数据库原理李芳芳第16讲

1、An Introduction to Database System,数据库原理 第六章 关系数据理论(习题课),An Introduction to Database System,模式分解中常用概念,对于关系模式R(U,F)及其上的一个分解 R1(U1,F1), R2(U2,F2), , Rn(Un,Fn) 属性保持 若R中的每一个属性都应该至少出现在分解中的一个关系模式Ri中，即 Ui U，则这种分解我们称为属性保持。,An Introduction to Database System,模式分解中常用概念,分解的无损连接性 保持函数依赖 令F=F1F2Fn，若F+=F+,则我们称这种分

2、解为保持函数依赖的分解。,An Introduction to Database System,范式举例,R(X,Y,Z) F=XYZ R(X,Y,Z) F=YZ ,XZY R(X,Y,Z) F=YZ,Y X,X YZ R(X,Y,Z) F=XY ,XZ R(W,X,Y,Z) F=XZ, WXY,参考答案：BCNF、3NF、BCNF、BCNF、1NF,An Introduction to Database System,范式举例（续）,考虑已出版书的关系： BOOK(Book_title,Authorname,Book_type,Listprice,Author_affil,Publisher

3、) Author_affil是指作者的联盟。假设存在以下依赖： Book_title Publisher,Booke_type Book_typeListprice AuthornameAthor_affil 关系属于第几范式？解释你的回答。 运用规范化直到不能再进一步分解关系为止。说明分解原因。,An Introduction to Database System,函数依赖集等价,考虑以下两个函数依赖集： F=A C, ACD, EAD, EH 和G=ACD, EAH。检查它们是否等价。,An Introduction to Database System,求取候选码,设有关系模式R(A,B

4、,C,D,E),其上的函数依赖集F=A BC, CDE, BD, EA 计算A+和B+ 求R的所有候选码,参考答案：ABCDE，BD 候选码是A，BC，CD，E,An Introduction to Database System,设有关系模式R(A,B,C,D,E),其上的函数依赖集F=AB C, CDE, DEB 问AB是该关系的候选码吗？如果不是，那候选码是什么？请解释你的回答。,求取候选码（续）,An Introduction to Database System,设有关系模式R(A,B,C,D,E ,F,G,H,I,J),其上的函数依赖集F=AB C, ADE, B F, FGH,

5、DIJ 问R的候选码是什么？将R先分解成2NF关系，然后再分解成3NF关系。,求取候选码（续）,An Introduction to Database System,设有关系模式R(A,B,C,D),其上的函数依赖集F=A C, CA, BAC, DAC 计算(AD)+ 求F的最小函数依赖集Fm 求R的码 将R分解为满足3NF且保持函数依赖 将R分解为满足3NF并具有无损连接性和保持函数依赖 将R分解为满足BCNF且具有无损连接性,An Introduction to Database System,基本知识点,需要了解的：什么是一个“不好”的数据库模式；什么是模式的更新异常；规范化理论的重要

6、意义。 需要牢固掌握的：关系的形式化定义；数据依赖的基本概念(函数依赖、平凡函数依赖、非平凡函数依赖、部分函数依赖、完全函数依赖、传递函数依赖、码、候选码、外码、多值依赖)；范式的概念；从1NF到4NF的定义；规范化的含义和作用。,An Introduction to Database System,基本知识点（续）,需要举一反三的：四个范式的理解与应用，各个级别范式中存在的问题(插入异常、删除异常、数据冗余)和解决方法；能够根据应用语义，完整地写出关系模式的数据依赖集合，并能根据数据依赖分析某一个关系模式属于第几范式。 难点：各个级别范式的关系及其证明。,An Introduction to

7、 Database System,1.理解并给出下列术语的定义：函数依赖、部分函数依赖、完全函数依赖、传递依赖、候选码、主码、外码、全码、1NF、2NF、3NF、BCNF、多值依赖、4NF。 答：函数依赖 ：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,解析： 函数依赖是最基本的、也是最重要的一种数据依赖。 函数依赖是属性之间的一种联系，体现在属性值是

8、否相等。由定义可知，若XY，则 r中任意两个元组，如果它们在X上的属性值相等， 那么在Y上的属性值也一定相等。 要从属性间实际存在的语义来确定它们之间的函数依赖。 函数依赖不是指关系模式R在某个时刻的关系(值)满足的约束条件，而是指R在任何时刻的一切关系均要满足的约束条件。,An Introduction to Database System,完全函数依赖、部分函数依赖：在关系模式R(U)中，若XY，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XY，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 P Y。 传递函数依赖：在关系模式R(U)中，若XY，

