函數依賴 在關系模式 R(U)中，對于 U的子集 X和 Y， 如果 X→Y，但 Y ? X，則稱 X→Y是非平凡的函數依賴 若 X→Y，但 Y ? X, 則稱 X→Y是 平凡的函數依賴 ? 例：在關系 SC(Sno, Cno, Grade)中， 非平凡函數依賴： (Sno, Cno) → Grade 平凡函數依賴： (Sno, Cno) → Sno (Sno, Cno) → Cno 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 平凡函數依賴與非平凡函數依賴（續(xù)） ? 若 X→Y，則 X稱為這個函數依賴的決定屬性組，也稱為決定因素（ Determinant）。 ? 若 X→Y， Y→X，則記作 X←→ Y。 ? 若 Y不函數依賴于 X，則記作 X→Y。 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 三、完全函數依賴與部分函數依賴 定義 在 R(U)中，如果 X→Y，并且對于 X的任何一個真子集 X’，都有 X’ Y, 則稱 Y對 X完全函數依賴 ，記作 X F Y。 若 X→Y，但 Y不完全函數依賴于 X，則稱 Y對X部分函數依賴 ，記作 X P Y。 在 ，并且對于 的, 則稱 對，記作。若 不完全函數依賴于 ，則稱 對，記作 。河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 完全函數依賴與部分函數依賴（續(xù)） [例 1] 中 (Sno,Cno)→Grade是完全函數依賴， (Sno,Cno)→Sdept是部分函數依賴 因為 Sno →Sdept成立，且 Sno是（ Sno，Cno）的真子集 F P 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 四、傳遞函數依賴 定義 在 R(U)中，如果 X→Y， (Y ?X) ,Y→X Y→Z， 則稱 Z對 X傳遞函數依賴 。 記為： X → Z 注 : 如果 Y→X， 即 X←→Y ，則 Z直接依賴于 X。 例 : 在關系 Std(Sno, Sdept, Mname)中，有： Sno → Sdept， Sdept → Mname Mname傳遞函數依賴于 Sno 傳遞 河北經貿大學信息技術學院 2021/11/10 規(guī)范化 函數