【正文】 An Introduction to Database System 首都師范大學信息工程學院 數據庫系統(tǒng)原理 Principles of Database System 第四章 關系數據庫設計理論 An Introduction to Database System 第四章 關系數據庫設計理論 問題的提出 數據依賴有關概念 范式 關系模式的規(guī)范化 An Introduction to Database System 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 ， 每個關系由那些屬性組成等 ? 數據庫邏輯設計的工具 ── 關系數據庫的規(guī)范化理論 An Introduction to Database System 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 An Introduction to Database System 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。 An Introduction to Database System 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 An Introduction to Database System 三、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 An Introduction to Database System 什么是數據依賴（續(xù)） 2. 數據依賴 ? 是通過一個關系中屬性間值的相等與否體現出來的數據間的相互關系 ? 是現實世界屬性間相互聯(lián)系的抽象 ? 是數據內在的性質 ? 是 語義 的體現 An Introduction to Database System 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 An Introduction to Database System 四、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 An Introduction to Database System 五、 數據依賴對關系模式的影響 例：描述學生的關系： 學生的學號（ Sno）、姓名（ Sname）、所在系（ Sdept）等屬性 ? 由于一個學號只對應一個學生，一個學生只在一個系。因此，當“學號”值確定之后，姓名、所在系的值也就被 唯一 地確定了。 ? 屬性間的這種依賴關系類似于數學中的函數，因此說 Sno函數決定 Sname和 Sdept，或者說Sname和 Sdept函數依賴于 Sno，記為： Sno → Sname， Sno → Sdept An Introduction to Database System 五、 數據依賴對關系模式的影響 例：描述學校的數據庫： 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 ｝ An Introduction to Database System 數據依賴對關系模式的影響（續(xù)） 學校數據庫的語義： ⒈ 一個系有若干學生， 一個學生只屬于一個系； ⒉ 一個系只有一名主任； ⒊ 一個學生可以選修多門課程， 每門課程有若干學生選修； ⒋ 每個學生所學的每門課程都有一個成績。 An Introduction to Database System 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 An Introduction to Database System 關系模式 StudentU, F中存在的問題 Student(Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade) ⒈ 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 ⒉ 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 An Introduction to Database System 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。 An Introduction to Database System 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。 An Introduction to Database System 數據依賴的相關概念 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。 An Introduction to Database System 函數依賴 一、函數依賴 二、平凡函數依賴與非平凡函數依賴 三、完全函數依賴與部分函數依賴 四、傳遞函數依賴 An Introduction to Database System 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。 X稱為這個函數依賴的 決定屬性集 (Determinant)。 Y=f(x) An Introduction to Database System 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。 An Introduction to Database System 函數依賴（續(xù)） 例 : Student(Sno, Sname, Ssex, Sage, Sdept) 假設不允許重名，則有 : Sno → Ssex， Sno → Sage , Sno → Sdept， Sno ←→ Sname, Sname → Ssex， Sname → Sage Sname → Sdept 但 Ssex → Sage 若 X→ Y，并且 Y→ X, 則記為 X←→ Y。 若 Y不函數依賴于 X, 則記為 X─→ Y。 An Introduction to Database System 二、平凡函數依賴與非平凡函數依賴 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