【正文】 章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) ⒌ 按照需求分析階段得到的各種應(yīng)用對數(shù)據(jù)處理的要求，對關(guān)系模式進(jìn)行必要的分解或合并，以提高數(shù)據(jù)操作的效率和存儲空間的利用率。 ? 常用分解方法 ? 水平分解 ? 垂直分解 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 水平分解 ? 什么是水平分解 把 (基本 )關(guān)系的元組分為若干子集合 ， 定義每個子集合為一個子關(guān)系 ， 以提高系統(tǒng)的效率 。 ? 水平分解的適用范圍 1. 滿足“ 80/20原則”的應(yīng)用 80/20原則：一個大關(guān)系中，經(jīng)常被使用的數(shù)據(jù)只是關(guān)系的一部分，約 20%，把經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)分解出來，形成一個子關(guān)系，可以減少查詢的數(shù)據(jù)量。 如果關(guān)系 R上具有 n個事務(wù) ， 而且多數(shù)事務(wù)存取的數(shù)據(jù)不相交 ， 則 R可分解為少于或等于 n個子關(guān)系 ， 使每個事務(wù)存取的數(shù)據(jù)對應(yīng)一個關(guān)系 。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 垂直分解 ? 什么是垂直分解 把關(guān)系模式 R的屬性分解為若干子集合 ， 形成若干子關(guān)系模式 。 ? 垂直分解的原則 經(jīng)常在一起使用的屬性從 R中分解出來形成一個子關(guān)系模式 。 ? 垂直分解的優(yōu)點(diǎn) 可以提高某些事務(wù)的效率 ? 垂直分解的缺點(diǎn) 可能使另一些事務(wù)不得不執(zhí)行連接操作 ， 從而降低了效率 。 ? 垂直分解的適用范圍 取決于分解后 R上的所有事務(wù)的總效率是否得到了提高 。 ? 進(jìn)行垂直分解的方法 ? 簡單情況：直觀分解 ? 復(fù)雜情況：用第五章中的模式分解算法 ? 垂直分解必須不損失關(guān)系模式的語義 (保持無損連接性和保持函數(shù)依賴 )。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)用戶子模式 將概念模型轉(zhuǎn)換為全局邏輯模型后 ， 還應(yīng)該根據(jù)局部應(yīng)用需求 ， 結(jié)合具體 RDBMS的特點(diǎn) ， 設(shè)計(jì)用戶的外模式 。 目前關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)一般都提供了視圖 （ View） 概念 ， 可以利用這一功能設(shè)計(jì)更符合局部用戶需要的用戶外模式 。 定義數(shù)據(jù)庫模式主要是從系統(tǒng)的時間效率 、 空間效率 、 易維護(hù)等角度出發(fā) 。 由于用戶外模式與模式是相對獨(dú)立的 ， 因此在定義用戶外模式時可以考慮用戶的習(xí)慣與方便 。 包括三個方面： 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)用戶子模式 (1) 使用更符合用戶習(xí)慣的別名 合并各分 ER圖曾做了消除命名沖突的工作，以使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中同一關(guān)系和屬性具有唯一的名字。這在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫整體結(jié)構(gòu)時是非常必要的。但對于某些局部應(yīng)用，由于改用了不符合用戶習(xí)慣的屬性名，可能會使他們感到不方便，因此在設(shè)計(jì)用戶的子模式時可以重新定義某些屬性名，使其與用戶習(xí)慣一致。 當(dāng)然，為了應(yīng)用的規(guī)范化，我們也不應(yīng)該一味地遷就用戶。 (2) 針對不同級別的用戶定義不同的外模式，以滿足系統(tǒng)對安全性的要求。 例如 ， 有關(guān)系模式： 產(chǎn)品 （ 產(chǎn)品號 ， 產(chǎn)品名 ， 規(guī)格 ， 單價 ， 生產(chǎn)車間 ， 生產(chǎn)負(fù)責(zé)人 ， 產(chǎn)品成本 ， 產(chǎn)品合格率 ， 質(zhì)量等級 ） 可以在該關(guān)系模式上建立兩個視圖： ? 為一般顧客建立視圖： 產(chǎn)品 1（ 產(chǎn)品號 ，產(chǎn)品名，規(guī)格，單價） ? 