【正文】 不存在從組成主碼的屬性集中去掉一個屬性，還仍能保持?jǐn)?shù)據(jù)的惟一性 。 函數(shù)依賴： (1) 設(shè) R(U)為一關(guān)系模式， X 和 Y 為屬性全集 U 的子集，若對于 R(U)的任意一個可能的關(guān)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(shù)決定 Y”或“ Y 函數(shù)依賴于 X”，并記作 X Y，其中 X 稱為決定因素，因為根據(jù)函數(shù)依賴定義，給定一個 X，就能惟一決定一個 Y。它是一種語義范疇的概念，只能根據(jù)兩個屬性之間的語義來確定一個函數(shù)依賴是否存在。Y 成立，并且對 X 的任何真子集 X’不能函數(shù)決定Y，則稱 Y 對 X 是完全函數(shù)依賴，被記作 Xf224。 (2) 若 X224。Y。 平凡與非平凡函數(shù)依賴： (1) 若 X 決定 Y，但 Y 屬于 X，則稱 X224。 (2) 即平凡函數(shù)依賴，僅當(dāng)其右邊的屬性集是左邊屬性集的子集時成立 。 (4) 完全非平凡 函數(shù)依賴：僅當(dāng)其右邊的屬性集中屬性都不在左邊的集合時成立 。 (2) 若一個關(guān)系的候選碼不止一個，則選定其中一個作為關(guān)系 R 的主碼 。 函數(shù)依賴的推理規(guī)則： (1) 自反律：若 Y(包含于 )X(包含于 )U，則 X224。 (2) 增廣律：若 X224。YZ 成立 。Y， Y224。Z 成立 。Y， X224。YZ。Y 和 Z(包含于 )Y 成立，則 X224。 (6) 偽傳遞規(guī)則：若 X224。Z，則 XW224。 屬性集閉包： (1) 設(shè) F 是屬性集 U 上的函數(shù)依賴集， X 為 U 的一個子集，那么對于 F，屬性集 X關(guān)于 F 的閉包 (用 X+表示 )為： X+={A|X224。Y 是否成立，只要計算 X 關(guān)于函數(shù)依賴集 F 的閉包，若 Y 是 X 閉包中的一個元素則 X224。 確定關(guān)系的碼： (1) 利用迭代算法計算 X+，步驟如下： (A) 選 X 作為閉包 X+的初值 X(0)。Z，而 A(包含于 )Z。 規(guī)范化設(shè)計方法 第一范式： (1) 定義：設(shè)關(guān)系模式 R(F， U)，如果 R 的每一個屬性都是不可分的數(shù)據(jù)項，則此關(guān)系模式為第一范式 。元組或?qū)傩缘呐帕信c順序無關(guān)，每個元組必須通過一個屬性或?qū)傩越M惟一識別 。 第二范式： (1) 定義：若關(guān)系模式 R(F， U)是 1NF，且每個非主屬性完全函數(shù)依賴于碼，則稱 R為第二范式，即在 2NF 中不存在非主屬性對碼的部分依賴 。 (3) 具體做法是將大的關(guān)系分解成多個小的關(guān)系，使分解后的關(guān)系滿足更高級范式的要求。 第三范式： (1) 定義：若關(guān)系 R(U， F)為第一范式，且不存在非主屬性對主碼的傳遞函數(shù)依賴，則稱 R 為第三范式 。即 2NF 的基礎(chǔ)上，消除非主屬性對主碼的傳遞函數(shù)依賴可達(dá)到 3NF。 多值依賴與 4NF： (1) 多值依賴：表示關(guān)系中屬性 (如 A、 B、 C)之間的依賴，對于 A 的每個值，都存在一個 B 或 C 的值的集合，而且 B 和 C 的值相互獨立，記為： A224。B、 A224。C (2) 第四范式：如果關(guān)系模式 R 屬于 1NF，對于 R 的每個非平凡的多值依賴 X224。即是從 BCNF 范式中消除主碼內(nèi)的獨立依賴集(非平凡多值依賴 )可達(dá) 4NF。 (2) 第五范式：設(shè) R 是一個滿足 5NF 的關(guān)系模式，當(dāng)且僅當(dāng) R 的每一個非平凡連接依賴都被 R 的候選碼所蘊含，即從 4NF 中消除非候選碼所蘊含的連接依賴為 5NF。 (2) 利用范式進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計的目的是消除數(shù) 據(jù)冗余，避免出現(xiàn)異常，使結(jié)構(gòu)更合理 。 (4) 數(shù)據(jù)庫規(guī)范化的程序越高，其關(guān)系表就越多，從而增加了表之間連接運算的代價，影響了數(shù)據(jù)庫的執(zhí)行速度和性能。 數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計 初始關(guān)系模式的設(shè)計 把 ER 圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式： (1) 把 ER 模型中的每個實體集轉(zhuǎn)換成一個同名的關(guān)系，實體集的屬性就是關(guān)系的屬性，實體集的碼就是關(guān)系的碼 。 (A) 若聯(lián)系為 1： 1，則每個實體集的碼均是該關(guān)系的候選碼 。 (C) 若聯(lián)系為 m： n，則關(guān)系的碼為各實體集碼的組合 。 優(yōu)化關(guān)系模式 模式分解原則： (1) 分解具有無損連接性：分解后的關(guān)系能夠恢復(fù)成原來的關(guān)系 。 (B) 當(dāng)一個關(guān)系被分解后會出現(xiàn)幾種結(jié)果，既有無損連接，又能保持函數(shù)依賴是較理想的分解結(jié)果，意味著在分解的過程中沒有丟失原有模式的任何信息 。 優(yōu)化屬性：確定各字段的類型和長度 。 數(shù)據(jù)值滿足條件分為： (1) 域約束：限制指定列的取值及范圍 。 (3) 引用完整性約束：定義不同模式的屬性間滿足的條件，及一個關(guān)系模式中屬性間可能滿足的條件 。 根據(jù)不同用戶對數(shù)據(jù)庫存取特點定義相關(guān)的外模式 。 一個文件在磁盤上占有一定的物理存儲空間，文件中的每個邏輯記錄被映射存儲到某個特定的磁盤塊上，一個文件在物理上可以看作是由存放文件記錄的一系列磁盤塊組成，稱為物理文件 。 從數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)角度需要解決如下問題： (1) 文件的組織 。 (3) 文件的存取 。 文件組織 數(shù)據(jù)庫與文件的對應(yīng)關(guān)系 (1) 在外存中，數(shù)據(jù)庫以文件形式組織，文件由邏輯記錄組成，記錄由多個域組成 。 (B) 現(xiàn)代中大型 DBMS 是由 OS 直接分配一塊大的磁盤空間， DBMS 將該磁盤空間作為數(shù)據(jù)庫磁盤文件直接管理， DB 的所有關(guān)系表都存儲在該文件中 。 文件記錄格式： (1) 數(shù)據(jù)庫文件通常采用兩種邏輯記錄格式：定長記錄格式和變長記錄格式 。 堆文件常常用作存儲那些將來使用，但目前不清楚如何使用的記錄，為了實現(xiàn)文件記錄的有效存取，堆文件經(jīng)常與附加的存取路徑一起使用 。 插入操作十分簡單，先讀文件頭，找到最末磁盤地址，將最末磁盤塊讀入內(nèi)存，將需插入的新記錄寫入磁盤塊的末端，最后將修改過的磁盤塊寫回磁盤 。也可以在每個記錄的磁盤空間增加一個刪除標(biāo)志位，當(dāng)需要刪除記錄時，將標(biāo)示位置 1。 順序文件的每個記錄中有一個指針字段，根據(jù)查詢碼大小用指針將各個記錄按序連接起來 。 根據(jù)查詢條件對順序文件進(jìn)行查詢時，如查詢條件定義在查找碼上，則使用二分法查找技術(shù)快速找到記錄，如條件不在查找碼上，則必須從頭到尾依次掃描磁盤塊，與堆文件一致，所以順序文件的訪問效率也不高 。 (2) 插入：如有 自由空間，則在該位置插入新記錄，如沒有自由空間，則只能插入溢出塊中，重新調(diào)整記錄指針鏈關(guān)系，保證記錄順序 。 當(dāng)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)量效大時，對數(shù)據(jù)庫查詢需要多次訪問磁盤文件，嚴(yán)重影響性能指標(biāo)，為了降低多表操作時的磁盤訪問次數(shù)，提高多表查詢速度，可采用聚集文件 。 索引文件 是一種利用索引技術(shù)技術(shù)快速文件訪問的文件組織和存取方法 。 