数据库系统及应用6.ppt

第6章 关系数据库设计理论 主要内容 本章主要讲述了关系数据库的设计理论 即规范化理论 具体内容包括数据依赖 范式以及关系模式的规范化三个主要内容 第一节 数据依赖 一 关系模式中的数据依赖关系模式 R U D DOM F 简记为 R U F 二 数据依赖对关系模式的影响数据依赖是通过一个关系中属性值的相等与否体现出来的数据间的相互关系 是现实世界属性间相互联系的抽象 函数依赖 functionaldependency FD 多值依赖 multivalueddependency MVD 例1 student 学号 姓名 系 表中 姓名 系函数依赖于学号 记为学号 姓名 学号 系 例2 某student表 其关系模式的属性集合如下 U 学号 系 系主任姓名 课程名 成绩 第一节 数据依赖 上述属性间存在如下的函数依赖 第一节 数据依赖 F 学号 系 系 系主任姓名 学号 课程名 成绩 存在问题 1 数据冗余太大 系主任姓名数据大量重复 2 更新复杂 某系更换系主任 3 插入异常 某系刚成立 尚无学生 则无法插入 4 删除异常 某系学生全部毕业 系信息也将去掉 第一节 数据依赖 解决办法 分成三个关系模式 1 student 学号 系 学号 系 2 sc 学号 课程名 成绩 学号 课程名 成绩 3 dept 系 系主任姓名 系 系主任姓名 三 有关概念1 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X Y 如 student表中 学号 函数确定 姓名 关于函数依赖的说明 第一节 数据依赖 1 函数依赖是指R的所有关系实例均要满足的约束条件 2 函数依赖是语义范畴的概念 3 数据库的设计者可以对现实世界作强制的规定 4 若X Y 则X称为这个函数依赖的决定属性集 5 若X Y 并且Y X 则记为X Y 6 若Y不函数依赖于X 则记为X Y 2 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X Y 但Y X 则称X Y是非平凡函数依赖 若Y X 则称X Y为平凡函数依赖 对于任一关系模式 平凡函数依赖都是必然成立的 它不反映新的语义 我们讨论的是非平凡函数依赖 第一节 数据依赖 3 完全函数依赖与部分函数依赖在关系模式R U 中 如果X Y 并且对于X的任何一个真子集X 都有X Y 则称Y完全函数依赖于X 记作X Y 若X Y 但Y不完全函数依赖于X 则称Y部分函数依赖于X 记作X Y 例如 在关系SC 学号 课程号 成绩 中 学号 成绩 课程号 成绩 学号 课程号 成绩例如 在关系student 学号 姓名 性别 中 学号 性别 课程号 性别 学号 姓名 性别4 传递函数依赖在关系模式R U 中 如果X Y Y Z 且Y X Y X 则称Z传递函数依赖于X F P F P 第一节 数据依赖 例如 在关系Std 学号 系 系主任姓名 中 有学号 系 系 系主任姓名 学号 系主任姓名5 码若关系中的某一个属性组的值能唯一地标识一个元组 则称该属性组为侯选码 设K为关系模式R U F 中的属性或属性组合 若K U 则称K为R的一个侯选码 若关系模式R中有多个侯选码 则选定其中的一个作为主码 传递 F 第二节 范式 何为范式范式是符合某一级别的关系模式的集合 关系数据库中的关系必须要满足一定的要求 满足不同程度要求的为不同范式 目前主要有六种范式 第一范式 第二范式 第三范式 BC范式 第四范式和第五范式 满足最低要求的叫第一范式 记为1NF 各范式之间的联系为 1NF 2NF 3NF BCNF 4NF 5NF规范化 把一个低一级范式的关系模式 通过模式分解转换为高一级范式的过程 第二节 范式 一 第一范式 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R 1NF 例如 关系模式SLC 学号 系 住所 课程号 成绩 此关系的码为 学号 课程号 学号 课程号 成绩学号 系 学号 课程号 系学号 住所 学号 课程号 住所系 住所 假定一个系学生住所相同 F P P 成绩 课程号 学号 住所 系 第二节 范式 SLC关系存在的问题 1 插入异常 如无法插入未选课的学生 2 删除异常 删除选课记录会将其他信息也删除 3 数据冗余大 选修n次课 系和住所就要重复存储n次 4 修改复杂 如学生从一个系转到另一个系 问题原因 系 住所两个属性对码的部分函数依赖 解决办法 把SLC分解为两个关系 SC 学号 课程号 成绩 SL 学号 系 住所 分解后两个关系模式中 所有的非主属性都完全函数依赖于码了 上述四个问题 也得到了一定程度上的解决 第二节 范式 二 第二范式 2NF 若关系模式R 1NF 并且每一个非主属性都完全函数依赖于R的码 则R 2NF 例 SL 学号 系 住所 学号 系 系 学号 系 学号 系 住所学号 住所存在问题 1 插入异常 如某个系没有学生 则不能插入 2 删除异常 删除学生信息 可能会把系的信息也删除 如某系的学生全部毕业 3 数据冗余度大 住所重复存储 4 修改复杂 某系学生全部搬迁到另一个住所 传递 第二节 范式 问题原因 住所传递函数依赖于学号解决办法 把SL分解为两个关系模式SD 学号 系 DL 系 住所 分解后 关系模式中既没有非主属性对码的部分函数依赖 也没有非主属性对码的传递函数依赖 在一定程度上解决了上述4个问题 三 第三范式 3NF 如果关系模式R U F 中 不存在这样的码X 属性组Y以及非主属性Z Z Y 使得X Y Y X Y Z成立 则R 3NF 3NF就是指当R属于2NF 且每个非主属性都非传递函数依赖于主关键字 练习 某学院有若干系 每个系有若干专业 每个专业有若干个班级 每个班级有若干名学生 现根据上述信息建立如下关系模式 student 学号 姓名 性别 班级 专业名称 系名 请分析它属于哪一范式 第三节 关系模式的规范化 一 关系模式规范化的步骤1 关系模式的规范化把一个低一级范式的关系模式 通过模式分解转换为若干个高一级范式的关系模式集合的过程 2 规范化的基本思想逐步消除数据依赖中不合适的部分 使模式中的各关系模式达到某种程度的 分离 即采用 一事一地 的模式设计原则 让一个关系描述一个概念 一个实体或实体间的一种联系 3 规范化的基本步骤 第三节 关系模式的规范化 二 关系模式的分解关系模式的分解方法有多种 只有能够保证分解后的关系模式与原关系模式等价的方法才有意义 例如 关系模式SL 学号 系 住所 分解方法 1 将SL分解成3个关系模式 S 学号 D 系 L 住所 第三节 关系模式的规范化 此种分解方法 丢失了原关系模式中的很多信息 如果分解后的关系可以通过自然连接恢复为原来的关系 那么这种分解就没有丢失信息 2 将SL分解成为NL和DL两个关系模式NL 学号 住所 DL 系 住所 NL与DL自然连接的结果与原关系SL不同 3 将SL分解成为ND和NL两个关系模式ND 学号 系 NL 学号 住所 这种分解方法没有丢失信息 若分解后的若干个关系模式的自然连接的结果与原关系模式相等 则称关系模式的这个分解具有无损连接性 第三节 关系模式的规范化 SL NL DL NL与DL自然连接 第三节 关系模式的规范化 第三种分解方法虽然具有无损连接性 但它并没有解决插入异常 删除异常 修改复杂 数据冗余等问题 原因 原关系中 系 住所 这一函数依赖被分解到两个不同的关系模式中 设关系模式R U F 被分解为若干个关系模式R1 U1 F1 R2 U2 F2 若