数据库规范化 课件.ppt

1、数 据 库 基 础规 范 化,一、概述 二、规范化,关系： 描述实体及其属性、实体间的联系。 从形式上看，它是一张二维表，是所涉及属性的笛卡尔积的一个子集。 关系模式： 用来定义关系。 关系数据库： 基于关系模型的数据库，利用关系来描述现实世界。 从形式上看，它由一组关系组成。 关系数据库的模式： 定义这组关系的关系模式的全体。,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。即限定 了组成关系的各个元组必须满足的完 整性约束条件。,

2、例子： 关系模式: SAP(SUPERVISOR，SPECIALITY，POSTGRADUATE） 定义域 D1: PERSON ， D2: SPECIALITY 定义属性向域的映象： DOM（SUPERVISOR）= DOM（POSTGRADUATE） = PERSON,概述,关系模式Student(Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade ) 学生的学号（Sno）,所在系（Sdept）系,主任姓名（Mname）课程名（Cname）,成绩（Grade）,现实世界的已知事实告诉我们： 一个系有若干学生， 但一个学生只属于一个系； 一个系只有一名主任； 一个学生可以选修多门

3、课程， 每门课程有若干学生选修； 每个学生所学的每门课程都有一个成绩。, 数据冗余太大 例：每一个系主任的姓名重复出现 更新异常（Update Anomalies） 例：某系更换系主任后，系统必须修改与该系学生有关的每一个元组, 插入异常（Insertion Anomalies） 例，如果一个系刚成立，尚无学生，我们就无法把这个系及其系主任的信息存入数据库。 删除异常（Deletion Anomalies） 例，如果某个系的学生全部毕业了， 我们在删除该系学生信息的同时，把这个系及其系主任的信息也丢掉了。,概述,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

4、、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。,概述,一、函数依赖 二、平凡函数依赖与非平凡函数依赖 三、完全函数依赖与部分函数依赖 四、传递函数依赖,概述,定义1 设R（U）是属性集U上的关系模式，X、Y是U的一个子集。r是R（U）中任意给定的一个关系。若对于r中任意两个元组s和t，当sX = tX时，就有sY = tY，则称属性子集X函数决定属性子集Y或者称Y函数依赖于X（Functional Dependence），记其为XY。否则就称X不函数决定Y或者称Y不函数依赖于X。,一、函数依赖,S

5、no Sdep Sno Grade SdepMname ( Sno,Cname )Grade,函数依赖说明：,1. 函数依赖不是指关系模式R的某个或某些关系实例满足的约束条件，而是指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。只能根据数据的语义来确定函数依赖。 例如“SnoSdept”这个函数依赖只有在一个学生只能属于一个系的条件下成立 3. 数据库设计者可以对现实世界作强制的规定。例如一个学生只能属于一个系，函数依赖“SnoSdept”成立。所插入的元组必须满足规定的函数依赖，若一个学生在多个系存在， 则拒绝装入该元组。,二、平凡函数依赖与非平凡函数依赖,在关系模式

6、R(U)中，对于U的子集X和Y， 如果XY，但Y X，则称XY是非平凡的函数依赖 若XY，但Y X, 则称XY是平凡的函数依赖 例：在关系S (Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade)中， 非平凡函数依赖： (Sno, Cname) Grade 平凡函数依赖： (Sno, Cname) Sno (Sno, Cname) Cname,平凡函数依赖与非平凡函数依赖（续）,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，因此若不特别声明， 我们总是讨论非平凡函数依赖。,三、完全函数依赖与部分函数依赖,定义2 在关系模式R(U)中，如果XY，并且对于X的任何一个真子集X，

7、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。,完全函数依赖与部分函数依赖（续）,例: 在关系S(Sno,Sdept,Mname, Cname, Grade)中， 由于：Sno Grade，Cname Grade， 因此：(Sno, Cname) Grade 由于：(Sno,Cname) Sdept; 但是 Sno Sdept 所以(Sno,Cname) P Sdept,四、传递函数依赖,定义3 在关系模式R(U)中，如果XY，YZ，且Y X，YX，则称Z传递函数依赖于X。 注: 如果YX， 即XY，则Z直接依赖

8、于X。 例: 在关系S (Sno, Sdept, Mname,Cname,Grade)中，有： Sno Sdept，Sdept Mname Mname传递函数依赖于Sno,由此可得到属性组U上的一组函数依赖F： F Sno Sdept, Sdept Mname, (Sno, Cname) Grade ,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的一个候选码(Candidate Key)。若关系模式R有多个候选码，则选定其中的一个做为主码(Primary key)。 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（Prime attribute） 不包含在任何码中的属

9、性称为非主属性（Nonprime attribute）或非码属性（Non-key attribute）,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 的外部码（Foreign key）也称外码,规范化,规范化理论正是用来改造关系模式，通过分解关系模式来消除其中不合适的数据依赖，以解决插入异常、删除异常、更新异常和数据冗余问题。,关系模式Student (U,F), U= Sno, Sdept, Mname,Cname,Grade, F Sno Sdept, Sdept Mname, (Sno, Cname) Grade 我们可以通过得到新产函数依赖

