关系数据理论 课后答案

第五章 关系数据理论习题解答和解析1.理解并给出下列术语的定义：函数依赖、部分函数依赖、完全函数依赖、传递依赖、候选码、主码、外码、全码(All-key)、1NF、2NF、3NF、BCNF、多值依赖、4NF。解析：解答本题不能仅仅把概论上的定义写下来。关键是真正理解和运用这些概念。答：函数依赖：设R(U)是一个关系模式,U是R的属性集合,X和Y是U的子集。对于 R(U)的任意一个可能的关系r,如果r中不存在两个元组,它们在X上的属性值相同,而在Y上的属性值不同,则称X函数确定Y或Y函数依赖于X, 记作XY。解析：(1)函数依赖是最基本的一种数据依赖,也是最重要的一种数据依赖。(2)函数依赖是属性之间的一种联系, 体现在属性值是否相等。由上面的定义可以知道,如果XY,则r中任意两个元组,若它们在X上的属性值相同,那么在Y 上的属性值一定也相同。(3)要从属性间实际存在的语义来确定他们之间的函数依赖,即函数依赖反映了(描述了)现实世界的一种语义。(4)函数依赖不是指关系模式R在某个时刻的关系(值)满足的约束条件,而是指R任何时刻的一切关系均要满足的约束条件。答：完全函数依赖、部分函数依赖：在R(U)中,如果XY,并且对于X的任何一个真子集X,都有X Y,则称Y对X完全函数依赖,记作:若XY, 但Y不完全函数依赖于X,则称Y对X部分函数依赖,记作:传递依赖：在R(U)中,如果XY,(YX),Y X,YZ,则称Z对X传递函数依赖。候选码、主码：设K为R 中的属性或属性组合,若KU (完全依赖)则K为R的候选码(Candidate key)。若候选码多于一个,则选运其中的一个为主码(Pdmary key)。解析：1)这里我们用函数依赖来严格定义码的概念。在第二章中我们只是描述性地定义码(可以复习2.2.1):若关系中的某一属性组的值能惟一地标识一个元组, 则称该属性组为候选码(Candidate key)。2)因为码有了严格定义,在学习了概论5.3 数据依赖的公理系统后就可以从R的函数依赖集F出发,用算法来求候选码。答:外码：关系模式R中属性或属性组X并非R的码,但X是另一个关系模式的码,则称X是R的外部码(Foreign key),也称外码。全码：整个属性组是码,称为全码(All-key)。答：1NF: 如果一个关系模式R的所有属性都是不可分的基本数据项,则RlNF。解析：第一范式是对关系模式的最起码的要求。不满足第一范式的数据库模式不能称为关系数据库。答：2NF:若关系模式RlNF，并且每一个非主属性都完全函数依赖于R的码，则R2NF。3NF:关系模式R中若不存在这样的码X,属性组Y及非主属性Z(ZY)使得XY,(Y X)YZ,成立, 则称R3NF。BCNF:关系模式R1NF。若XY且YX时X必含有码,则RBCNF。解析:读者要真正理解这些范式的内涵。各种范式之间的联系：5NF4NFBCNF3NF2NF1NF(概论上图 5.2)。能够理解为什么有这种包含关系。答多值依赖 : 设 R(U) 是属性集 U 上的一个关系模式。 X,Y,Z 是 U 的子集 ,并且 Z =U -X-Y 。关系模式 R(U) 中多值依赖 X Y 成立 , 当且仅当对 R (U) 的任一关系 r, 给定的一对 ( 元 ,z) 值 , 有一组 Y 的值 , 这组值仅仅决定于 z 值 而与 z 值无关。4NF: 关系模式 R U,F 1NF, 如果对于 R 的每个非平凡多值依赖 X Y(Y CE X),X 都含有码 , 则称 R 4NFo解析对于多值依赖的定义有多种。概论上定义 5.9 后面又给出了一种等价的定义。习题中的第 4 题是另一种等价的定义。可以对比不同的定义来理解多值依赖 , 选择自己容易理解的一种定义来掌握多值依赖概念。