数据库系统原理教程4.ppt

1、1,4.1 问题的提出 4.2 规范化 4.3 关系模式的规范化,第 4 章 关系数据库设计理论,4.1 问题的提出,关系数据库逻辑设计问题： 针对一个具体问题，应该如何构造一个适合于它的数据模式？ （应该构造几个关系模式，每个关系由哪些属性组成等。）,关系数据库规范化理论： 以关系模型为背景发展的数据库逻辑设计的有力工具。,关系模式 : 描述关系的五元组 R(U，D，DOM，F) 其中R为关系名,U为组成该关系的属性名集合，D为属性组U中属性所来自的域，DOM为属性向域的映象集合，F为属性间数据的依赖关系集合。,关系模式中的数据依赖,关系 : 通常是由赋予它的元组语义来确定的。元组语义实质上

2、是一个n目谓词(n是属性集中属性的个数)。 凡使该n目谓词为真的笛卡尔积中的元素(或者说凡符合元组语义的那部分元素)的全体就构成了该关系模式的关系。,属性间数据的依赖关系集合F : 描述关系的元组语义，限定组成关系的各个元组必须满足的完整性约束条件。 对属性取值范围的限定 ； 属性值间的相互关连（主要体现于值的相等与否）. 称为数据依赖,用三元组 R ( U , F )来表示关系模式 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。,数据依赖是通过一个关系中属性间值的相等与否体现出来的数据间的相互关系。 它是现实世界属性间相互联系的抽象，是数据内在的性质，是语义

3、的体现。,两种重要的数据依赖 函数依赖（functional dependency,FD) 多值依赖 (multivalued dependency,MVD),6,例1：关系模式Student(Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept) 中 ， Sno函数决定Sname和Sdept ，或Sname和Sdept函数依赖于Sno,记为 Sno - Sname , Sno-Sdept,函数依赖,例2：一个学校数据库中的唯一关系模式Student(U,F ) , 其中 U=Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade F=Sno-Sdept ,Sdept -Mname, (Sno,

4、Cname) -Grade ,插入异常 不能插入一个没有学生的系,删除异常 删除某系的最后一个学生时（如毕业）会删除系的相关信息,数据冗余太大 系主任出现的次数和该系学生选课总数相同,Why? 某些数据依赖引起的！,分解为三个关系模式 Student(Sno,Sdept,Sno-Sdept); SC(Sno,Cname,Grade,(Sno,Cname)-G); Dept(Sdept,Mname,Sdept-Mname);,8,规范化理论 1971 E.F.Codd,4.2 规 范 化,函数依赖 ： 设R(U)是属性集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

5、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 X Y 。,决定因素 （determinant),语义范畴的概念,若 X Y且Y X ，则记为X Y 。,举例：,主属性(Prime attribute): 包含在任何一个候选码中的属性,全码(All-key)的一个例子: 关系模式 R(P,W,A) P:演奏者 W:作品 A:听众,非主属性(Nonprime attribute): 不包含在任何码中的属性,也称非码属性(Non-key attribute),范式是符合某一种级别的关系模式的集合。 1971-1972 , E.F. Codd

6、1NF,2NF,3NF 1974 , Codd和Boyce , BCNF 1976, Fagin ,4NF 5NF,范 式,1NF 2NF 3NF BCNF 4NF 5NF,13,第一范式(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。,并非所有满足1NF的模式都是“好”的关系模式 。,SLC (Sno, Sdept , Sloc, Cno, Grade),删除异常 删除某学生的最后一门选修记录，会删除该学生的相关信息,插入异常 无法插入一个尚未选课的学生信息,数据冗余太大 某学生的Sdept和Sloc出现的次数和该学生选课总数相同,Why?Sdept和Sloc对码的部分

7、依赖,投影分解,1NF,2NF,一定程度上解决了“异常”问题,第二范式(1NF) 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R2NF。,2NF是在1NF上消除了可能存在的非主属性对码的部分依赖。 如 投影分解得到的 SL(Sno,Sdept,Sloc),若R1NF 且（所有候选）码只有一个属性，则R2NF 。,2NF,Why? 存在非主属性对码的传递函数依赖(Sloc传递依赖于Sno),插入异常 无法插入一个尚未招生的系,删除异常 删除某系全部学生，则会删除该系信息,数据冗余大 某系的住处Sloc重复次数和该系学生数相同,投影分解,3NF,若R3NF，则R的每个非主属

8、性既不部分依赖于候选码，也不传递依赖于候选码。（why?请自证）,3NF就是不允许存在这样的非平凡函数依赖XY，其中X不包含码，Y是非主属性。,3NF,Why? 存在主属性对码的部分函数依赖: J部分函数依赖于(S,T),插入异常 无法插入一个尚未选课的学生,删除异常 删除某门课的全部学生会删除教师开课信息,数据冗余大 某教师的教课J重复次数和选该课学生数相同,投影分解,BCNF,BC范式(BCNF) 设关系模式R 1NF ，如果对于R的每个非平凡函数依赖XY，则X必含有候选码，那么RBCNF。,也即，在R(U,F)中，如果每一个决定因素都包含候选码，则 R BCNF 。,BCNF关系模式的性

9、质 所有非主属性都完全函数依赖于每个候选码； 所有主属性都完全函数依赖于每个不包含它的候选码； 没有任何属性完全函数依赖于非码的任何一组属性。,反证：若存在部分函数依赖，则候选码的真子集中含有候选码 矛盾！,反证:若存在完全函数依赖，则此非码属性组含有候选码 ，又此候选码必为此非码属性组的真子集，所以是部分函数矛盾！,若R BCNF，则R中不存在任何属性传递依赖或部分依赖于任何候选码。,若R 3NF, R未必属于 BCNF 。,反证：若存在传递依赖 XY, Y Z，则X,Y中都含有候选码，得Y X .矛盾！,如 前例 STJ(S,T, J),若R 3NF, 且R只有一个候选码，则 R BCNF

10、 。,例2 关系Course(Cno, Cname,Cpno,Ccredit)中，有 Cno Cpno , Cno Ccredit, Cno Cname(无重名) Cname Cpno , Cname Ccredit Cno和Cname为两个互不相交的单属性码,无其他决定因素 Course BCNF,举例：,例4 关系模式SJP(S, J,P)中，S表示学生，J表示课程，P表示名次。有 (S，J) P, (J, P) S, (S，J)和 (J, P) 是候选码，且相交。且无其他决定因素 SJP BCNF,4.3 关系模式的规范化,规范化：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

11、式的关系模式的集合的过程。,关系模式规范化的步骤： 概念的单一化 “一事一地”原则,并非规范化程度越高的关系模式越好 要根据实际情况确定,规范化过程,关系模式的分解,等价的三种标准（定义） 分解要具有“无损连接性（lossless join)” 分解要“保持函数依赖(preserve dependency)” 分解既要“保持函数依赖”，又要具有“无损连接性”,模式分解后产生的模式应与原模式等价,“无损连接性”和“保持函数依赖”是两个独立的标准,无法查询某学生的系别和住址 信息丢失！,若Sno所在Sloc有其他（X）系学生，则自然连接结果中会多出“Sno属于X系”的元组 信息丢失！,自然连接结果同SL相同 无损连接性！ 丢失SdeptSloc，存在更新异常没有保持函数依赖,同时满足无损连接性和保持函数依赖!,若要求分解保持函数依赖，那么模式分解总可以达到3NF， 但不定能达到BC