數(shù)據(jù)庫技術及應用第6章關系數(shù)據(jù)庫理論ppt課件

1、第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 第第6章章 關系數(shù)據(jù)庫實際關系數(shù)據(jù)庫實際 6.1 關系方式規(guī)范化的必要性關系方式規(guī)范化的必要性 6.2 函數(shù)依賴及其關系的范式函數(shù)依賴及其關系的范式 6.3 多值依賴及關系的第四范式多值依賴及關系的第四范式 6.4 關系規(guī)范化小結關系規(guī)范化小結 習題習題6 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 6.1 關系方式規(guī)范化的必要性關系方式規(guī)范化的必要性 6.1.1 關系方式應滿足的根本要求 1. 元組的每個分量必需是不可分的數(shù)據(jù)項 關系數(shù)據(jù)庫特別強調，關系中的屬性不能是組合屬性，必需是根本項，并把這一要求規(guī)定為鑒別表格能否為“關系的規(guī)范。 2 .

2、 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)冗余應盡能夠少 數(shù)據(jù)冗余大是指數(shù)據(jù)庫中反復的數(shù)據(jù)過多。 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 3. 關系數(shù)據(jù)庫不能由于數(shù)據(jù)更新操作而引起數(shù)據(jù)不一致的問題 4. 當執(zhí)行數(shù)據(jù)插入操作時，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不能產(chǎn)生插入異常景象 5. 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不能在執(zhí)行刪除操作時產(chǎn)生刪除異常問題 6. 數(shù)據(jù)庫設計應思索查詢要求，數(shù)據(jù)組織應合理 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 6.1.2 關系規(guī)范化能夠出現(xiàn)的問題 例如，要求設計一個教學管理數(shù)據(jù)庫，希望從該數(shù)據(jù)庫中得到學生學號、學生姓名、年齡、性別、系別、系主任姓名、學生學習的課程和該課程的成果信息。假設將此信息要求設計為一個關系

3、，那么關系方式為教學(學號，姓名，年齡，性別，系名，系主任，課程名，成果)可以推出此關系方式的碼為(學號，課程)。僅從關系方式上看，該關系曾經(jīng)包括了需求的信息，假設按此關系方式建立關系，并對它進展深化分析，就會發(fā)現(xiàn)其中的問題所在。不規(guī)范關系的實例教學關系如表6-1所示。 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 表6-1 不規(guī)范關系的實例教學關系 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 1. 數(shù)據(jù)冗余大 每一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)，系名和系主任數(shù)據(jù)反復量太大。 2. 插入異常 一個新系沒有招生時，系名和系主任名無法插入到數(shù)據(jù)庫中，由

4、于在這個關系方式中，主碼是(學號，課程)，而這時因沒有學生而使得學號無值，所以沒有主屬性值，關系數(shù)據(jù)庫無法操作，因此引起插入異常。第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 3. 刪除異常 當一個系的學生都畢業(yè)了而又沒招新生時，刪除了全部學生記錄，隨之也刪除了系名和系主任名。 4. 更新異常 假設某系換系主任，數(shù)據(jù)庫中該系的學生記錄應全部修正。 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 6.1.3 方式分解是關系規(guī)范化的主要方法 對于有問題的關系方式，可以經(jīng)過方式分解的方法使之規(guī)范化。 例如上述的關系方式“教學，可以按“一事一地的原那么分解成“學生、“教學系和“選課三個關系，其關系方式為

5、 學生(學號，姓名，年齡，性別，系稱號) 教學系(系名，系主任) 選課(學號，課程名，成果)第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 表6-2 教學關系分解后構成的三個關系 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 6.2 函數(shù)依賴及其關系的范式函數(shù)依賴及其關系的范式1. 關系方式的簡化表示法關系方式的完好表示是一個五元組：RU，D，Dom，F(xiàn)其中：R關系名。U關系的屬性集合。第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 D屬性集U中屬性的數(shù)據(jù)域。Dom屬性到域的映射。F屬性集U的數(shù)據(jù)依賴集。第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 2. 函數(shù)依賴的概念 定義6-1：設RU是屬性集