9、YZ，且Y X，Y X，则称Z传递函数依赖于X ，记作X t Z 。,An Introduction to Database System,候选码、主码：设K为关系模式R中的属性或属性组合，若K U，则K称为R的一个侯选码。若候选码多于一个，则选定其中的一个为主码。 外码：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的外码。 全码：整个属性组是码，称为全码。,An Introduction to Database System,1NF：若关系模式R的所有属性都是不可分的基本数据项，则R1NF。1NF是对关系模式的最起码要求，不满足1NF的数据库模式不能称为关系数据

10、库。1NF2NF3NFBCNF4NF。 2NF：若关系模式R1NF，并且每一个非主属性都完全函数依赖于R的码，则R2NF。 3NF：关系模式R中若不存在这样的码X、属性组Y及非主属性Z(Z Y), 使得XY，YX，YZ成立，则称R3NF。,An Introduction to Database System,BCNF：设关系模式R1NF，如果对于R的每个函数依赖XY，若Y不属于X，则X必含有候选码，那么RBCNF。 多值依赖：设关系模式R(U)中， X、Y和ZU，且ZUXY，多值依赖 XY成立当且仅当对R的任一关系r，r在(X,Z)上的每个值对应一组Y值，这组值仅决定于X值而与Z值无关。 4N

11、F：关系模式R1NF，如果对于R的每个非平凡多值依赖XY(Y X)，X都含有候选码，则R4NF。,An Introduction to Database System,2.建立一个关于系、学生、班级、学会等诸信息的关系数据库。 描述学生的属性有：学号、姓名、生日、系名、班号、宿舍区。 描述班级的属性有：班号、专业名、系名、人数、入校年份。 描述系的属性有：系号、系名、系办公室地点、人数。 描述学会的属性有：学会名、成立年份、地点、人数。 有关语义如下：一个系有若干专业，每个专业每年只招一个班，每个班有若干学生。一个系的学生住在同一宿舍区。每个学生可参加若干学会，每学会有若干学生。学生参加某学会

12、有一个入会年份。 请给出关系模式，写出每个关系模式的极小函数依赖集，指出是否存在传递函数依赖，对于函数依赖左部是多属性的情况讨论函数依赖是完全函数依赖，还是部分函数依赖。指出各关系的候选码、外部码，有没有全码存在？,An Introduction to Database System,答：关系模式有：学生S(S#,SN,SB,DN,C#,SA) 班级C(C#,CS,DN,CNUM,CDATE) 系D(D#,DN,DA,DNUM) 学会P(PN,DATE1,PA,PNUM) 学生学会SP(S#,PN,DATE2) 其中：S#为学号，SN为姓名，SB为生日，DN为系名，C#为班号，SA为宿舍区，C

13、S为专业名，CNUM为班级为数，CDATE为入校年份，D#为系号，DA为系办公室地点，DNUM为系人数，PN为学会名，DATE1为学会成立年月，PA为地点，PNUM为人数，DATE2为入会年份。 各关系模式的极小函数依赖集为： S：S#SN，S#SB，S#C#，C#DN，DNSA C：C#CS，C#CNUM，C#CDATE，CSDN，(CS,CDATE)C# D：D#DN，DND#，D#DA，D#DNUM P：PNDATE1，PNPA，PNPNUM SP：(S#,PN)DATE2 S中存在传递函数依赖：S#DN，S#SA，C#SA C中存在传递函数依赖：C#DN (CS,CDATE)C# 和(

14、S#,PN)DATE2都是完全函数依赖。,An Introduction to Database System,学生S(S#,SN,SB,DN,C#,SA) 班级C(C#,CS,DN,CNUM,CDATE) 系D(D#,DN,DA,DNUM) 学会P(PN,DATE1,PA,PNUM) 学生学会SP(S#,PN,DATE2) S：S#SN，S#SB，S#C#，C#DN，DNSA C：C#CS，C#CNUM，C#CDATE，CSDN，(CS,CDATE)C# D：D#DN，DND#，D#DA，D#DNUM P：PNDATE1，PNPA，PNPNUM SP：(S#,PN)DATE2 关系 候选码

15、外部码 全码 S S# C#,DN 无 C C#和(CS,CDATE) DN 无 D D#和DN 无 无 P PN 无 无 SP (S#,PN) S#,DN 无,An Introduction to Database System,3.试由Armostrong公理系统推导出下面三条推理规则： 合并规则：若XZ，XY，则有XYZ 伪传递规则：由XY，WYZ，则有XWZ 分解规则：若XY，ZY，则有XZ 证明： 已知XZ，由增广律知XYYZ，又因XY，可得 XXXYYZ，根据传递律有XYZ 已知XY，由增广律知XWWY，又因WYZ，可得 XWWYZ，根据传递律有XWZ 已知ZY ，由自反律知YZ，