2. 建立一个关于系、学生、班级、学会等诸信息的关系数据库。 描述学生的属性有 : 学号、姓名、出生年月、系名、班号、宿舍区。 描述班级的属性有 : 班号、专业名、系名、人数、入校年份。描述系的属性有 : 系名、系号、系办公室地点、人数。描述学会的属性有 : 学会名、成立年份、地点、人数。有关语义如下 : 一个系有若干专业 , 每个专业每年只招一个班 , 每个班有若 干学生。一个系的学生住在同一宿舍区。每个学生可参加若干学会 , 每个学会 有若干学生。学生参加某学会有一个人会年份。请给出关系模式 , 写出每个关系模式的极小函数依赖集 , 指出是否存在传递 函数依赖 , 对于函数依赖左部是多属性的情况讨论函数依赖是完全函数依赖 , 还是部分函数依赖.指出各关系的候选码、外部码 , 有没有全码存在 ?答:关系模式 : 学生 S(S#,SN, 钮 ,DN,C #,SA)班级 C(C#,CS,DN,CNUM,CDATE)系 D(D#,DN,DA,DNUM)学会 P(PN,DA 四 1,PA,PNUM)学生 -学会 SP(S#,PN,DATE2)其中 ,S# 一学号 ,SN 一姓名 ,SB 一出生年月 ,SA 一宿舍区,C # 一班号 ,CS 一专业名 ,CNUM 一班级人数 ,CDATE- 入校年份,D # 一系号 ,DN 一系名 ,DA 一系办公室地点 ,DNUM 一系人数,PN 一学会名 ,DAIE1 一成立年月 ,PA 一地点 ,PNUM 一学会人数 ,DATE2 一人会年份每个关系模式的极小函数依赖集 :S :S# SN,S # 钮 ,S # C#,C # DN,DN SAC :C # CS,C # CNIJM,C # CDATE,CS DN,(Cs ,CDATE) C#/ 铃因为每个专业每年只招一个班於 /D:D # DN,DN D#,D # DA,D # DNIJM/ 铃按照实际情况 , 系名和系号是一一对应的铃/P:PN DATE1,PN PA,PN NUMSP:(S#,PN) DATE2S 中存在传递函数依赖 :S # DN,S # SA,C # SA/ 铃因为 S # C#,C # DN,DN SA 祷 /C 中存在传递函数依赖 :C# DN/ 铃因为 C # CS,CS DN 铃 /(S#,PN) DAIE2 和 (CS,CDATE) C# 均为 SP 中的函数依赖 , 是完全函数依赖。关系SC候选码S #C #,(CS,CDAIE)外部码 C #,DN DN S #,PND # 和 DN PN (S#,PN)D P SP解析读者应该根据题目中给出的有关语义写出关系模式中的数据依赖 , 有些依 赖可以按照实际情况写出 , 也许题目中并没有明显指出。例如 , 按照实际情况 ,系名和系号是一一对应的 , 因此有 D # DN,DN D# 。3. 试由 Amostrong 公理系统推导出下面三条推理规则 :(1) 合并规则 : 若 X Z,X Y, 则有 X YZ(2) 伪传递规则 : 由 X Y,W Z 有 XW Z(3) 分解规则 :X Y,ZC Y, 有 X Z证明(1) 已知 X Z, 由增广律知 XY YZ, 又因为 X Y, 可得 XX XY YZ, 最后根据传递律得X YZ 。(2) 已知 X Y, 据增广律得 XW WY, 因为 WY Z, 所以 XW WY Z, 通过传递律可知 XW Z 。(3) 已知 ZC Y, 根据自反律知 Y Z, 又因为 X Y, 所以由传递律可得 X Z 。4. 关于多值依赖的另一种定义是 :给定一个关系模式 R(X,Y,Z), 其中 X,Y,Z 可以是属性或属性组合。