數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理及應用.ppt

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理及應用,關系規(guī)范化理論,數(shù)據(jù)庫設計的三個主要步驟,概念設計 邏輯設計 物理設計,現(xiàn) 實 世 界,層次,網(wǎng)狀,關系,概念模型,數(shù)據(jù)模型,物理 模型,文件、 索引等,關系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論是關系數(shù)據(jù)庫邏輯設計的理論基礎 解決的中心問題：如何構造一個好的數(shù)據(jù)模式,前導問題： 1、為什么進行關系規(guī)范化？ 2、什么是關系規(guī)范化？ 核心問題： 怎樣進行關系規(guī)范化？,關系規(guī)范化,問題一： 1、為什么進行關系規(guī)范化？,例如，要求設計教學管理數(shù)據(jù)庫，其關系模式SCD如下： SCD(SNO,SN,AGE,DEPT,MN,CNO,SCORE) 其中，SNO表示學生學號，SN表示學生姓名，AGE表示學生年齡，DEPT表示學生所在的系別，MN表示系主任姓名，CNO表示課程號，SCORE表示成績。 在此關系模式中填入一部分具體的數(shù)據(jù)，則可得到SCD關系模式的實例，即一個教學管理數(shù)據(jù)庫。,實例：教學管理數(shù)據(jù)庫,一個教學管理數(shù)據(jù)庫實例,1.數(shù)據(jù)冗余浪費大量的存儲空間 每個系名和系主任的名字存儲的次數(shù)等于該系的學生人數(shù)乘以每個學生選修的課程門數(shù)，同時學生的姓名、年齡也都要重復存儲多次，數(shù)據(jù)的冗余度很大，浪費了存儲空間。,存在問題,2.插入異常該有的數(shù)據(jù)無法插入 如果某個新系沒有招生，尚無學生時，則系名和系主任的信息無法插入到數(shù)據(jù)庫中。因為在這個關系模式中，(SNO,CNO)是主碼。根據(jù)關系的實體完整性約束，主碼的值不能為空，而這時沒有學生，SNO和CNO均無值，因此不能進行插入操作。,存在問題,3. 刪除異常不應該刪除的數(shù)據(jù)被刪除了 某系學生全部畢業(yè)而沒有招生時，刪除全部學生的記錄則系名、系主任也隨之刪除，而這個系依然存在，在數(shù)據(jù)庫中卻無法找到該系的信息。,存在問題（續(xù)）,4. 更新異常更新數(shù)據(jù)時，維護完整性的代價太大 如某系更換系主任，則屬于該系的學生記錄都要修改MN的內容，稍有不慎，就有可能漏改某些記錄，這就會造成數(shù)據(jù)的不一致性，破壞了數(shù)據(jù)的完整性。,存在問題（續(xù)）,由于存在以上問題，我們說，SCD是一個不好的關系模式。產生上述問題的原因，直觀地說，是因為關系中“包羅萬象”，內容太雜了。 那么，怎樣才能得到一個好的關系模式呢？ 作業(yè)1：將關系模式SCD規(guī)范成好的關系模式。,存在問題（續(xù)）,問題二： 1、什么是關系規(guī)范化？,規(guī)范化問題的提出,關系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論主要包括三個方面的內容： 范式（Normal Form） 函數(shù)依賴 模式分解 其中，函數(shù)依賴起著核心的作用，是模式分解和模式設計的基礎，范式是模式分解的標準。,范式（Normal form） 范式：建立關系時需要滿足的約束條件劃分成若干標準，這些標準稱為范式，簡寫為NF。范式的級別越高，發(fā)生操作異常的可能性越小，數(shù)據(jù)冗余越小，但由于關聯(lián)多，讀取數(shù)據(jù)時花費時間也會相應增加。,范式,規(guī)范化的基本思想是消除關系模式中的數(shù)據(jù)冗余，消除數(shù)據(jù)依賴中的不合適的部分，解決數(shù)據(jù)插入、刪除時發(fā)生異?，F(xiàn)象。 這就要求關系數(shù)據(jù)庫設計出來的關系模式要滿足一定的條件。 我們把關系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化過程中為不同程度的規(guī)范化要求設立的不同標準稱為范式（Normal Form）。 由于規(guī)范化的程度不同，就產生了不同的范式。 滿足最基本規(guī)范化要求的關系模式叫第一范式， 在第一范式中進一步滿足一些要求為第二范式， 以此類推就產生了第三范式等概念。 