关系数据库理论

关系数据库理论第1页，共55页，2023年，2月20日，星期三什么是好的数据库设计准确反映客观世界的信息无过度的冗余无插入异常无修改复杂无删除异常第2页，共55页，2023年，2月20日，星期三过度冗余——数据重复修改异常——修改代价大、可能导致数据不一致删除异常——部分信息的删除可能导致信息的丢失插入异常——必须有完整信息一个不好的设计第3页，共55页，2023年，2月20日，星期三关系模式的形式化定义关系模式由五部分组成，即它是一个五元组：

R(U,D,DOM,F)R：关系名U：组成该关系的属性名集合D：属性组U中属性所来自的域DOM：属性向域的映象集合F：属性间数据的依赖关系集合第4页，共55页，2023年，2月20日，星期三关系模式R（U,D,DOM,F）简化为一个三元组：

R（U,F）当且仅当U上的一个关系r满足F时，r称为关系模式R（U,F）的一个关系第5页，共55页，2023年，2月20日，星期三码（续）主属性与非主属性包含在任何一个候选码中的属性，称为主属性不包含在任何码中的属性称为非主属性全码整个属性组是码，称为全码（All-key）第6页，共55页，2023年，2月20日，星期三[例1]建立一个描述学校教务的数据库： 学生的学号（Sno）、所在系（Sdept） 系主任姓名（Mname）、课程名（Cname） 成绩（Grade）单一的关系模式：Student<U、F>U＝｛Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade｝第7页，共55页，2023年，2月20日，星期三数据依赖对关系模式的影响（续）属性组U上的一组函数依赖F：

F＝｛Sno→Sdept,Sdept→Mname,(Sno,Cname)→Grade｝

SnoCnameSdeptMnameGrade第8页，共55页，2023年，2月20日，星期三关系模式Student<U,F>中存在的问题1.数据冗余太大2.更新异常（UpdateAnomalies）3.插入异常（InsertionAnomalies）4.删除异常（DeletionAnomalies）第9页，共55页，2023年，2月20日，星期三数据依赖对关系模式的影响（续）结论：Student关系模式不是一个好的模式。“好”的模式：不会发生插入异常、删除异常、更新异常，数据冗余应尽可能少原因：由存在于模式中的某些数据依赖引起的解决方法：通过分解关系模式来消除其中不合适的数据依赖第10页，共55页，2023年，2月20日，星期三分解关系模式把这个单一模式分成3个关系模式：

S（Sno，Sdept，Sno→Sdept）;SC（Sno，Cno，Grade，（Sno，Cno）→Grade）;DEPT（Sdept，Mname，Sdept→Mname）第11页，共55页，2023年，2月20日，星期三数据依赖数据之间的相互关系函数依赖(FunctionalDependency,FD)多值依赖(MultivaluedDependency,MVD)根据数据间的依赖关系来设计模式第12页，共55页，2023年，2月20日，星期三给定X的值，则Y的值也唯一确定，称X函数决定Y或Y函数依赖于X，记作X→Y.如果R的两个元组在属性A1,A2,…,An上的值相等，则它们在另一个属性B上的值也相等，称A1,A2,…,An函数决定B或B函数依赖于A1,A2,…,An，记作A1A2…An→B.函数依赖第13页，共55页，2023年，2月20日，星期三X→Y中X叫做决定因素.平凡的函数依赖:X→Y但YX.否则称非平凡的函数依赖.若X→Y且Y→X则记做XY.完全函数依赖X→Y:Y不依赖于X的任何一个真子集.否则称部分函数依赖X→Y.传递函数依赖:X→Y且Y→Z则X→Z.术语和记号FP第14页，共55页，2023年，2月20日，星期三如果关系模式R的属性组K满足条件KR，则K为R的码.即：K函数决定该关系模式的所有其他属性最小性:K的任何真子集都不具有上述性质R可能有多个满足上面条件的候选码,一般指定一个作为主码.包含在码中的属性叫做主属性,否则称非主属性.函数依赖与码F第15页，共55页，2023年，2月20日，星期三坏设计--不符合某种规范好设计--必须符合规范范式:关系模式的规范形式.规范分成若干级别范式(NormalForms)第16页，共55页，2023年，2月20日，星期三规范化:把不符合范式要求的关系模式转换成符合范式要求的关系模式一个关系满足某个范式所规定的一系列条件时,它就属于该范式低级范式可进一步规范化到高级范式:1NF→2NF→3NF→BCNF→4NF范式第17页，共55页，2023年，2月20日，星期三若关系R的每一个属性只能取原子值(不可再分)，R就属于第一范式,记做R∈1NF.关系数据模型的最基本要求第一范式(1NF)第18页，共55页，2023年，2月20日，星期三2NF（续）[例4]关系模式S-L-C(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)Sloc为学生住处，假设每个系的学生住在同一个地方函数依赖包括：

