chp6 关系数据理论

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,An Introduction to Database System,单击此处编辑母版标题样式,中国人民大学信息学院,数据库系统概论,An Introduction to Database System,第六章 关系数据理论,An Introduction to Database System,第,六,章 关系数据理论,6,.1,问题的提出,6,.2,规范化,6,.3,数据依赖的公理系统,*,6,.4,模式的分解,6,.5,小结,An Introduction to Database System,6,.1,问题的提出,关系数据库逻辑设计,针对具体问题，如何构造一个适合于它的数据模式,数据库逻辑设计的工具,关系数据库的规范化理论,An Introduction to Database System,问题的提出,一、概念回顾,二、关系模式的形式化定义,三、什么是数据依赖,四、关系模式的简化定义,五、数据依赖对关系模式影响,An Introduction to Database System,一、概念回顾,关系,关系模式,关系数据库,关系数据库的模式,An Introduction to Database System,二、关系模式的形式化定义,关系模式由五部分组成，即它是一个五元组：,R(U,D,DOM,F),R,：,关系名,U,：,组成该关系的属性名集合,D,：,属性组,U,中属性所来自的域,DOM,：属性向域的映象集合,F,：,属性间数据的依赖关系集合,An Introduction to Database System,三、什么是数据依赖,1.,完整性约束的表现形式,限定属性取值范围：例如学生成绩必须在,0-100,之间,定义属性,值,间的相互关连（主要体现于值的,相等与否,），这就是数据依赖，它是数据库模式设计的关键,An Introduction to Database System,什么是数据依赖（续）,2.,数据依赖,一个关系内部属性与属性之间的约束关系,现实世界属性间相互联系的抽象,数据内在的性质,语义,的体现,An Introduction to Database System,什么是数据依赖（续）,3.,数据依赖的类型,函数依赖（,Functional Dependency,，,简记为,FD,）,多值依赖（,Multivalued,Dependency,，,简记为,MVD,）,其他,An Introduction to Database System,四、关系模式的简化表示,关系模式,R,（,U,D,DOM,F,）,简化为一个三元组：,R,（,U,F,）,当且仅当,U,上的一个关系,r,满足,F,时，,r,称为,关系模式,R,（,U,F,）,的一个,关系,An Introduction to Database System,五、,数据依赖对关系模式的影响,例,1,建立一个描述学校教务的数据库：,学生的学号（,Sno,）、,所在系（,Sdept,）,系主任姓名（,Mname,）、,课程名（,Cname,）,成绩（,Grade,）,单一,的关系模式：,Student,U,Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade,An Introduction to Database System,数据依赖对关系模式的影响（续）,属性组,U,上的一组函数依赖,F,：,F,Sno,Sdept,Sdept,Mname,(,Sno,Cname,)Grade,Sno,Cname,Sdept,M,nam,e,Grade,An Introduction to Database System,关系模式,Student,中存在的问题,1.,数据冗余太大,2.,更新异常（,Update Anomalies,）,3.,插入异常（,Insertion Anomalies,）,4.,删除异常（,Deletion Anomalies,）,An Introduction to Database System,数据依赖对关系模式的影响（续）,结论：,Student,关系模式不是一个好的模式。,“好”的模式：,不会发生插入异常、删除异常、更新异常，,数据冗余应尽可能少,原因：,由存在于模式中的,某些数据依赖,引起的,解决方法：,通过,分解,关系模式来消除其中不合适,的数据依赖,An Introduction to Database System,分解关系模式,把这个单一模式分成,3,个关系模式：,S,（,Sno,，,Sdept,，,Sno,Sdept,）,;,SC,（,Sno,，,Cno,，,Grade,，（,Sno,，,Cno,）,Grade,）,;,DEPT,（,Sdept,，,Mname,，,Sdept,Mname,）,An Introduction to Database System,第,六,章 关系数据理论,6,.1,问题的提出,6.2,规范化,6,.3,数据依赖的公理系统,*,6,.4,模式的分解,6,.5,小结,An Introduction to Database System,6,.2,规范化,规范化理论,正是用来改造关系模式，通过分解关系模式来消除其中不合适的数据依赖，以解决插入异常、删除异常、更新异常和数据冗余问题。,An Introduction to Database System,6,.2,规范化,6.2.1,函数依赖,6.2.2,码,6.2.3,范式,6.2.4 2NF,6.2.5 3NF,6.2.6 BCNF,6.2.7,多值依赖,6.2.8 4NF,6.2.9,规范化小结,An Introduction to Database System,6,.2.1,函数依赖,函数依赖,平凡函数依赖与非平凡函数依赖,完全函数依赖与部分函数依赖,传递函数依赖,An Introduction to Database System,一、函数依赖,定义,6,.1,设,R(U),是一个属性集,U,上的关系模式，,X,和,Y,是,U,的子集。