每種范式都規(guī)定了一些限制約束條件。,各種范式之間的關系,函數(shù)依賴,函數(shù)依賴（Functional Dependency）是關系模式中屬性之間的一種邏輯依賴關系。 例如在關系模式SCD中，SNO與SN、AGE、DEPT之間都有一種依賴關系。,一個教學管理數(shù)據(jù)庫實例,由于一個SNO只對應一個學生，而一個學生只能屬于一個系，所以當SNO的值確定之后，SN，AGE，DEPT的值也隨之被唯一的確定了。,核心問題： 1、怎樣進行關系規(guī)范化？,范式化的基本步驟,1NF關系 消除非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴 2NF關系 消除非主屬性對碼的傳遞函數(shù)依賴 3NF關系 消除主屬性對非主屬性的函數(shù)依賴 和對碼的部分、傳遞函數(shù)依賴 BCNF關系 消除非平凡且非函數(shù)依賴的多值依賴 4NF關系 消除非候選碼所蘊涵的連接依賴 5NF關系,并非規(guī)范 化程度越高 的關系模式 就越好,學生、課程及學生與課程聯(lián)系 的實體聯(lián)系圖（E-R圖）,學 生,課 程,范式 一個關系的每一個屬性都是不可再分的基本數(shù)據(jù)項，則該關系是范式。,表1 課程表,表2 學生表,表3 學生選課表,表1、表2和表3滿足范式的條件，所以它們是范式。 范式是關系模型必須達到的最低要求，不滿足該條件的關系模型稱為非規(guī)范化關系，即非I范式。,范式 范式首先是范式，關系中的每一個非主屬性完全函數(shù)依賴于主關鍵字，則該關系是范式。,表1 課程表,注：表中黃色背景顯示的是主關鍵字,表2 學生表,表3 學生選課表,將非范式規(guī)范為范式的方法是： 將部分函數(shù)依賴關系中的主屬性(決定方)和非主屬性從關系中提取出來，單獨構成一個關系模式，將關系模式中余下的屬性，加上主關鍵字，構成另一個關系 。,表4 學生選課表,表3 學生選課表,2NF的缺點,2NF的關系模式解決了1NF中存在的一些問題，2NF規(guī)范化的程度比1NF前進了一步，但2NF的關系模式在進行數(shù)據(jù)操作時，仍然存在著一些問題： 1數(shù)據(jù)冗余。 2插入異常。 3刪除異常。 4更新異常。,表1 課程表 表2 學生表 表4 選課表, 范式 范式首先是范式，且關系中的任何一個非主屬性都不函數(shù)傳遞依賴于任何主關鍵字，則關系是 范式。 首先需要找出關系中的所有主關鍵字，然后確定任何一個非主屬性和任何主關鍵字之間是否存在函數(shù)傳遞依賴關系，如果有則刪除函數(shù)傳遞依賴關系。,表1 課程表,表5 課程表,表6 系部表,表1 課程表 表2 學生表 表4 選課表,屬于3NF的關系模式一定是好模式？,表2 學生表,表7 班級表,表8 學生表,表4 學生選課表,表9 學生選課表,表1 課程表,表5 課程表 表6 系部表,表2 學生表,表3 選課表,表4 選課表 表9選課表,關系模式的規(guī)范化 小結,規(guī)范化 一個低一級范式的關系模式，通過模式分解轉換為若干個高一級范式的關系模式集合的過程。 規(guī)范化目的 消除關系上的數(shù)據(jù)冗余、操作異常的現(xiàn)象。 規(guī)范化基本思想 逐步消除數(shù)據(jù)依賴中不合適的部分，使模式中的各關系模式達到某種程度的分解。 規(guī)范化實質 概念的單一化,數(shù)據(jù)完整性,數(shù)據(jù)的完整性就是數(shù)據(jù)的正確性和一致性，它反映了現(xiàn)實世界中實體的本來面貌。 數(shù)據(jù)的完整性分為列的完整性、表的完整性和參照完整性。,1.列完整性,列的完整性也稱域完整性或用戶定義完整性。 列完整性是指表中任意列的數(shù)據(jù)類型必須符合用戶的定義，或者數(shù)據(jù)必須在規(guī)定的有效范圍之內。,表6 系部表,2 .表完整性,表完整性也可稱實體完整性。 所謂實體完整性，是指表中必須有一個主關鍵字，且主鍵值不能為空。,表6 系部表,3 .參照完整性,參照完整性也稱為引用完整性，它指對外鍵值進行插入或修改時一定要參照主鍵的值是否存在。對主鍵進行修改或刪除時，也必須要參照外鍵的值是否存在。,4 .保證參照完整性規(guī)則,（1）對外鍵所在的表執(zhí)行插入操作時，要保證外鍵的值一定要在主表中存在。,表7 班級表,表8 學生表,（2）修改從表的外關鍵字時，要保證修改后的外鍵值在主表中已存在，就是說要參照主表的主關鍵字的值。,表7 班級表,表8 學生表,（3）修改主表的主關鍵