為產(chǎn)品銷售部門建立視圖： 產(chǎn)品 2（ 產(chǎn)品號 ，產(chǎn)品名，規(guī)格，單價，車間，生產(chǎn)負(fù)責(zé)人） 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) (3) 簡化用戶對系統(tǒng)的使用 如果某些局部應(yīng)用中經(jīng)常要使用某些很復(fù)雜的查詢，為了方便用戶，可以將這些復(fù)雜查詢定義為視圖。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié) ? 任務(wù)－將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)據(jù)模型 ? 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟 ? 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一般的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型； ? 將轉(zhuǎn)化來的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型向特定 DBMS支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換； ? 對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化； ? 設(shè)計(jì)用戶子模式。 ? ER圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換內(nèi)容 將 ER圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型：將實(shí)體、實(shí)體的屬性和實(shí)體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié) ? ER圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換原則 ⒈ 一個 實(shí)體型 轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 ⒉ 一個 m:n聯(lián)系 轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 ⒊ 一個 1:n聯(lián)系 可以轉(zhuǎn)換為一個獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與 n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 ⒋ 一個 1:1聯(lián)系 可以轉(zhuǎn)換為一個獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 ⒌三個或三個以上實(shí)體間的一個 多元聯(lián)系 轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 ⒍ 同一實(shí)體集的實(shí)體間的聯(lián)系，即 自聯(lián)系 ，也可按上述 1: 1:n和 m:n三種情況分別處理。 ⒎ 具有 相同碼 的關(guān)系模式可合并。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié) 優(yōu)化數(shù)據(jù)模型的方法 ⒈ 確定數(shù)據(jù)依賴 ⒉ 對于各個關(guān)系模式之間的數(shù)據(jù)依賴進(jìn)行極小化處理，消除冗余的聯(lián)系。 ⒊ 確定各關(guān)系模式分別屬于第幾范式。 ⒋ 分析對于應(yīng)用環(huán)境這些模式是否合適，確定是否要對它們進(jìn)行合并或分解。 ⒌ 對關(guān)系模式進(jìn)行必要的分解或合并 設(shè)計(jì)用戶子模式 1. 使用更符合用戶習(xí)慣的別名 2. 針對不同級別的用戶定義不同的外模式，以滿足系統(tǒng)對安全性的要求。 3. 簡化用戶對系統(tǒng)的使用 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)與存取方法稱為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，它依賴于給定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)的過程，就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)。 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)的步驟 ? 確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu) ? 對物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價，評價的重點(diǎn)是時間和空間效率 ? 