,若对于,R(U),的,任意,一个可能的关系,r,，,r,中不可能存在两个元组在,X,上的属性值相等，而在,Y,上的属性值不等，则称“,X,函数确定,Y,”,或 “,Y,函数依赖于,X,”,，,记作,XY,。,An Introduction to Database System,说明,1.,所有关系实例,均要满足,2.,语义范畴,的概念,3.,数据库设计者可以对现实世界作强制的规定,An Introduction to Database System,二、平凡函数依赖与非平凡函数依赖,在关系模式,R(U),中，对于,U,的子集,X,和,Y,，,如果,XY,，但,Y,X,，,则称,XY,是非平凡的函数依赖,若,XY,，但,Y,X,则称,XY,是,平凡的函数依赖,例：在关系,SC(Sno,Cno,Grade),中，,非平凡函数依赖：,(,Sno,Cno,),Grade,平凡函数依赖：,(,Sno,Cno,),Sno,(,Sno,Cno,),Cno,An Introduction to Database System,平凡函数依赖与非平凡函数依赖（续）,若,X,Y,，则,X,称为这个函数依赖的决定属性组，也称为决定因素（,Determinant,）,。,若,X,Y,，,Y,X,，则记作,X,Y,。,若,Y,不函数依赖于,X,，则记作,X,Y,。,An Introduction to Database System,三、完全函数依赖与部分函数依赖,定义,6,.2,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,X,F,Y,。,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,X,P,Y,。,An Introduction to Database System,完全函数依赖与部分函数依赖（续）,例,1,中,(,Sno,Cno),Grade,是完全函数依赖,，,(,Sno,Cno,),Sdept,是部分函数依赖,因为,Sno,Sdept,成立，且,Sno,是（,Sno,，,Cno,）的真子集,F,P,An Introduction to Database System,四、传递函数依赖,定义,6,.3,在,R(U),中，如果,XY,，,(Y,X),YX YZ,，则称,Z,对,X,传递函数依赖,。,记为：,X,Z,注,:,如果,YX,，即,XY,，则,Z,直接依赖于,X,。,例,:,在关系,Std(Sno,Sdept,Mname,),中，有：,Sno,Sdept,，,Sdept,Mname,Mname,传递函数依赖于,Sno,传递,An Introduction to Database System,6,.2,规范化,6.2.1,函数依赖,6.2.2,码,6.2.3,范式,6.2.4 2NF,6.2.5 3NF,6.2.6 BCNF,6.2.7,多值依赖,6.2.8 4NF,6.2.9,规范化小结,An Introduction to Database System,6,.2.2 码,定义,6,.4,设,K,为,R,中的属性或属性组合。若,K,U,，则,K,称为,R,的,侯选码,（,Candidate Key,）。,若候选码多于一个，则选定其中的一个做为,主码,（,Primary Key,）。,F,An Introduction to Database System,码（续）,主属性与非主属性,包含在任何一个候选码中的属性，称为主属性（,Prime attribute,）,不包含在任何码中的属性称为非主属性（,Nonprime attribute,）或非码属性（,Non-key attribute,）,全码,整个属性组是码，称为全码（,All-key,）,An Introduction to Database System,码（续）,例,2,关系模式,S(,Sno,Sdept,Sage,),，单个属性,Sno,是码，,SC,（,Sno,，,Cno,，,Grade,）中，（,Sno,，,Cno,）是码,例,3,关系模式,R,（,P,，,W,，,A,）,P,：演奏者,W,：作品,A,：听众,一个演奏者可以演奏多个作品,某一作品可被多个演奏者演奏,听众可以欣赏不同演奏者的不同作品,码为,(P,，,W,，,A),，即,All-Key,An Introduction to Database System,外部码,定义,6.5,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,如在,SC,（,Sno,，,Cno,，,Grade,）中，,Sno,不是码，但,Sno,是关系模式,S,（,Sno,，,Sdept,，,Sage,）的码，则,Sno,是关系模式,SC,的外部码,主码与外部码一起提供了表示关系间联系的手段,An Introduction to Database System,6,.2,规范化,6.2.1,函数依赖,6.2.2,码,6.2.3,范式,6.2.4 2NF,6.2.5 3NF,6.2.6 BCNF,6.2.7,多值依赖,6.2.8 4NF,6.2.9,规范化小结,An Introduction to Database System,6.2.3,范式,范式是符合某一种级别的关系模式的集合,关系数据库中的关系必须满足一定的要求。满足不同程度要求的为不同范式,范式的种类：,第一范式,(1NF),第二范式,(2NF),第三范式,(3NF),BC,范式,(BCNF),第四范式,(4NF),第五范式,(5NF),An Introduction to Database System,6.2.3,范式,各种范式之间存在联系：,某一关系模式,