16、又因XY，所以由传递律可得 XZ,An Introduction to Database System,4.关于多值依赖的另一种定义是：给定一个关系模式R(X,Y,Z)，其中，X,Y,Z可以是属性或属性组。设xX，yY，zZ，xz在R中的像集为：Yxz=r.Y|r.X=xr.Z=zrR。定义：R(X,Y,Z)当且仅当Yxz= Yxz对于每一组(x,z,z)都成立，则Y对X多值依赖，记作XY。这里，允许Z为空集，在Z为空集时，称为平凡的多值依赖。 证明：设Yxz= Yxz对于每一组(x,z,z)都成立，并设s,t是关系r中的两个元组，sX=tX，由上述定义的条件可知对于每一个z值，都对应相同的一

17、组y值。即对相同的x值，交换y值后所得的元组仍然属于关系r，即定义5.9的条件成立。 若定义5.9的条件成立，则对相同的x值，交换y值后所得的元组仍然属于关系r，由于任意性及其对称性，可知每个z值对应相同的一组y值，所以Yxz= Yxz对于每一组(x,z,z)都成立。 综上，本定义和定义5.9的条件是等价的，所以两定义等价。,An Introduction to Database System,5.试举出3个多值依赖的实例。 答：关系模式MSC(M,S,C)中，M为专业，S为学生，C为该专业的必修课。假设每个专业有多个学生，有一组必修课。设同专业内所有学生选修的必修课相同。按照语义，对于M的每

18、一个值Mi，S有一个完整的集合与之对应而不管C取何值，所以MS。由于C与S的完全对称性，必然有MC。 关系模式ISA(I,S,A)中，I为学生兴趣小组，S为学生，A为某兴趣小组的活动项目。假设每个兴趣小组有多个学生，有若干活动项目。每个学生参加所在兴趣小组的所有兴趣活动项目，每个活动项目要求该兴趣小组的所有学生参加。按照语义有IS，IA。 关系模式RDP(R,D,P)中，R为医院病房，D为责任医务人员，P为病人。假设每个病房住有多个病人，有多个责任医务人员负责医治和护理该病房的所有病人。按照语义有RD，RP。,An Introduction to Database System,6. 第五章图

19、5.12表示一个公司各部门的层次结构。 对每个部门，数据库中包含部门号(唯一的)D#、预算费(BUDGET)以及此部门领导人员的职工号E#(唯一的)信息。 职工信息包括：职工号、他所参加的生产与科研项目号(J#)、他所在办公室的电话号码(PHONE#)。 生产与科研项目包含：项目号(唯一的)、预算费。 办公室信息包含办公室房间号(唯一的)、面积。 对每个职工，数据库中有他曾担任过的职务以及担任某一职务时的工资历史。 对每个办公室包含此办公室中全部电话号码的信息。 请给出你认为合理的数据依赖，把这个层次结构转换成一组规范化的关系。提示：此题可分步完成，第一步先转换成一组1NF的关系，然后逐步转换

20、为2NF，3NF，BCNF。,An Introduction to Database System,答：根据题中的语义假设给出一组函数依赖。语义假设为：一个职工不能同时成为多个部门的领导人；一个职工不能同时在多个部门就职；一个职工不能同时参加多个生产与科研项目；一个职工不能同时在两个不同的办公室办公；一个职工不能同时拥有两部或两部以上的电话；一个生产与科研项目不能同时分配给多个部门；一个办公室不能同时分配给多个部门；部门号、职工号、项目号、办公室号码及电话号码是全局唯一的。 设计一组关系模式，它们都是属于1NF的。 部门DEPT(DEPT#,DBUDGET,MGR_EMP#)，其中DEPT#和

21、MGR_EMP#都是候选码 职工EMP1(EMP#,DEPT#,PROJ#,OFF#,PHONE#)，候选码为EMP# ，但有PHONE#OFF#, OFF#DEPT#,PROJ#DEPT# 职务JOB(EMP#,JOBN)，工资史SALHIST(EMP#,DATE,JOBN,SALARY) 生产与科研项目PROJ(PROJ#,DEPT#,PBUDGET) 办公室OFFICE(OFF#,DEPT#,AREA)， 电话PHONE(PHONE#,OFF#) 分析可知，JOB的属性全包含在SALHIST中，所以JOB可消去。 EMP1中OFF#,DEPT#都传递函数依赖于主码EMP#，故将EMP#分解。,An Introduction to Database System,分解为4个3NF的关系模式： EMP(EMP#,PROJ#,PHONE#)、X(PHONE#,OFF#)、 Y (PROJ#,DEPT#) 和Z(OFF#,DEPT#) 然而X