【正文】 關(guān)系模型采用一個二維表格在計算機中組織、存儲、處理和管理數(shù)據(jù)。 (4) 元組：描述關(guān)系中的行 。 (A) 定義一：域是值的集合，同一個域中的值具有相同的數(shù)據(jù)類型 。 [4] 所有屬性值都是原子項 (不可再分 )。 關(guān)系的完整性 關(guān)系的完整性 (完整性約束 )：是對關(guān)系的某種約束規(guī)則和關(guān)系滿足的定義。 靜態(tài)完整性約束規(guī)則： (1) 主碼約束：主碼必須滿足： (A) 惟一性：在一個關(guān)系中不存在兩個元組，它們具有相同的主碼值 。 (2) 這里討論的函數(shù)關(guān)系與數(shù)學(xué)上的不同，是不能計算的，是一個關(guān)系中屬性之間存在的依賴關(guān)系 。Y。 傳遞函數(shù)依賴： 在關(guān)系 R(U)模式中，如果 X決定 Y， (Y不屬于 X)， Y不決定 X， Y 決定 Z，則稱 Z對 X 傳遞函數(shù)依賴。 (3) 非平凡函數(shù)依賴，僅當(dāng)其右邊的屬性集至少有 一個屬性不屬于左邊有集合時成立 。 (3) 關(guān)系的碼屬性除了必須完全函數(shù)決定關(guān)系的所有其他屬性外，還必須滿足最小化規(guī)則，即在關(guān)系模式 R(U)中，不存在一個 K 的真子集能夠函數(shù)決定 R的其他屬性。Y，且 Z(包含于 )U，則 XZ224。Z，則 X224。Z 成立，則 X224。Z 也成立 。Z 成立 。Y 成立 。因為U是有窮的 ，所以會得到 X(i)=X(i+1)，此時 X(i)為所求的 X+。 (B) 第一范式實際上對關(guān)系增 加了一個約束，即關(guān)系中元組的每個屬性都只取一個值，第一范式是對關(guān)系模式的基本要求，不滿足第一范式的數(shù)據(jù)庫就不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫。 (4) 第二范式實際上對關(guān)系增加 了一個約束，就是關(guān)系中的每一個屬性必須完全依賴于主碼，即在第一范式的基礎(chǔ)上，消除非主屬性對主碼的部分函數(shù)依賴可達(dá)到 2NF。 改進的第三范式： (1) 定義：如果關(guān)系模式 R是 1NF，且每個屬性既不相 存在部分函數(shù)依賴也不存在傳遞函數(shù)依賴于候選碼，則稱 R是改進的第三范式 (BCNF)。224。 連接依賴與 5NF (1) 連鎖依賴：設(shè)關(guān)系模式 R， R 的屬性子集為 R R R R R RR7?. ，當(dāng)且僅當(dāng) R 的每個合法值等于 R R R R R R R7? 的投影連接時，稱 R 滿足連接依賴 。 (3) 規(guī)范化設(shè)計的基本過程是對關(guān)系進行的分解，消除屬性間不合理的數(shù)據(jù)依賴，用一組等價的子關(guān)系代替原有的關(guān)系 。 (2) 把 ER 模型中的每個聯(lián)系轉(zhuǎn)換成一個關(guān)系，與該聯(lián)系相連的各實體集的碼以及聯(lián)系的屬性轉(zhuǎn)換成為關(guān)系的屬性。 (3) 合并具有相同碼的關(guān)系 檢查確認(rèn)對象：檢查轉(zhuǎn)換后的每個關(guān)系名和屬性名是否符合數(shù)據(jù)庫設(shè)計關(guān)于統(tǒng)一命名的約定 。 (C) 一般情況下，分解到 3NF 就足夠了，但在 3NF 關(guān)系下，仍存在一定程度上的更新異常或不一致的隱患，但與數(shù)據(jù)庫性能比較起來是可 以忽略的，因為在數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中通過增加一些數(shù)據(jù)約束，就可以解決 3NF 引起的數(shù)據(jù)問題了。 (2) 主碼約束：定義每個關(guān)系的主碼值不空，且惟一 。 第六章 存儲技術(shù)與數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計 文件組織 數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)用數(shù)據(jù)是以文件形式存儲在外存上的，文件在邏輯上被組織成記錄的序列，即每個 DB文件可看作是邏輯記錄的集合 。 (2) 文件的結(jié)構(gòu) 。 (2) 一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫包括一張或多張關(guān)系表，關(guān)系表與文件的對應(yīng)關(guān)系有如下方式： (A) 每張關(guān)系表單獨用一個文件來存儲，由 DBMS 通過 OS 的文件管理功能來管理 。 文件結(jié)構(gòu)與存取 堆文件 堆文件也稱無序文件，記錄隨機在存儲在文件物理空間是，新插入的記錄存儲在文件的末尾 。 刪除比較復(fù)雜，可以先找到被刪除記錄所在的磁盤塊，讀入內(nèi)存后在內(nèi)存緩沖區(qū)刪除記錄，最后再寫回磁盤 。 文件建立時，應(yīng)盡量使記錄的物理順序與查找碼的順序一致，以減少訪問磁盤 塊的次數(shù) 。 聚集文件 聚集文件是一種具 有多種記錄類型文件，存儲了來自多個關(guān)系表的數(shù)據(jù)，每個關(guān)系表對應(yīng)文件中的一種記錄類型 。 散列文件 是一種利用散列函數(shù)支持快速文 件訪問的文件組織和存取方法 。 (2) 散列技術(shù)：利用一個散列函數(shù)實現(xiàn)記錄域取值到記錄物理地址間的直接映射關(guān)系 。 (B) 索引文件建立的方法：首先選定某些記錄域作為查找碼，然后建立數(shù)據(jù)記錄在查找碼上的 取值與物理地址間的映射關(guān)系，組成索引項。 (2) 在一個數(shù)據(jù)文件上除了建立一個聚集索引外，還可建立多個非聚集索引 。 (2) 當(dāng)數(shù)據(jù)文件很大時，即使采用稀疏索引，建成的索引文件也很大，導(dǎo)致效率低下，為解決該問題，可對索引 文件中的索引項本身再建立一級稀疏索引，組成 2層索引結(jié)構(gòu) 。 一般使用桶作為基本的存儲單位，一個桶可存放多個文件記錄，物理地址可 以是記錄所在的桶號，散列函數(shù)的輸出可以是桶號 。 (2) 散列函數(shù)的均勻分布性不好 。必須選一合適的散列函數(shù)，但這比較復(fù)雜，而且不象索引文件那樣可以據(jù)數(shù)據(jù)記錄變化動態(tài)調(diào)整。 數(shù)據(jù)字典主要包括： (1) 關(guān)系模式信息 。 (5) 安全性有關(guān)信息 。 一旦選定了硬件平臺 、 OS 和 DBMS，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲和存取方式等可用的物理模式也就隨之確定了 。 (2) 設(shè)計基本表業(yè)務(wù)規(guī)則 。 了解并選擇數(shù)據(jù)庫文件結(jié)構(gòu) (1) 如果數(shù)據(jù)庫中的一個基本表中的數(shù)據(jù)量很少，并且操作非常頻繁，該基本表可采用堆文件組織方式 。 (B) 基于非散列域進行查詢時 。 (2) 為基本表設(shè)計索引機制：索引可以提高文件存取速度，改善訪問性能，但索引由 DBMS 管理，它的建立 、維護需要一定的系統(tǒng)開銷，數(shù)據(jù)的操作會引起索引的重新調(diào)整，還占用一定的存儲空間，可根據(jù)如下原則決定是否為一個基本表建立索引： (A) 對于經(jīng)常需要查詢、連接、統(tǒng)計操作，且數(shù)據(jù)量大的基本表可考慮建立索引，而對于經(jīng)常執(zhí)行插入、刪除、更新操作或小數(shù)據(jù)量的基本表應(yīng)盡量不建立索引 。 (2) 使用頻率低但數(shù)據(jù)量大的，可以放在磁帶中，而使用頻繁，要求響應(yīng)時間短的，必須放在支持直接存取的磁盤存儲介質(zhì)上 。 (2) 對帶有派生屬性的基本表可采用兩種實現(xiàn)方式： (A) 將派生屬性作為基本表內(nèi)單獨一列，稱為派生列 。 數(shù)據(jù)安全設(shè)計 (1) 是指通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)視圖機制和授權(quán)機制為用戶對數(shù)據(jù)庫對象訪問的權(quán)限 。 