6、U上的關系方式，X、Y是U的子集。假設對于RU的恣意一個能夠的關系r，r中不能夠存在兩個元組在X上的屬性值相等，而Y上的屬性值不等，那么稱X函數(shù)確定Y函數(shù)，或Y函數(shù)依賴于X函數(shù)，記作XY。第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 3. 1NF的定義 關系的第一范式是關系要遵照的最根本的范式。 定義6-4：假設關系方式R，其一切的屬性均為簡單屬性，即每個屬性都是不可再分的，那么稱R屬于第一范式(First Normal Form，簡稱1NF)，記作R 1NF。 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 表6-3 非第一范式 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 表6-4 第一范式

7、 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 4. 2NF的定義 定義6-5：假設R(1NF，且每一個非主屬性完全依賴于碼，那么R 2NF。 5. 3NF的定義 定義6-6：關系方式RU，F(xiàn)中假設不存在這樣的碼X、屬性組Y及非主屬性Z(Z(Y)使得XY、YX、YZ成立，那么稱RU，F(xiàn) 3NF。第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 6. BCNF的定義 通常以為BCNF是修正的第三范式，有時也稱它為擴展的第三范式。 定義6-7：關系方式RU，F(xiàn) 1NF。假設XY且Y(X時X必含有碼，那么RU，F(xiàn) BCNF。第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 BCNF的定義可以得到結論，一個滿

8、足BCNF的關系方式有以下特性： (1) 一切非主屬性對每一個碼都是完全函數(shù)依賴。 (2) 一切的主屬性對每一個不包含它的碼，也是完全依賴。 (3) 沒有任何屬性完全函數(shù)依賴于非碼的任何一組屬性。 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 7. BCNF和3NF的比較 BCNF和3NF的區(qū)別主要反映在以下兩點： (1) BCNF不僅強調其他屬性對碼的完全的直接的依賴，而且強調主屬性對碼的完全的直接的依賴，它包括3NF，即R(BCNF，那么R一定屬于3NF。 (2) 3NF只強調非主屬性對碼的完全直接依賴，這樣就能夠出現(xiàn)主屬性對碼的部分依賴和傳送依賴。第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫

9、理論 6.3 多值依賴及關系的第四范式多值依賴及關系的第四范式 1. 研討多值依賴的必要性 下面先經(jīng)過一個詳細實例來察看含有多值依賴的關系方式會出現(xiàn)什么問題。 例如，給定一個關系方式JPW(產(chǎn)品，零件，工序)，其中每種產(chǎn)品由多種零件構成，每個零件在裝配時需求多道工序。設產(chǎn)品電視機需求的零件和工序如圖6-1所示。 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 圖6-1 JPW數(shù)據(jù)實例 顯像管電視機開關電源焊接調試測試裝配調試焊接調試第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 將圖6-1中的數(shù)據(jù)輸入到JPW關系中，如表6-5所示，可以看出，數(shù)據(jù)冗余十清楚顯。但該表由于不存在函數(shù)依賴，并且是全碼，

10、所以JPW屬于BCNF，這闡明屬于BCNF的關系依然會存在一些問題。要想消除此類問題，需求研討多值依賴及相關的范式實際。第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 表6-5 JPW的一個關系 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 2. 多值依賴的定義和性質 定義6-8：設有關系方式RU，U是屬性集，X、Y是U的子集。 多值依賴具有以下性質： (1) 多值依賴具有對稱性。 (2) 函數(shù)依賴可以看作是多值依賴的特殊情況。 (3) 在多值依賴中，假設X Y且Z=U-X-Y，那么稱X Y為非平凡的多值依賴，否那么稱為平凡的多值依賴。 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 多值依賴與函

