关系数据库设计理论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 关系数据库设计理论,5.1 引言,5.2 函数依赖,5.3 范式,5.4 多值依赖和4NF,5.1 关系模式的设计问题,5.1.1 异常问题,描述一个客观事实的一组数据重复出现在一个关系中，造,成冗余数据，进而使得数据的存储发生异常现象。研究说明，,造成异常现象的原因，问题就出在关系模式的属性组合上。什,么样的关系模式才不会出现数据的异常现象，这就是关系模式,的标准化设计要解决的问题，满足一定标准化程度的关系模式,才是合理需要的关系模式。,指数据的冗余现象、修改异常、插入异常、删除异常。,isbn,Title,Page,type,Price,pressName,author,7-04-001968.xo.719,概率论与数理统计,403,数学,5.80,高教出版社,盛骤,7-04-001968.xo.719,概率论与数理统计,403,数学,5.80,高教出版社,谢世干,7-04-001968.xo.719,概率论与数理统计,403,数学,5.80,高教出版社,潘承义,7-111.06887-4,可靠性模型与应用,270,数学,19.00,机械出版社,蒋仁言,7-111.06887-4,可靠性模型与应用,270,文学,19.00,机械出版社,左明健,7-5327-1224.91.717,基督山伯爵,1248,文学,18.00,译文出版社,大仲马,7-5327-1224.91.321,三个火枪手,982,文学,16.70,译文出版社,大仲马,7-5327-0924.81.489,乱世佳人,1320,文学,16.10,译文出版社,米切尔,7-200-02999-8,王子与贫儿,255,文学,13.00,北京出版社,马克.土温,7-5063-0281-01.280,金盏花,250,文学,5.20,作家出版社,琼瑶,7-5063-0149-01-148,月朦胧鸟朦胧,234,文学,4.90,作家出版社,琼瑶,7-5063-0513-51.512,碧云天,288,文学,4.30,作家出版社,琼瑶,存在异常问题的关系实例,返回,5.2函数依赖,5.2.1 函数依赖的定义,元组中的数据之间存在各种数据依赖现象，其中一种是函数,依赖。不同形式的函数依赖将揭示出不同的数据异常现象。,设关系模式 R 有属性集 U，X、Y 是 U 的子集，,t、s 是 R 的实例中的任意两个元组，tX、tY、,sX、sY 分别表示对应元组在属性子集上的取 值，,如果：tX=sX，,有：tY=sY，,则称：Y 函数依赖于 X，或 X 函数决定 Y,简记为：XY(可用 XY 表示没有依赖关系),例：Book(isbn,title,page,type,price,pressName,authorName),有：isbntitle,isbnpage,isbntype,isbnprice,isbnpressName,isbnauthorName,5.2.2 函数依赖和键码,1超键码,关系 R 有属性集 A1,A2,.An,B1,B2,.Bm),如果：A1A2.An B1B2.Bm,那么：A1A2.An 为 R 的超键码。,且：A1A2.AnBi,A1A2,.AnBiBj,.,A1A2.AnBiBj.Bn 皆为 R 的超键码。,其中：n,m1 的整数,i=0n,j=0m,ij,2键码,关系 R 的属性集合：A,1,A,2,.An B,1,B,2,.Bm,A,1,A,2,.An 的真子集 T：T B,1,B,2,.Bm,则：A,1,A,2,.An 为 R 的键码。,5.2.3 逻辑蕴含,关系 R 有函数依赖集 F 成立，另一个函数依赖集 T 也成立，,假设满足 F 的关系实例也满足 T，那么称 F 蕴含于 T。,例：R(A,B,C)有：AB,BC,那么：AC 中,把 AB,BC 记为 F,把 AC 记为 T。,5.2.4 函数依赖的推理规那么,判断函数依赖的蕴含关系是判断关系模式标准化的根底，,因此，由函数依赖集推导其他函数依赖集的推倒规那么是判,断关系模式是否标准的重要依据。,分解规那么：把一个 A1A2.An B1B2.Bm 分解成一组：,A1A2.An B1，A1A2.An B2，.，A1A2.An Bm,合并规那么：把一组函数依赖合并成一个函数依赖。,平凡依赖：A,1,A,2,.An B,1,B,2,.Bm 中 B 是 A 的子集。,非平凡依赖：B 不完全在 A 中。,完全非平凡依赖：B 完全不在 A 中。,平凡依赖规那么：A1A2.An B1B2.Bm 与,A1A2.An C1C2.Cm 等价,其中：C 是 B 的子集，但 C 不在 A 中。,依据上面规那么，函数依赖左边有右边的属性时，可删除右边。,以简化函数依赖的形式。,Armstrong公理：,自反律：如果B1,B2,.,BmA1,A2,.,An，那么,A1A2.An B1B2.Bm 属平凡依赖。,增长律：如果B1,B2,.,Bm，任何的C1,C2,.,Ck,存在,A1A2.An C1C2.Ck B1B2.Bm C1C2.Ck 。,传递律：A1A2.An B1B2.Bm，B1B2.Bm C1C2.Ck,那么 A1A2.An C1C2.Ck,5.2.5 属性集的闭包,5.2.6 正那么覆盖,判定一个具体的函数依赖是否蕴含于函数依赖集的方法。,在数据库中，对关系的操作必须保证原有函数依赖不变，,这需要DBMS的检测处理，为减少检测开销，应使闭包不,受改变的情况下对函数依赖集进行简化，正那么覆盖就是简,化使用的方法。,关系模式的分解,为消除关系模式 R 中的异常，把 R 中的属性分开，,构成两个新的关系模型。,分解的两个准那么：1关系模式分解后原有的信息不丧失。,称为无损连接。,2分解后保持原有函数依赖仍然成立。