關(guān)系模式的去規(guī)范化 (1) 在數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計階段，可以對考慮數(shù)據(jù)庫中某些 3NF、 BCNF 模式是否可以降低其規(guī)范化程度，以提高查詢效率，這稱為關(guān)系模式的去規(guī)范化處理，但不滿足 3NF 的關(guān)系模式又可能 導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫訪問異常，因此，設(shè)計基本表時，需在規(guī)范化和查詢效率間權(quán)衡 。 (2) 根據(jù)時間、地 點劃分 。 (C) 索引可以由用戶根據(jù)需要隨時創(chuàng)建或刪除，以提高數(shù)據(jù)查詢性能 。 (5) 如果某此重要而頻繁的用戶查詢經(jīng)常需要進行多表連接操作，可考慮將這些基本表組織為聚集文件 。 (3) 如果用戶查詢是基于散列域值的等值匹配，特別是如果訪問順序是隨機的，散列文件比較合適。 (2) 估計各事務(wù)的執(zhí)行頻率 。 (2) 文件組織與存取設(shè)計：配置基本表的文件組織形式，據(jù)實際情況為基本表設(shè)計合適的存取方法和路徑 。 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計 設(shè)計步驟和內(nèi)容 數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計：在具體的硬件環(huán)境、 OS、 DBMS 約束下，根據(jù)數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計結(jié)果，設(shè)計合適的數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)。 (3) 關(guān)系的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法信息 。 數(shù)據(jù)庫對象的各類描述信息：包括外模式、模式、內(nèi)模式以及它們之間的映射的描述 。 桶溢出的現(xiàn)象是難免的，需要 DBS 采用相應(yīng)的桶溢出處理機制 。 (2) 地址的分布是隨機的 。 散列技術(shù) 散列文件 散列是一種快速查找技術(shù)，它利用定義在文件記錄上的查找碼，通過計算一個散列函數(shù)，以散列函數(shù)值作為記錄的物理地址，實現(xiàn)對文件記錄直接快速訪問。 主索引和輔索引 在數(shù)據(jù)文件包含主碼的屬性集上建立索引稱為主索引，在非主碼屬性上建立的索引稱為輔索引 。 (C) 一個數(shù)據(jù)文件可以有多個查找碼和索引文件 。(2)如何從索引文件出發(fā)，訪問數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)記錄 。它的關(guān)鍵是建立取值域到記錄的物理地址劉的映射關(guān)系，這種映射關(guān)系叫索引 。 聚集文件將不同關(guān)系表中有關(guān)聯(lián)關(guān)系的記錄存儲在同一磁盤塊內(nèi)，從而減少多表查詢時磁盤塊的訪問次數(shù)，提高處理速度 。 順序文件插入工作包括定位和插入： (1) 定位：在指針鏈中找到插入的位置，即插入記錄在哪個記錄的前面 。 順序文件 順序文件按照文件記錄在查詢碼上的取值的大小順序排列各個記錄 。 查找操行平均需要搜索 (B+1)/2 個磁盤塊，效率比較低 。 (1) 關(guān)系表在邏輯上由一系列元組組成，元組由多個屬性組成，每個元組可以用磁盤文件中的一個邏輯記錄來存儲，記錄包括多個域，對應(yīng)元組的多個屬性 。 (4) 索引技術(shù) 。 文件的邏輯記錄與磁盤間的映射關(guān)系是由操作系統(tǒng)或 DBMS 來管理的，當(dāng)需要對一個文件的邏輯記錄進行操作時，先要根據(jù)這種映射關(guān)系找到該邏輯記錄所在的磁盤塊，然后再進行操作。 安全模式和外模式的設(shè)計 根據(jù)選定的 DBMS 支持的安全控制特征來確定 。 確認(rèn)模式滿足需要： 數(shù)據(jù)完整性設(shè)計 指定義數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)值滿足的約束條件，通過對存儲的數(shù)據(jù)值的約束維護關(guān)系的完整性。 (2) 分解保持函數(shù)依賴： (A) 無損連接和保持函數(shù)依賴是用于衡量一個模式分解是否導(dǎo)致原有模式中部分信息丟失的兩個標(biāo)準(zhǔn) 。 (B) 若聯(lián)系為 1： n，則關(guān)系的碼為 n 端實體集的碼 。所以通常關(guān)系模式規(guī)范化工作僅做到 3NF，這樣既使關(guān)系中不合理的屬性基本消除，規(guī)范化程度也不太高，保證數(shù)據(jù)庫有較好的性能。 總結(jié)： (1) 范式表達(dá)了關(guān)系模式滿足的條件，也是衡量關(guān)系模式設(shè)計優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn) 。Y(Y 不屬于 X)， X含有候選碼，則 R 是第四范式。224。 (2) 第三范式是在第二范式的基礎(chǔ)上對關(guān)系又增加了一個約束，就是關(guān)系中的每一個非主屬性必須只依賴于主碼。 (2) 僅滿足第一范式關(guān)系會存在種種問題，要消除必須用更高級的范式標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計，稱為標(biāo)準(zhǔn)化 。 (2) 一個給定關(guān)系和第一范式 (1NF)的區(qū)別： (A) 一個關(guān)系中的數(shù)據(jù)按照行和列的形式組織，每個元組具有相同數(shù)目的屬性個數(shù)，且每一個元組的屬性值具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)類型和長度 。 (B) 由 X(i)計算 X(i+1)時，它是由 X(0)并上屬性集合 A所組成，其中 A滿足下列條件： Y(包含于 )X(i)，且 F中存在函數(shù)依賴 Y224。A} (2) 由屬性集團包的定義可知，若想判斷函數(shù)依賴 X224。Y， YW224。 (5) 分解規(guī)則：若 X224。 (4) 合并規(guī)則：若 X224。 (3) 傳遞律：若 X224。Y 成立 。 碼： (1) 在關(guān)系模式 R(U)中， K 為 R的屬性或?qū)傩越M，若 K函數(shù)決定 ?.An ，則 K 為關(guān)系模式 R 的候選碼，包含在候選碼中的屬性稱為主屬性，否則為非主屬性 。Y 是平凡函數(shù)依賴，否則稱非平凡函數(shù)依賴 。Y，但 Y 不完全函數(shù)依賴于 X，則稱 Y對 X 是部分函數(shù)依賴，記作Xp224。 完全與部分函數(shù)依賴： (1) 在關(guān)系模式 R(U)中，如果 X224。 (2) 外碼約束： (3) 用戶定義的完整性： 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論 問題的提出 究竟一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫包含哪些屬性是合理的，如何評價一個 關(guān)系模式設(shè)計的優(yōu)劣 ? 函數(shù)依賴 函數(shù)依理論利用一個關(guān)系中屬性之間的依賴關(guān)系評價和優(yōu)化關(guān)系模式，以保證存儲到數(shù)據(jù)庫中的關(guān)系具有較好特性 。 完整性約束分靜態(tài)和動態(tài) 兩種，靜態(tài)完整性約束是基于關(guān)系模式的，主要有主碼、外碼約束和域約束組成 。關(guān)系是元組的集合，關(guān)系中的每個元組在數(shù)學(xué)上被定義為這個關(guān)系所涉及的全部域值中笛卡兒積的一個元素。 [2] 元組上下無序 。 (6) 主碼：能夠惟一標(biāo)識關(guān)系中每一個元組的屬性或?qū)傩越M 。 (2) 屬性名 。 (C) 外碼屬性寫 在矩形框內(nèi)水平線的下面并用 “FK” 標(biāo)注 。 (3) 確認(rèn)屬性的定義 。 (3) 遷移 主碼：把一個實體集的主碼復(fù)制到其他有關(guān)實體集的過程，但要遵守以下規(guī)則： (A) 在一個聯(lián)系中，遷移總是從父到子或從一般實體集移向分類實體集 。原則必須是具體的、簡明的和有意義的。聯(lián)系只標(biāo)識直接關(guān)系，不標(biāo)識間接關(guān)系 。 (H) 評審驗收。 (D) 定義聯(lián)系 。 (B) 范圍說明：在建模初期要給出模型覆蓋的問題范圍 。一個屬性的具體取值叫屬性實例，它由屬性的類型和值來定義。