【正文】 An Introduction to Database System 關(guān)系數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用 第 4章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論 An Introduction to Database System 第 4章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論 為何要引入規(guī)范化設(shè)計(jì)理論 函數(shù)依賴有關(guān)概念 范式 關(guān)系模式的規(guī)范化 典型例題及分析 An Introduction to Database System 為何要引入規(guī)范化設(shè)計(jì)理論 ? 問題的提出 ? 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本概念 ? 關(guān)系模型 ? 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)語言 ? 關(guān)系數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì) ? 針對(duì)一個(gè)具體問題 ， 應(yīng)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 ， 每個(gè)關(guān)系由哪些屬性組成等 。 ? 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的工具 ── 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論 An Introduction to Database System 數(shù)據(jù)庫理論與設(shè)計(jì)中有一個(gè)重要的問題，就是在一個(gè)數(shù)據(jù)庫中如何構(gòu)造合適的關(guān)系模式，它涉及一系列的理論與技術(shù)，從而形成了關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論。由于合適的關(guān)系模式要符合一定的規(guī)范化要求，所以又可稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫是根據(jù)關(guān)系模式設(shè)計(jì)的。如果關(guān)系模式設(shè)計(jì)不合理，會(huì)導(dǎo)致插入異常、數(shù)據(jù)冗余、刪除異常、更新異常等很多問題。好的關(guān)系模式除了能滿足用戶對(duì)信息存儲(chǔ)和查詢的基本要求外，還應(yīng)當(dāng)使它的數(shù)據(jù)庫滿足如下要求 : 引言 An Introduction to Database System ? 元組的每個(gè)分量必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng) ? 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)冗余應(yīng)盡可能少 ? 關(guān)系數(shù)據(jù)庫不能因?yàn)閿?shù)據(jù)更新操作而引起數(shù)據(jù)不一致問題 ? 當(dāng)執(zhí)行數(shù)據(jù)插入操作時(shí)，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不能產(chǎn)生插入異常現(xiàn)象 ? 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不能在執(zhí)行刪除操作時(shí)產(chǎn)生刪除異常問題 ? 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)應(yīng)考慮查詢要求，數(shù)據(jù)組織應(yīng)合理 關(guān)系模式基本要求 An Introduction to Database System 函數(shù)依賴的有關(guān)概念 ? 概念回顧 ? 關(guān)系 ：描述實(shí)體及其屬性、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 ：用來定義關(guān)系。 ? 關(guān)系數(shù)據(jù)庫 ：基于關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫，利用關(guān)系來描述現(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)庫的模式 ：定義這組關(guān)系的關(guān)系模式的全體。 An Introduction to Database System 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。即限定了組成關(guān)系的各個(gè)元組必須滿足的完整性約束條件。 ● 影響數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計(jì)的主要是 U和 F， D和 DOM對(duì)其影響不大，為了方便討論，我們將關(guān)系模式簡(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。 An Introduction to Database System 什么是數(shù)據(jù)依賴 ? 是通過一個(gè)關(guān)系中屬性間值的相等與否體現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，它是數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 。 ? 是現(xiàn)實(shí)世界屬性間相互聯(lián)系的抽象 ? 是數(shù)據(jù)內(nèi)在的性質(zhì) ? 是語義的體現(xiàn) An Introduction to Database System 什么是數(shù)據(jù)依賴（續(xù)） 數(shù)據(jù)依賴的主要類型 ? 函數(shù)依賴（ Functional Dependency，簡(jiǎn)記為 FD） ? 多值依賴（ Multivalued Dependency，簡(jiǎn)記為 MVD） ? 連接依賴 An Introduction to Database System 數(shù)據(jù)依賴對(duì)關(guān)系模式的影響 例：建立一個(gè)描述學(xué)校的數(shù)據(jù)庫。 