,分解 R(A1,A2,.An),成为：X(B1,B2,.Bm),Y(C1,C2,.,Ck),应满足的条件：,1 A1,A2,.,An=B1,B2,.,Bm C1,C2,.,Ck,2 XR=tB1,B2,.Bm tR有相同元组。,3 YR=tC1,C2,.,Ck tR无相同元组。,isbn,Title,Page,type,Price,pressName,author,7-04-001968.xo.719,概率论与数理统计,403,数学,5.80,高教出版社,盛骤,7-04-001968.xo.719,概率论与数理统计,403,数学,5.80,高教出版社,谢世干,7-04-001968.xo.719,概率论与数理统计,403,数学,5.80,高教出版社,潘承义,7-111.06887-4,可靠性模型与应用,270,数学,19.00,机械出版社,蒋仁言,7-111.06887-4,可靠性模型与应用,270,文学,19.00,机械出版社,左明健,7-5327-1224.91.717,基督山伯爵,1248,文学,18.00,译文出版社,大仲马,7-5327-1224.91.321,三个火枪手,982,文学,16.70,译文出版社,大仲马,7-5327-0924.81.489,乱世佳人,1320,文学,16.10,译文出版社,米切尔,7-200-02999-8,王子与贫儿,255,文学,13.00,北京出版社,马克.土温,7-5063-0281-01.280,金盏花,250,文学,5.20,作家出版社,琼瑶,7-5063-0149-01-148,月朦胧鸟朦胧,234,文学,4.90,作家出版社,琼瑶,7-5063-0513-51.512,碧云天,288,文学,4.30,作家出版社,琼瑶,Book,分解：Book(isbn,title,page,type,price,pressName,author),为：BookFirst(isbn,title,page,type,price,pressName),BookSecond(isbn,authorName),isbn,Title,Page,type,Price,pressName,7-04-001968.xo.719,概率论与数理统计,403,数学,5.80,高教出版社,7-111.06887-4,可靠性模型与应用,270,数学,19.00,机械出版社,7-5327-1224.91.717,基督山伯爵,1248,文学,18.00,译文出版社,7-5327-1224.91.321,三个火枪手,982,文学,16.70,译文出版社,7-5327-0924.81.489,乱世佳人,1320,文学,16.10,译文出版社,7-200-02999-8,王子与贫儿,255,文学,13.00,北京出版社,7-5063-0281-01.280,金盏花,250,文学,5.20,作家出版社,7-5063-0149-01-148,月朦胧鸟朦胧,234,文学,4.90,作家出版社,7-5063-0513-51.512,碧云天,288,文学,4.30,作家出版社,BookFirst,isbn,author,7-04-001968.xo.719,盛骤,7-04-001968.xo.719,谢世干,7-04-001968.xo.719,潘承义,7-111.06887-4,蒋仁言,7-111.06887-4,左明健,7-5327-1224.91.717,大仲马,7-5327-1224.91.321,大仲马,7-5327-0924.81.489,米切尔,7-200-02999-8,马克.土温,7-5063-0281-01.280,琼瑶,7-5063-0149-01-148,琼瑶,7-5063-0513-51.512,琼瑶,BookSecond,返回,5.3 关系模式的范式,关系模式的范式 NF（Normal Form）是衡量关系模式,好坏的一种标准。目前已采用的 NF 标准有如下五个级别：,4NF BCNF 3NF 2NF 1NF,5.3.1 第一范式 1NF,关系 R 中的所有属性取值都是原子性的，称 R 的关系模,式是 1NF 的。这是DBMS对关系模式的最低标准化要求。,属性取值是否是原子的，取决于对事实重要程度的决定。,如：属性 adress 假设不重要，可取值一个大地方名，是原子性的；,假设很重要，那么取详值：省、市、区、街道、门牌号，这样,取值的属性是非原子性的。,5.3.2 第二范式 2NF,有A1,A2,.,An B 非平凡依赖存在，A1,A2,.,An是关系 R,的键码，B是任意非键码，称这样的关系模式是2NF的。,如：Author(ID,name,birthplace,birthday,nowAge),IDname birthplace birthday nowAge,其中的 birthdaynowAge 说明该关系模式存在传递依,赖，不是 3NF 的。,5.3.3 第三范式 3NF,关系模式的标准化程度并非越高越好，因为高标准化的模式,可能是经屡次分解后得到的。为恢复原模式的信息需连接这些模,式，但这种连接可能出现原模式的函数依赖得不到保持的现象。,模式无法到达BCNF要求时，最好使其到达 3NF 条件要求。,有 A1,A2,.,An B 非平凡依赖存在，A1,A2,.,An 或是关系 R,的超键码，或 B 是某个键码的组成局部。这样的关系模式是3NF的。,例：3NF关系模式 bookStore(reader,store,manager)合理存在的依赖：,store manager,reader manager store。模式的键码：,reader,manager、store,reader；不是store,manager或,单个的属性。由此可知 store manager 是一个BCNF违例。,依这个违例，分解bookStore成：sotre,manager store,reader。,但发现再连接后不能保持原函数依赖 reader manager store。,为防止这种问