10、例如： Sno Sdept, Sdept MnameSno Mname Sdept Mname (Sno,Sdept) (Sno,Mname),函数依赖的推理规则,Inclusion rule(包含律）: if Y X, then X - Y（平凡依赖） Transitivity rule（传递率）: if X - Y and Y - Z, then X - Z Augmentation rule（增广率）: if X - Y, then X Z - Y Z Union Rule（合并）: If X Y and X Z then X Y Z Decomposition Rule（分解）: If

11、 X Y Z then X Y and X Z Pseudotransitivity Rule（伪传递）: If X Y and W Y Z then X W Z Set Accumulation Rule: If X Y Z and Z B then X Y Z B,设是函数依赖集合，被除数逻辑蕴含的函数依赖的全体构成的集合，称为函数依赖集的闭包（closure)，记为.,表中那些属性可以做候选键？,属性集的闭包 Given a set X of attributes in a table T and a set F of FDs on T, we define the CLOSURE of

12、 the set X (under F), denoted by X+, as the largest set of attributes Y such that X - Y is in F+. 求属性集闭包算法？,算法：求属性集X关于函数依赖集F的闭包X+F,如果某个属性集的闭包为表中的全体属性，则此属性集可以为候选键,范式,范式是符合某一种级别的关系模式的集合。 关系数据库中的关系必须满足一定的要求。满足不同程度要求的为不同范式。 范式的种类： 第一范式(1NF) 第二范式(2NF) 第三范式(3NF) BC范式(BCNF) 第四范式(4NF) 第五范式(5NF),范式,各种范式之间存在联

13、系： 某一关系模式R为第n范式，可简记为RnNF。,范式,1NF的定义 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R1NF。 第一范式是对关系模式的最起码的要求。不满足第一范式的数据库模式不能称为关系数据库。 但是满足第一范式的关系模式并不一定是一个好的关系模式。,非NF,NF,如果关系模式R1NF，且每个非主属性都完全函数依赖于R的每个关系键，则称R属于第二范式（Second Normal Form），简称2NF，记作R2NF。 例子:关系模式Student (U,F), U= Sno, Sdept, Mname,Cname,Grade, F Sno Sdept, Sdept M

14、name, (Sno, Cname) Grade 问题: Student 1NF ? Stduent 2NF ?,关系模式Student不属于2NF,关系模式Student (U,F), U= Sno, Sdept, Mname,Cname,Grade, F Sno Sdept, Sdept Mname, (Sno, Cname) Grade 把关系模式Student分解成两个关系模式: S(Sno,Cname,Grade,(Sno,Cname)-Grade) T(Sno,Sdept,Mname,Sno-Sdept,Sdept-Mname),2NF的关系模式解决了1NF中存在的一些问题，2NF

15、规范化的 程度比1NF前进了一步，但2NF的关系模式在进行数据操作 时，仍然存在着一些问题.,如果关系模式R2NF，且每个非主属性都不传递依赖于R的每个关系键，则称R属于第三范式（Third Normal Form），简称3NF，记作R3NF。,例子: T(Sno,Sdept,Mname,Sno-Sdept,Sdept-Mname) 问题: R3NF ?,设R(U,F)中非平凡函数依赖X-Y不满足3NF可以分为以下3种情形: (1) Y是非主属性,而X是键K的真子集 (2)Y是非主属性,而X既不是超键,又不是键的真子集,但X和某键K的交集非空 (3)Y是非主属性,而X既不是超键,又不是键的真子

16、集,单X和某键的交集为空.,键K,X,Y,键K,Y,X,键K,Y,X,设关系模式R(U，F)1NF，如果对于R的每一个属性都不传递依赖于R（U）的候选键，那么关系模式R（U）满足BC范式，即RBCNF。 非BC范式可以有下面几种情况： (1) 属性包含于某键当中，属性集与键的交集非空且,键K,(1) 属性包含于某键当中，属性集与键的交集为空且,键K,如果R3NF，则R不一定是BCNF。 举例说明。设关系模式SNC（SNO，SN，CN0，SCORE,F），其中SNO代表学号，SN代表学生姓名并假设没有重名，CNO代表课程号，SCORE代表成绩。SNC有两个候选键（SNO，CNO）和（SN，CNO），其函数依赖集F如下： SNO SN,（SNO，CNO）SCORE （SN，CNO）SCORE。 唯一的非主属性SCORE对键不存在部分函数依赖，也不存在传递函数依赖。所以SNC3NF。 SNC是不是BCNF?,多值依赖与第四范式,课程安排示意图,设R(U)是属性集U上的一个关系模式， X、Y和Z是U的子集，并且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的值，这组值仅仅决定于X值而与Z值无关。,例子： 关系模式Teach(C,T,B),存在多值依赖 C T;给定的一对（C,B）值，有一组T的值,这组值仅仅决定于C值而与B值无关,平