(Sno,Cno)FGradeSno→Sdept(Sno,Cno)PSdeptSno→Sloc(Sno,Cno)PSlocSdept→Sloc第19页，共55页，2023年，2月20日，星期三S-L-C不是一个好的关系模式（续）(1)插入异常(2)删除异常(3)数据冗余度大(4)修改复杂第20页，共55页，2023年，2月20日，星期三S-L-C不是一个好的关系模式（续）原因

Sdept、Sloc部分函数依赖于码。解决方法

S-L-C分解为两个关系模式，以消除这些部分函数依赖SC（Sno，Cno，Grade）

S-L（Sno，Sdept，Sloc）第21页，共55页，2023年，2月20日，星期三2NF（续）函数依赖图：SnoCnoGradeSCS-LSnoSdeptSloc关系模式SC的码为（Sno，Cno）关系模式S-L的码为Sno这样非主属性对码都是完全函数依赖

第22页，共55页，2023年，2月20日，星期三

2NF（续）2NF的定义 定义6.6若R∈1NF，且每一个非主属性完全函数依赖于码，则R∈2NF。 例：S-L-C(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)∈1NFS-L-C(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)∈2NF SC（Sno，Cno，Grade）∈

2NF S-L（Sno，Sdept，Sloc）∈

2NF第23页，共55页，2023年，2月20日，星期三

6.2.53NF3NF的定义

定义6.7关系模式R<U，F>

中若不存在这样的码X、属性组Y及非主属性Z（ZY）,使得X→Y，Y→Z成立，Y→X，则称R<U，F>∈3NF。若R∈3NF，则每一个非主属性既不部分依赖于码也不传递依赖于码。第24页，共55页，2023年，2月20日，星期三3NF（续）例：2NF关系模式S-L(Sno,Sdept,Sloc)中函数依赖：

Sno→SdeptSdept→SnoSdept→Sloc

可得：

Sno→Sloc，即S-L中存在非主属性对码的传递函数依赖，S-L∈3NF传递第25页，共55页，2023年，2月20日，星期三

3NF（续）函数依赖图：S-LSnoSdeptSloc第26页，共55页，2023年，2月20日，星期三3NF（续）解决方法采用投影分解法，把S-L分解为两个关系模式，以消除传递函数依赖：S-D（Sno，Sdept）

D-L（Sdept，Sloc）S-D的码为Sno，D-L的码为Sdept。分解后的关系模式S-D与D-L中不再存在传递依赖第27页，共55页，2023年，2月20日，星期三3NF（续）S-D的码为Sno，D-L的码为SdeptSnoSdeptS-DSdeptSlocD-L

S-L(Sno,Sdept,Sloc)∈2NFS-L(Sno,Sdept,Sloc)∈3NFS-D(Sno，Sdept)∈3NFD-L(Sdept，Sloc)∈3NF第28页，共55页，2023年，2月20日，星期三

6.2.6BC范式（BCNF）定义6.8

关系模式R<U，F>∈1NF，若X→Y且YX时X必含有码，则R<U，F>∈BCNF。等价于：每一个决定属性因素都包含码第29页，共55页，2023年，2月20日，星期三BCNF（续）若R∈BCNF所有非主属性对每一个码都是完全函数依赖所有的主属性对每一个不包含它的码，也是完全函数依赖没有任何属性完全函数依赖于非码的任何一组属性R∈BCNFR∈3NF充分不必要第30页，共55页，2023年，2月20日，星期三BCNF（续）[例5]关系模式C（Cno，Cname，Pcno）C∈3NFC∈BCNF[例6]关系模式S（Sno，Sname，Sdept，Sage）假定S有两个码Sno，SnameS∈3NF。S∈BCNF第31页，共55页，2023年，2月20日，星期三BCNF（续）［例7］关系模式SJP（S，J，P）函数依赖：（S，J）→P；(J，P）→S（S，J）与（J，P）都可以作为候选码,属性相交SJP∈3NF，SJP∈BCNF第32页，共55页，2023年，2月20日，星期三