如果評價結(jié)果滿足原設(shè)計(jì)要求則可進(jìn)入到物理實(shí)施階段，否則，就需要重新設(shè)計(jì)或修改物理結(jié)構(gòu)，有時甚至要返回邏輯設(shè)計(jì)階段修改數(shù)據(jù)模型。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì) 確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu) 評價數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu) 邏輯結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫 實(shí)施 物理 模型 邏輯 模型 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法 一、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)備工作 1. 充分了解應(yīng)用環(huán)境，詳細(xì)分析要運(yùn)行的事務(wù)，以獲得選擇物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)所需參數(shù) 2. 充分了解所用 RDBMS的內(nèi)部特征，特別是系統(tǒng)提供的存取方法和存儲結(jié)構(gòu) 二、選擇物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)所需參數(shù) ? 數(shù)據(jù)庫查詢事務(wù) ? 查詢的關(guān)系 ? 查詢條件所涉及的屬性 ? 連接條件所涉及的屬性 ? 查詢的投影屬性 ? 數(shù)據(jù)更新事務(wù) ? 被更新的關(guān)系 ? 每個關(guān)系上的更新操作條件所涉及的屬性 ? 修改操作要改變的屬性值 ? 每個事務(wù)在各關(guān)系上運(yùn)行的頻率和性能要求 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 三、關(guān)系數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1. 為關(guān)系模式選擇 存取方法 (建立存取路徑 ) 2. 設(shè)計(jì)關(guān)系、索引等數(shù)據(jù)庫文件的 物理存儲結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 關(guān)系模式存取方法選擇 ? 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是多用戶共享的系統(tǒng)，對同一個關(guān)系要建立多條存取路徑才能滿足多用戶的多種應(yīng)用要求。 ? 物理設(shè)計(jì)的第一個任務(wù)就是要確定選擇哪些存取方法，即建立哪些存取路徑。 ? DBMS常用存取方法 ? 索引方法，目前主要是 B+樹索引方法 ? 聚簇（ Cluster）方法 ? HASH方法 HASH方法是用 HASH函數(shù)存儲和存取關(guān)系記錄的方法 。 具體地講是 ， 指定某個關(guān)系上的一個 （ 組 ） 屬性 A作為 HASH碼 ， 對該 HASH碼定義一個函數(shù) （ 稱為 HASH函數(shù) ） ， 關(guān)系記錄的存儲地址由 HASH（ a） 來決定 ， a是該記錄在屬性 A上的值 。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 一、索引存取方法的選擇 ? 選擇索引存取方法的主要內(nèi)容 根據(jù)應(yīng)用要求確定 ? 對哪些屬性列建立索引 ? 對哪些屬性列建立組合索引 ? 對哪些索引要設(shè)計(jì)為唯一索引 ? 選擇索引存取方法的一般規(guī)則 ? 如果一個 (或一組 )屬性經(jīng)常在查詢條件中出現(xiàn)，則考慮在這個(或這組 )屬性上建立索引 (或組合索引 ) ? 如果一個屬性經(jīng)常作為最大值和最小值等聚集函數(shù)的參數(shù)，則考慮在這個屬性上建立索引 ? 如果一個 (或一組 )屬性經(jīng)常在連接操作的連接條件中出現(xiàn)，則考慮在這個 (或這組 )屬性上建立索引 關(guān)系上定義的索引數(shù)過多會帶來較多的額外開銷 ? 維護(hù)索引的開銷 ? 查找索引的開銷 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 二、聚簇存取方法的選擇 ? 什么是聚簇 ? 為了提高某個屬性（或?qū)傩越M）的查詢速度，把這個或這些屬性（稱為聚簇碼）上具有相同值的元組集中存放在連續(xù)的物理塊稱為聚簇 ? 許多關(guān)系型 DBMS都提供了聚簇功能 ? 聚簇的用途 1. 