【正文】 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 An Introduction to Database System 第六章 關(guān)系數(shù)據(jù)理論 2 第六章 關(guān)系數(shù)據(jù)理論 問題的提出 規(guī)范化 數(shù)據(jù)依賴的公理系統(tǒng) * 模式的分解 小結(jié) 3 問題的提出 怎樣進(jìn)行關(guān)系數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì) ？ ? 針對具體問題 ， 如何構(gòu)造一個(gè)適合于它的數(shù)據(jù)模式 ? 幾個(gè)關(guān)系模式 ？ 由哪些屬性組成 ？ … ? 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 4 問題的提出 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)系模式的簡化定義 五、數(shù)據(jù)依賴對關(guān)系模式影響 5 一、概念回顧 ?關(guān)系 ?關(guān)系模式 ?關(guān)系數(shù)據(jù)庫 ?關(guān)系數(shù)據(jù)庫的模式 一個(gè)關(guān)系對應(yīng)一張表 。 對關(guān)系的描述 ， 一般表示為： 關(guān)系名 （ 屬性 1， 屬性 2， 屬性 3， ...） 支持關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫 。 關(guān)系 數(shù)據(jù) 庫全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征描述 。 6 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 7 三、什么是數(shù)據(jù)依賴 1. 完整性約束的表現(xiàn)形式 ?主屬性不能取空值 ?限定屬性取值范圍：例如學(xué)生成績必須在 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)庫模式設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 參照完整性規(guī)則？ R ( Kr, F, ?) S ( Ks , ?) 外碼 主碼 8 什么是數(shù)據(jù)依賴（續(xù)） 2. 數(shù)據(jù)依賴 ?是 ： ? 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) ? 語義 的體現(xiàn) 9 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，簡記為 FD） ?多值依賴（ Multivalued Dependency，簡記為 MVD） 10 四、關(guān)系模式的簡化表示 ?關(guān)系模式 R（ U, D, DOM, F） 簡化為一個(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 11 五、 數(shù)據(jù)依賴對關(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： 學(xué)生的學(xué)號（ Sno）、所在系（ Sdept） 系主任姓名（ Mname）、課程名（ Cname） 成績（ Grade） 單一 的關(guān)系模式 ： Student U， F U ＝｛ Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade ｝ 12 數(shù)據(jù)依賴對關(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 13 數(shù)據(jù)依賴對關(guān)系模式的影響（續(xù)） 只考慮函數(shù)依賴這一種數(shù)據(jù)依賴，我們得到一個(gè)描述學(xué)生的關(guān)系模式：RU， F， 數(shù)據(jù)表如下： Sno Sdept Mname Cno Grade S1 計(jì)算機(jī)系 張三 C1 95 S2 計(jì)算機(jī)系 張三 C1 90 S3 計(jì)算機(jī)系 張三 C1 88 S4 計(jì)算機(jī)系 張三 C1 70 S5 計(jì)算機(jī)系 張三 C1 78 … … … … … 14 關(guān)系模式 StudentU, F中存在的問題 1. 數(shù)據(jù)冗余太大 2. 更新異常（ Update Anomalies） (Mname改名 ) 3. 插入異常（ Insertion Anomalies） (新系） 4. 刪除異常（ Deletion Anomalies） (丟系信息） 15 數(shù)據(jù)依賴對關(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 16 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： S（ Sno， Sdept， Sno → Sdept） 。 SC（ Sno， Cno， Grade，（ Sno， Cno） → Grade） 。 DEPT（ Sdept， Mname， Sdept→ Mname） 17 第六章 關(guān)系數(shù)據(jù)理論 問題的提出 規(guī)范化 數(shù)據(jù)依賴的公理系統(tǒng) * 模式的分解 小結(jié) 18 規(guī)范化 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。 19 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) 20 函數(shù)依賴 ?函數(shù)依賴 ?平凡函數(shù)依賴與非平凡函數(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 21 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。 22 一、函數(shù)依賴 Sno Sdept Mname Cno Grade S1 計(jì)算機(jī)系 張三 C1 95 S1 自動化系 張三 C1 90 S3 計(jì)算機(jī)系 張三 C1 88 S4 計(jì)算機(jī)系 張三 C1 70 S5 計(jì)算機(jī)系 張三 C1 78 … … … … … 一張 錯(cuò)誤 的表： 23 說明 R的 所有關(guān)系實(shí)例 均要滿足約束條件 語義范疇 的概念，根據(jù)語義來確定 如：姓名 →年齡 24 二、平凡函數(shù)依賴與非平凡函數(shù)依賴 在關(guān)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(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 25 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。 26 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，并且對于 X的任何一個(gè)真子集 X’，都有 X’ Y, 則稱 Y對 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 X部分函數(shù)依賴 ，記作 X P Y。 27 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 28 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 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 29 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) 30 碼 定義 設(shè) K為 RU,F中的屬性或?qū)傩越M合。若 K U， 則 K稱為 R的 侯選碼 （ Candidate Key）。 若候選碼多于一個(gè)，則選定其中的一個(gè)做為 主碼（ Primary Key）。 F 31 碼（續(xù)） ?主屬性與非主屬性 ? 包含在任何一個(gè)候選碼中的屬性 ，稱為主屬性（ Prime attribute） ? 不包含在任何碼中的屬性稱為非主屬性（ Nonprime attribute）或非碼屬性（ Nonkey attribute） ?全碼 ? 整個(gè)屬性組是碼，稱為全碼（ Allkey） 32 碼（續(xù)） [例 2] 關(guān)系模式 S(Sno,Sdept,Sage)，單個(gè)屬性 Sno是碼， SC（ Sno， Cno， Grade）中，（ Sno， Cno）是碼 [例 3] 關(guān)系模式 R（ P， W， A） P：演奏者 W：作品 A：聽眾 一個(gè)演奏者可以演奏多個(gè)作品 某一作品可被多個(gè)演奏者演奏 聽眾可以欣賞不同演奏者的不同作品 碼為 (P， W， A)，即 AllKey 33 外部碼 定義 關(guān)系模式 R 中屬性或?qū)傩越M X 并非 R的碼，但 X 是另一個(gè)關(guān)系模式的碼，則稱 X 是 R 的 外部碼（ Foreign key） 也稱外碼 ?如在 SC（ Sno， Cno， Grade）中， Sno不是碼，但Sno是關(guān)系模式 S（ Sno， Sdept， Sage）的碼，則Sno是關(guān)系模式 SC的外部碼 ?主碼與外部碼一起提供了表示關(guān)系間聯(lián)系的手段 34 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)