索引技術(shù) 基本概念 索引技術(shù)：是一種快速文件訪問技術(shù)，它將一個文件的每個記錄在某個或某些域 (屬性 )上的取值與該記錄的物理地址直接聯(lián)系起來，提供了一種根據(jù)記錄域的取值快速訪問文件記錄的機制 。 索引技術(shù)分類： (1) 有序索引技術(shù)：利用索引文件實現(xiàn)記錄域 (查找碼 )取值到記錄物理地址間的映射關(guān)系，索引文件由索引記錄組成，每個記錄中記載一個索引項，索引項記錄了某個特定的查找碼值和具有該值的數(shù)據(jù)文件記錄的物理地址 。 (3) 有序索引：有序索引作為基于索引文件的索引技術(shù)，需要考慮兩個問題： (1)如何組織索引文件中的索引記錄 。 (A) 當(dāng)需要采用有序索引機制快速訪問數(shù)據(jù)文件 時，首先要為該數(shù)據(jù)文件建立一個索引文件，它是索引記錄和索引項的集合 。所有索引項作為索引記錄存儲在索引文件中，索引文件根據(jù)某個特定的查找碼值的順序組織為順序文件 。 有序索引的分類及特點 聚集索引與非聚集索引 (1) 對數(shù)據(jù)文件和它的一個特定的索引文件，如果數(shù)據(jù)文件中數(shù)據(jù)記錄的排列順序與索引文件中索引項的排列順序相一致，則該索引文件稱為聚集索引，否則稱為非聚集索引 。 稠密索引和稀疏索引 如果數(shù)據(jù)文件中的每個查找碼都在索引文件中都對應(yīng)一個索引記錄，稱為稠密索引，如果只一部分對應(yīng)，則稱為稀疏索引 。 單層索引和多層 索引 (1) 單層索引 (線性索引 )：索引項根據(jù)鍵值在索引文件中順序排列，組織成一維線性結(jié)構(gòu)，每個索引項直接指向數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)記錄 。進(jìn)一步地，可建立多層樹型索引結(jié)構(gòu)來快速定位 。 首先指定文件記錄的一個域作為查找碼 (散列域 )，然后定義一個查找碼上的函數(shù) (散列函數(shù) )，函數(shù)的輸入為查找碼值，輸出為物理地址 。 散列函數(shù) 散列方法依賴于好的散列函數(shù)，它應(yīng)該盡可能均勻地將查找碼分布到各個桶中，具體要滿足如下兩個條件： (1) 地址的分布是均勻的 。 桶溢 出 產(chǎn)生桶溢出的兩個原因： (1) 文件初始設(shè)計時，為文件記錄預(yù)留的存儲空間不足 。 設(shè)計散列函數(shù)時，應(yīng)根據(jù)文件大小決定物理空間，一般應(yīng)有 20%余量，再設(shè)計合適的桶數(shù)目和桶大小，盡可能留有一些空閑桶，降低桶溢出的可能性 。 散列方法的缺點：為了避免桶溢出。 數(shù)據(jù)字典 數(shù)據(jù)字典 (系統(tǒng)目錄 )中存儲了數(shù)據(jù)庫對象的各類描述信息和 DBMS 所需的控制信息，全稱數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù) 。 DBMS 所需的控制信息：包括查詢優(yōu)化、安全性檢查、用戶權(quán)限驗證等 。 (2) 與視圖描述有關(guān)的信息 。 (4) 完整性約束信息 。 (6) 數(shù)據(jù)庫運行統(tǒng)計信息 。目標(biāo)是存儲空間占用少、訪問效率高和維護(hù)代價低 。 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計主要包括以下步驟： (1) 數(shù)據(jù)庫邏輯模式調(diào)整：將數(shù)據(jù)庫邏輯模式及其視圖轉(zhuǎn)換為 DBMS 支持的基本表和視圖，并利用 DBMS 提供的完整性機制設(shè)計業(yè)務(wù)規(guī)則 。 (3) 數(shù)據(jù)分布設(shè)計： (4) 安全模式設(shè)計： (5) 確定系統(tǒng)配置： (6) 物理模式評估： 數(shù)據(jù)庫邏輯模式調(diào)整 物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計首先需要根據(jù)數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)信息，設(shè)計目標(biāo) DBMS 平臺支持的基本表的模式信息，這些模式信息代表了所要開發(fā)的具體目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)，這個過程稱為數(shù)據(jù)庫邏輯模式調(diào)整，主要包括如下設(shè)計內(nèi)容： (1) 實現(xiàn)目標(biāo)數(shù)據(jù)庫基本表和視圖：采用目標(biāo) DBMS 所支持的建 表方法，設(shè)計基本表及其面向模型的完整性約束 。 DB 文件組織與存取設(shè)計 分析事務(wù)的數(shù)據(jù)訪問特性 (1) 使用事務(wù) 基本表交叉引用矩陣，分析系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)庫事務(wù)對各個基本表的訪問情況，確定事務(wù)訪問了哪些基本表，對這些基本表執(zhí)行了何種操作，并進(jìn)一步分析各操作涉及到的基本表屬性 。 (3) 對每張基本表，匯總所有作用于該表上的各事務(wù)的操作頻率信息 。 (2) 順序文件支持基于查找碼的順序訪問，也支持快速二分查找 。但散列文件組織不適合以下情況： (A) 基于散列值域的非精確查詢 。 (4) B樹和 B+樹文件是實際數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中使用非常廣泛的索引文件結(jié)構(gòu)，適合于定義在大數(shù)據(jù)量基本表上、基于查找碼的等值查詢等 。 設(shè)計存取路徑： (1) 為數(shù)據(jù)庫文件設(shè)計合理的物理存儲位置 。 (B) 一個基本表上除了可以建立一個聚集索引外，還可以建立多個非聚集索引，但索引越多，對表內(nèi)數(shù)據(jù)更新所需的開銷越大，對于一個更新頻繁的表應(yīng)少建或不建索引 。 數(shù)據(jù)分布設(shè)計 不同類型數(shù)據(jù)的物理分布 (1) 各種數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的作用不同，使用的頻率也不一樣，應(yīng)根據(jù)實際使用情況放在合適的物理介質(zhì)上 。 應(yīng)用數(shù)據(jù)的劃分和分布 (1) 根據(jù)數(shù)據(jù)的使用特征劃分：可將基本表劃分為頻繁使用分區(qū)和非頻繁使用分區(qū)，分別存放在不同的磁盤上，對前者可考慮建立 B+樹等多層索引，而后者不建立或只建立單層索引 。 (3) 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)劃分： 派生屬性數(shù)據(jù)分布 (1) 派生屬性指該屬性的取值可根據(jù)表中其他屬性的取值惟一確定 。 (B) 派生屬性不出現(xiàn)在基本表中 。 安全模式設(shè)計 系統(tǒng)安全設(shè)計 (1) 是指為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器合法用戶分配用戶名和口令，使其能夠正常登錄服務(wù)器訪問所需的數(shù)據(jù)，還可采用基于 CA 認(rèn)證的系統(tǒng)安全控制機制 。 (2) 引用數(shù)據(jù)視圖機制，只給用戶需求的那部分?jǐn)?shù)據(jù)訪問權(quán)限，防止由合法用戶造成信息泄密，另外數(shù)據(jù)視圖還可以防止基本表發(fā)生改變時，影響用戶的訪問 。 (4) 數(shù)據(jù)庫安全設(shè)計需要根據(jù)用戶需求，采用授權(quán)機制，為用戶分配合法訪問的權(quán)限 。 物理模式評估 在設(shè)計過程中，通過對時間效率、空間效率、維護(hù)代價和用戶要求權(quán)衡考慮，擇優(yōu)采用 。 第七章 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)功能設(shè)計 軟件體系結(jié)構(gòu)與設(shè)計過程 軟體體系結(jié)構(gòu) 軟件體系結(jié)構(gòu)又稱軟件架構(gòu)，軟件體系結(jié)構(gòu) ={構(gòu)件，連接件，約束