大大提高按聚簇屬性進(jìn)行查詢的效率 例：假設(shè)學(xué)生關(guān)系按所在系建有索引，現(xiàn)在要查詢信息系的所有學(xué)生名單。 ? 信息系的 500名學(xué)生分布在 500個不同的物理塊上時，至少要執(zhí)行500次 I/O操作。 ? 如果將同一系的學(xué)生元組集中存放，則每讀一個物理塊可得到多個滿足查詢條件的元組，從而顯著地減少了訪問磁盤的次數(shù)。 2. 節(jié)省存儲空間 聚簇以后，聚簇碼相同的元組集中在一起了，因而聚簇碼值不必在每個元組中重復(fù)存儲，只要在一組中存一次就行了。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) ? 聚簇的適用范圍 1. 既適用于單個關(guān)系獨(dú)立聚簇，也適用于多個關(guān)系組合聚簇 例：假設(shè)用戶經(jīng)常要按系別查詢學(xué)生成績單，這一查詢涉及學(xué)生關(guān)系和選修關(guān)系的連接操作，即需要按學(xué)號連接這兩個關(guān)系，為提高連接操作的效率，可以把具有相同學(xué)號值的學(xué)生元組和選修元組在物理上聚簇在一起。這就相當(dāng)于把多個關(guān)系按 “ 預(yù)連接 ” 的形式存放，從而大大提高連接操作的效率。 2. 當(dāng)通過聚簇碼進(jìn)行訪問或連接是該關(guān)系的主要應(yīng)用，與聚簇碼無關(guān)的其他訪問很少或者是次要的時，可以使用聚簇。 尤其當(dāng) SQL語句中包含有與聚簇碼有關(guān)的 ORDER BY， GROUP BY， UNION， DISTINCT等子句或短語時，使用聚簇特別有利，可以省去對結(jié)果集的排序操作 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) ?選擇聚簇存取方法 1. 設(shè)計(jì)候選聚簇 1) 對經(jīng)常在一起進(jìn)行連接操作的關(guān)系可以建立組合聚簇； 2) 如果一個關(guān)系的一組屬性經(jīng)常出現(xiàn)在相等比較條件中，則該單個關(guān)系可建立聚簇； 3) 如果一個關(guān)系的一個 (或一組 )屬性上的值重復(fù)率很高，則此單個關(guān)系可建立聚簇。即對應(yīng)每個聚簇碼值的平均元組數(shù)不太少。太少了，聚簇的效果不明顯。 2. 檢查候選聚簇中的關(guān)系，取消其中不必要的關(guān)系 1) 從獨(dú)立聚簇中刪除經(jīng)常進(jìn)行全表掃描的關(guān)系； 2) 從獨(dú)立 /組合聚簇中刪除更新操作遠(yuǎn)多于查詢操作的關(guān)系； 3) 從獨(dú)立 /組合聚簇中刪除重復(fù)出現(xiàn)的關(guān)系 當(dāng)一個關(guān)系同時加入多個聚簇時，必須從這多個聚簇方案 (包括不建立聚簇 )中選擇一個較優(yōu)的，即在這個聚簇上運(yùn)行各種事務(wù)的總代價最小。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) ?聚簇的局限性 1. 聚簇只能提高某些特定應(yīng)用的性能 2. 建立與維護(hù)聚簇的開銷相當(dāng)大 ? 對已有關(guān)系建立聚簇，將導(dǎo)致關(guān)系中元組移動其物理存儲位置，并使此關(guān)系上原有的索引無效，必須重建。 ? 當(dāng)一個元組的聚簇碼改變時，該元組的存儲位置也要做相應(yīng)移動。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 建立聚簇索引 （復(fù)習(xí)） ? 聚簇索引 建立聚簇索引后 ， 基表中數(shù)據(jù)也需要按指定的聚簇屬性值的升序或降序存放 。 也即聚簇索引的索引項(xiàng)順序與表中元組的物理順序一致 。 例： CREATE CLUSTER INDEX Stusname ON Student(Sname)； 在 Student表的 Sname（ 姓名 ） 列上建立一個聚簇索引 ， 而且Student表中的記錄將按照 Sname值的升序存放 。 ? 在一個基本表上最多只能建立一個聚簇索引 ? 聚簇索引的用途：對于某些類型的查詢，可以提高查詢效率 ? 聚簇索引的適用范圍 ? 很少對基表進(jìn)行增刪操作 ? 很少對其中的變長列進(jìn)行修改操作 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 三、 HASH存取方法的選擇 ?什么是 HASH存取方法 HASH方法是用 HASH函數(shù)存儲和存取關(guān)系記錄的方法。具體地講是，指定某個關(guān)系上的一個（組）屬性 A作為 HASH碼，對該 HASH碼定義一個函數(shù)（稱為 HASH函數(shù)），關(guān)系記錄的存儲地址由 HASH（ a）來決定， a是該記錄在屬性 A上的值。 ?選擇 HASH存取方法的規(guī)則