BCNF（续）[例8]在关系模式STJ（S，T，J）中，S表示学生，T表示教师，J表示课程。函数依赖：

(S，J)→T，(S，T)→J，T→J(S，J)和(S，T)都是候选码第33页，共55页，2023年，2月20日，星期三

BCNF（续）

JSJTSTSTJ中的函数依赖第34页，共55页，2023年，2月20日，星期三BCNF（续）STJ∈3NF

没有任何非主属性对码传递依赖或部分依赖

STJ∈BCNFT是决定因素，T不包含码第35页，共55页，2023年，2月20日，星期三BCNF（续）解决方法：将STJ分解为二个关系模式：

ST(S，T)∈BCNF，TJ(T，J)∈BCNF

没有任何属性对码的部分函数依赖和传递函数依赖SJSTTJTJ第36页，共55页，2023年，2月20日，星期三3NF与BCNF的关系R∈BCNFR∈3NF如果R∈3NF，且R只有一个候选码

R∈BCNFR∈3NF充分不必要充分必要第37页，共55页，2023年，2月20日，星期三6.2规范化6.2.1函数依赖6.2.2码6.2.3范式6.2.42NF6.2.53NF6.2.6BCNF6.2.7多值依赖6.2.84NF6.2.9规范化小结第38页，共55页，2023年，2月20日，星期三6.2.7多值依赖[例9]学校中某一门课程由多个教师讲授，他们使用相同的一套参考书。每个教员可以讲授多门课程，每种参考书可以供多门课程使用。

第39页，共55页，2023年，2月20日，星期三………课程C教员T参考书B

物理

数学

计算数学李勇王军

李勇张平

张平周峰

普通物理学光学原理物理习题集

数学分析微分方程高等代数

数学分析...…

多值依赖（续）非规范化关系第40页，共55页，2023年，2月20日，星期三普通物理学光学原理物理习题集普通物理学光学原理物理习题集数学分析微分方程高等代数数学分析微分方程高等代数…李勇李勇李勇王军王军王军李勇李勇李勇张平张平张平

…物理物理物理物理物理物理数学数学数学数学数学数学…

参考书B教员T课程C多值依赖（续）用二维表表示Teaching第41页，共55页，2023年，2月20日，星期三多值依赖（续）Teaching∈BCNFTeaching具有唯一候选码(C，T，B)，即全码

第42页，共55页，2023年，2月20日，星期三多值依赖（续）

Teaching模式中存在的问题(1)数据冗余度大(2)插入操作复杂(3)删除操作复杂(4)修改操作复杂存在多值依赖第43页，共55页，2023年，2月20日，星期三多值依赖（续）定义6.9

设R(U)是一个属性集U上的一个关系模式，X、Y和Z是U的子集，并且Z＝U－X－Y。关系模式R(U)中多值依赖

X→→Y成立，当且仅当对R(U)的任一关系r，给定的一对（x，z）值，有一组Y的值，这组值仅仅决定于x值而与z值无关例Teaching（C,T,B）第44页，共55页，2023年，2月20日，星期三对于关系R，若R∈1NF，且每一个非主属性完全函数依赖于码，则R∈2NF。不能部分依赖于码例如:sc(sno,sname,cno,grade)中sno,cno→gradesno→sname第二范式(2NF)PF第45页，共55页，2023年，2月20日，星期三第二范式(2NF)snocnogradesname完全依赖非完全依赖第46页，共55页，2023年，2月20日，星期三对于关系R，若R∈2NF，且每个非主属性都不传递依赖于码，则R∈3NF。例如:student(sno,sname,sdept,dept_head) sno→sname,sdeptsdept→dept_head传递依赖：sno→dept_head第三范式(3NF)第47页，共55页，2023年，2月20日，星期三第三范式(3NF)snosdeptsnamedept_head第48页，共55页，2023年，2月20日，星期三对于关系R，若R∈1NF，且对于所有非平凡的函数依赖X→Y，X必包含码，则R∈BCNF。满足BCNF的关系模式中:决定因素都包含码决定因素可以是超键满足BCNF必满足3NF,但反之不然.BoyceCodd范式(BCNF)第49页，共55页，2023年，2月20日，星期三例如sct(s,c,t)//学生，课程，教师t→c//假设每位教师只上一门课s,c→t//假设学生只向一个老师学某门课s,t→c //学生向某个老师只能学一门课BoyceCodd范式(BCNF)第50页，共55页，2023年，2月20日，星期三sc