11、數(shù)依賴相比，具有以下兩個根本的區(qū)別：(1) 多值依賴的有效性與屬性集的范圍有關。(2) 多值依賴沒有自反律。 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 3. 4NF的定義 定義6-9：關系方式RU，F(xiàn)(1NF，假設對于R的每個非平凡多值依賴X Y(Y(X)，X必含有碼，那么稱RU，F(xiàn) 4NF。 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 6.4 關系規(guī)范化小結關系規(guī)范化小結 在關系數(shù)據(jù)庫中，對關系方式的根本要求是滿足第一范式。在此根底上，為了消除關系方式存在插入異常、刪除異常、修正復雜和數(shù)據(jù)冗余等問題，要對關系方式進一步規(guī)范化，使之逐漸到達2NF、3NF、BCNF、4NF和5NF。規(guī)范化

12、過程如圖6-2所示。第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 圖6-2 各種范式及規(guī)范化過程 消除決定因素非碼的非平凡函數(shù)依賴消除非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴消除非主屬性對碼的部分和傳遞函數(shù)依賴消除主屬性對碼的部分和傳遞函數(shù)依賴消除非平凡且非函數(shù)依賴的多值依賴消除不是由候選關鍵字蘊含的連接依賴1NF2NF3NFBCNF4NF5NF第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 習習 題題 6 6.1 解釋以下術語： 函數(shù)依賴，部分函數(shù)依賴，完全函數(shù)依賴，傳送函數(shù)依賴，候選關鍵字，主關鍵字，全關鍵字，1NF，2NF，3NF，BCNF，多值依賴，4NF。第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論

13、 6.2 如今要建立關于系、學生、班級、學會諸信息的一個關系數(shù)據(jù)庫。語義為：一個系有假設干專業(yè)，每個專業(yè)每年只招一個班，每個班有假設干學生，一個系的學生住在同一個宿舍區(qū)，每個學生可參與假設干學會，每個學會有假設干學生。 描畫學生的屬性有：學號、姓名、出生日期、系名、班號、宿舍區(qū)； 描畫班級的屬性有：班號、專業(yè)名、系名、人數(shù)、入校年份； 描畫系的屬性有：系名、系號、系辦公室地點、人數(shù)；第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 描畫學會的屬性有：學會名、成立年份、地點、人數(shù)、學生參與某會有一個入會年份。 (1) 請寫出關系方式。 (2) 寫出每個關系方式的最小函數(shù)依賴集，指出能否存在傳送依賴。

14、在函數(shù)依賴左部是多屬性的情況下，討論函數(shù)依賴是完全依賴，還是部分函數(shù)依賴。 (3) 指出各個關系方式的候選關鍵字、外部關鍵字，有沒有全關鍵字。 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 6.3 有關系方式A(C，T，H，R，S)，其中各屬性的含義是：C，課程；T，教員；H，上課時間；R，教室；S，學生。根據(jù)語義有如下函數(shù)依賴集：F=CT，(H，R)C，(H，T)R，(H，S)R?，F(xiàn)將關系方式A分解為兩個關系方式A1(C，T)，A2(H，R，S)，那么其中A1的規(guī)范化程度到達_。 A. 1NF B. 2NF C. 3NF D. BCNF第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 6.4 設

15、關系方式RA，B，C，D，函數(shù)依賴集F=AC，CA，BAC，DAC，BDA。 (1) 求出R的候選碼。 (2) 求出F的最小函數(shù)依賴集。 (3) 將R分解為3NF，使其既具有無損銜接性又具有函數(shù)依賴堅持性。第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 6.5 判別下面的關系方式是不是BCNF，為什么？ (1) 任何一個二元關系。 (2) 關系方式選課(學號，課程號，成果)，函數(shù)依賴集F=(學號，課程號)成果。 (3) 關系方式R(A，B，C，D，E，F(xiàn))，函數(shù)依賴集F=ABC，BCA，BCDEF，EC。 第第6 6章章 關系數(shù)據(jù)庫理論關系數(shù)據(jù)庫理論 6.6 設關系方式RB，O，I，S，Q，D，函數(shù)依賴集F=SD，IS，ISQ，BQ。 (1) 找出R的主碼。 (2) 把R分解為BCNF，且具有無損銜接性和函數(shù)依賴