涉及的對(duì)象包括： 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） An Introduction to Database System 數(shù)據(jù)依賴對(duì)關(guān)系模式的影響（續(xù)） 假設(shè)學(xué)校的數(shù)據(jù)庫模式由一個(gè)單一的關(guān)系模式 Student構(gòu)成， 則該關(guān)系模式的屬性集合為： U ＝｛ Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade ｝ An Introduction to Database System 數(shù)據(jù)依賴對(duì)關(guān)系模式的影響（續(xù)） 現(xiàn)實(shí)世界的已知事實(shí)告訴我們： ⒈ 一個(gè)系有若干學(xué)生， 但一個(gè)學(xué)生只屬于一個(gè)系； ⒉ 一個(gè)系只有一名主任； ⒊ 一個(gè)學(xué)生可以選修多門課程， 每門課程有若干學(xué)生選修； ⒋ 每個(gè)學(xué)生所學(xué)的每門課程都有一個(gè)成績(jī)。 An Introduction to Database System 數(shù)據(jù)依賴對(duì)關(guān)系模式的影響（續(xù)） 由此可得到屬性組 U上的一組函數(shù)依賴 F： F ＝｛ Sno → Sdept, Sdept → Mname, (Sno, Cname) → Grade ｝ Sno Cname Sdept Mname Grade An Introduction to Database System 數(shù)據(jù)依賴對(duì)關(guān)系模式的影響（續(xù)） 關(guān)系模式 StudentU, F中存在的問題： ⒈ 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)，重復(fù)次數(shù)與該系所有學(xué)生的所有課程成績(jī)出現(xiàn)次數(shù)相同。 An Introduction to Database System 數(shù)據(jù)依賴對(duì)關(guān)系模式的影響（續(xù)） ⒉ 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。 An Introduction to Database System 數(shù)據(jù)依賴對(duì)關(guān)系模式的影響（續(xù)） 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，尚無學(xué)生，我們就無法把這個(gè)系及其系主任的信息存入數(shù)據(jù)庫。 An Introduction to Database System 數(shù)據(jù)依賴對(duì)關(guān)系模式的影響（續(xù)） 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。 An Introduction to Database System 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。 ? 一個(gè) “ 好 ” 的模式應(yīng)當(dāng)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： 通過分解關(guān)系模式來消除其中不合適 的數(shù)據(jù)依賴。 An Introduction to Database System 數(shù)據(jù)依賴對(duì)關(guān)系模式的影響（續(xù)） 規(guī)范化理論 正是用來改造關(guān)系模式，通過分解關(guān)系模式來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)冗余問題。 An Introduction to Database System 函數(shù)依賴的定義 一、函數(shù)依賴 二、完全函數(shù)依賴與部分函數(shù)依賴 三、平凡函數(shù)依賴與非平凡函數(shù)依賴 四、傳遞函數(shù)依賴 五、碼 An Introduction to Database System 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。 X稱為這個(gè)函數(shù)依賴的 決定屬性集 (Determinant)。 An Introduction to Database System 函數(shù)依賴（續(xù)） 說明： 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)依賴是語義范疇的概念。只能根據(jù)數(shù)據(jù)的語義來確定函數(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 An Introduction to Database System 函數(shù)依賴（續(xù)） 3. 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)者可以對(duì)現(xiàn)實(shí)世界作強(qiáng)制的規(guī)定。例如設(shè)計(jì)者可以強(qiáng)行規(guī)定不允許同名人出現(xiàn)，因而使函數(shù)依賴 “ 姓名 → 年齡 ” 成立。但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。 4. 若 X→ Y，并且 Y→ X, 則記為 X←→ Y。 5. 若 Y不函數(shù)依賴于 X, 則記為 X─→ Y。 An Introduction to Database System 函數(shù)依賴（續(xù)） 例 : Student(Sno, Sname, Ssex, Sage, Sdept) 假設(shè)不允許重名，則有 : Sno → Ssex， Sno → Sage Sno → Sdept， Sno ←→ Sname Sname → Ssex， Sname → Sage Sname → Sdept 但 Ssex → Sage, Ssex → Sdept, An Introduction to Database System 二、平凡函數(shù)依賴與非平凡函數(shù)依賴 定義 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 An Introduction to Database System 平凡函數(shù)依賴與非平凡函數(shù)依賴（續(xù)） ? 對(duì)于任一關(guān)系模式，平凡函數(shù)依賴都是必然成立的，它不反映新的語義，因此若不特別聲明， 我們總是討論非平凡函數(shù)依賴 。 An Introduction to Database System 三、完全函數(shù)依賴與部分函數(shù)依賴 定義 在關(guān)系模式 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完全函數(shù)依賴于 X，記作 X ｆ Y。若 X→ Y，但 Y不完全函數(shù)依賴于 X，則稱Y部分函數(shù)依賴 于 X，記作 X P Y。 An Introduction to Database System