设 z x,y Y,z z,m 在 R 中的像集为 :ELz=i r.Yl r.X=ZAr.Z =zAr R i定义 R(X,Y,Z) 当且仅当 bz= 丸 , 对于每一组 ( 元 ,h z) 都成立 , 则 Y 对 X 多值依赖 , 记作 X Y 。这里 , 允许 Z 为空集 , 在 Z 为空集时 , 称为平凡的多值依赖。请证明这里的定义和概论 5.2.7 节中定义 5.9 是等价的。证明：设 ELz= 凡 , 对于每一组 ( 元 ,z,z) 都成立 , 现证其能推出定义 5.9 的条件 : 设 sJ 是关系 r 中的两个元组 ,sX=tX, 由新定义的条件可知对于每 一个 z 值 , 都对应相同的一组 y 值。这样一来 , 对相同的 Z 值 , 交换 y 值后所得 的元组仍然属于关系 r, 即定义 5.9 的条件成立 ;如果定义 5.9 的条件成立 , 则对相同的 Z 值 , 交换 y 值后所得的元组仍然属于关系 r, 由于任意性及其对称性 , 可知每个 z 值对应相同的一组 y 值 , 所以 YZZ =YM, 对于每一组 ( 元 ,z,z) 都成立。综上可知 , 新定义和定义 5.9 的条件是等价的 , 所以新定义和定义 5.9 是等价的。5. 试举出 3 个多值依赖的实例。 答(1) 关系模式 MSC(M,S,C) 中 ,M 表示专业 ,S 表示学生 ,C 表示该专业的必修课。假设每个专业有多个学生 , 有一组必修课。设同专业内所有学生选修的 必修课相同 , 实例关系如下。按照语义对于 M 的每一个值矶 ,S 有一个完整的 集合与之对应而不问 C 取何值 , 所以 M S 。由于 C 与 S 的完全对称性 , 必然 有 M C 成立。MSCM1S1C1MIS1C2M1S2ClM1S2C2.(2) 关系模式 ISA(I,S,A) 中 ,I 表示学生兴趣小组 ,S 表示学生 ,A 表示某兴 趣小组的活动项目 O 假设每个兴趣小组有多个学生 , 有若干活动项目 O 每个学 生必须参加所在兴趣小组的所有活动项目 , 每个活动项目要求该兴趣小组的所 有学生参加。按照语义有 I S,I A 成立。(3) 关系模式 RDP 俑 ,D,P) 中 ,R 表示医院的病房 ,D 表示责任医务人员 ,P 表示病人。假设每个病房住有多个病人 , 有多个责任医务人员负责医治和护理 该病房的所有病人。按照语义有 R D,R P 成立。12. 下面的结论哪些是正确的 , 哪些是错误的 ? 对于错误的结论请给出理由或给出一个反例说明之。答(1) 任何一个二目关系都是属于 3NF 的。 J(2) 任何一个二吕关系都是属于 BCNF 的 O J(3) 任何一个二目关系都是属于 4NF 的。 JR(X,Y 如果 X Y 即 X 、 Y 之间存在平凡的多值依赖 ,R 属于 4NFo (4) 当且仅当函数依赖 A-B 在 R 上成立 , 关系 R(A,B ,C) 等于其投影 RI(A,B) 和 R2(A,C) 的连接。当 A B 在 R 上成立 , 关系 R(A,B ,C) 等于其投影 R1(A,B) 和 R2(A,C)的连接。反之则不然。正确的应该是 :当且仅当多值依赖 A B 在 R 上成立 , 关系 R(A,B ,C) 等于其投影 R1(A,B) 和 R2(A,C) 的连接。 ( 参见概论上定理 5.6)(5) 若 R.A R.B ,R.B R.C , 则 R.A R.C J(6) 若 R.A R.B ,R.A R.C, 则 R.A R. 饵 ,C)J(7) 若 R.B R.A,R.C R.A, 则 R.(B,C) R.A J(8) 若 R.(B,C) R.A, 则 R.B R.A,R.C R.A 反例 : 关系模式 SC(S#,C #,G),(S#,C #) G, 但是 S # 恰 G,C # 气 Go