10--ch6--关系数据库规范化理论.ppt

1、王建民 信息科学与技术学院 2011-4-14,数据库系统原理 Theory of Database System,-2-,17:53,问题的提出,Re：关系模式,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,-3-,17:53,问题的提出(Cont.),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。,-4-,17:53,问题的提出(Cont.),例：建立一个描述学校教务

2、的数据库，包括：学生的学号（Sno）、所在系（Sdept）、系主任姓名（Mname）、课程名（Cname）、成绩（Grade） 建立单一的关系模式 ： R(U, F) U Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade ,-5-,17:53,问题的提出(Cont.),U Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade 存在的问题 1. 数据冗余太大 2. 更新异常（Update Anomalies） 3. 插入异常（Insertion Anomalies） 4. 删除异常（Deletion Anomalies）,-6-,17:53,存在的问题,U Sno, Sd

3、ept, Mname, Cname, Grade 问题1：数据冗余太大 学生所在的系Sdept及其系主任姓名Mname多次重复出现。 系Sdept及其系主任姓名Mname不仅随着每个学生Sno重复出现，而且随着每个学生Sno选的每门课Cname重复出现。,-7-,17:53,存在的问题(Cont.),U Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade 存在的问题 1. 数据冗余太大 2. 更新问题（Update Anomalies） 3. 插入异常（Insertion Anomalies） 4. 删除异常（Deletion Anomalies）,-8-,17:53,存在的问题(

4、Cont.),U Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade 问题2：更新问题（Update Anomalies） 由于数据冗余问题，当更新数据时，需要很高的代价来保证数据库的一致性。 如更换系主任后，必须修改与该系学生有关的每一个元组中系主任姓名Mname。,-9-,17:53,存在的问题(Cont.),U Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade 存在的问题 1. 数据冗余太大 2. 更新问题（Update Anomalies） 3. 插入异常（Insertion Anomalies） 4. 删除异常（Deletion Anomalies）,-10

5、-,17:53,存在的问题(Cont.),U Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade 问题3： 插入异常（Insertion Anomalies） 如果学号Sno是码属性，则当一个系新成立但尚无学生时，其系Sdept及系主任姓名Mname就不能保存至数据库中。,-11-,17:53,存在的问题(Cont.),U Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade 存在的问题 1. 数据冗余太大 2. 更新问题（Update Anomalies） 3. 插入异常（Insertion Anomalies） 4. 删除异常（Deletion Anomalies）,

6、-12-,17:53,存在的问题(Cont.),U Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade 问题4： 删除异常（Deletion Anomalies） 如果某个系的学生全部毕业了，在删除该系学生信息的同时，该系Sdept及系主任姓名Mname也被删除了。,-13-,17:53,总 结,结论 R(U, F) ：USno, Sdept, Mname, Cname, Grade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 关系模式不够“规范”。,-14-,17:53,规范化,函数依赖 码 范式（Normal Form）

7、 1NF 2NF 3NF BCNF 多值依赖、 4NF 连接依赖、 5NF,-15-,17:53,第6章 关系数据库规范化理论,6.1 函数依赖 6.2 关系规范化,-16-,17:53,函数依赖(Functional Dependency),函数依赖 平凡函数依赖与非平凡函数依赖 完全函数依赖与部分函数依赖 传递函数依赖,-17-,17:53,函数依赖(Cont.),定义：如果有一个关系模式R(A1,A2,An)，X 和Y为A1,A2,An的子集，那么对于关系R中的任意一个X值，都只有一个Y 值与之对应，则称X函数决定Y，或Y函数依赖于X。记做： X Y,-18-,17:53,函数依赖(Co

8、nt.),例：Student（Sno, SName, Sdept, Sage） SnoSName SnoSdept SnoSage 例： SC（Sno, Cno, Grade） （Sno, Cno）Grade,-19-,17:53,学生-课程数据库,Student,SnoSName、SnoSdept、SnoSage,-20-,17:53,学生-课程数据库(Cont.),SC,（Sno, Cno）Grade,-21-,17:53,一些术语和符号,1. 如果XY，但Y不包含于X，则称XY是非平凡的函数依赖。 2. 如果XY，但Y包含于X，则称XY是平凡的函数依赖。 如不作特别说明，我们总是讨论非平

9、凡函数依赖。 3. 如果Y不函数依赖于X，则记作XY。 4. 如果XY，则称X为决定因子。 5. 如果XY，并且YX，则记作XY。,non trivial 非平凡的,trivial 平凡的,-22-,17:53,一些术语和符号(Cont.),6. 如果XY，并且对于X的一个任意真子集X 都有X Y，则称Y完全函数依赖于X，记作：,7.如果XY（YX）、YZ，则称Z传递函数依赖于X。记作：,如果XY成立，则称Y部分函数依赖于X，记作：,full dependency,partial dependency,transitive dependency,-23-,17:53,示例,例：关系模式： SC

10、(Sno,Sname,Cno,Credit,Grade) 则函数依赖关系有： SnoSname （Sno, Cno） Sname （Sno, Cno） Grade,-24-,17:53,示例(Cont.),例：关系模式： S(Sno,Sname,Dept,Dept_master) 函数依赖关系有：,由于：Sno Dept ，Dept Dept_master 所以有：Sno Dept_master,Sname,Sno,t,-25-,17:53,第6章 关系数据库规范化理论,6.1 函数依赖 6.2 关系规范化,-26-,17:53,关系规范化,关系模式中的码 范式,-27-,17:53,码,Re

11、： 实体联系模型：唯一标识实体的属性集称为码。 关系模式：码是表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。,-28-,17:53,关系模式中的码,候选码：设K为R (U,F)中的属性或属性组，若存在KU，则K为R的候选码。（K为决定R全部属性值的最小属性组）。 主码：关系R (U,F)中可能有多个候选码，则选其中一个作为主码。 全码：候选码为整个属性组。 主属性与非主属性：在R (U,F)中，包含在任一候选码中的属性称为主属性，不包含在任一候选码中的属性称为非主属性。,f,-29-,17:53,关系模式中的码(Cont.),S(Sno,Sdept,Sage)：单属性码Sno SC(Sno,Cno

12、,Grade)：(Sno,Cno)多属性码 主属性：SNO、CNO。非主属性：Grade。 R(P，W，A)：P：演奏者， W：作品，A：听众 一个演奏者可以演奏多个作品 某一作品可被多个演奏者演奏 听众可以欣赏不同演奏者的不同作品 码为(P，W，A)，即全码（All-Key）,-30-,17:53,关系模式中的码(Cont.),外码：用于关系表之间建立关联的属性（组）。 定义：若R(U，F)的属性（组）X(X U)是另一个关系S的码，则称X为R的外码。 Sno是关系模式S(Sno，Sdept，Sage)的码，在SC(Sno，Cno，Grade)中，Sno不是码，Sno是关系模式SC的外码。

13、主码与外部码一起提供了表示关系间联系的手段。,-31-,17:53,范式,关系模式满足不同标准化程度称为满足不同范式。 1971-1972年E.F.Codd系统提出了1NF、2NF、3NF。后来又和他人一起提出了BCNF、4NF、5NF。 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),-32-,17:53,范式(Cont.),各种范式之间存在联系： 某一关系模式R为第n范式，可简记为RnNF。 一个低一级范式的关系模式，通过模式分解可以转换为若干个高一级范式的关系模式的集合，这种过程就叫规范化。,-33-

14、,17:53,第一范式：1NF,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。,-34-,17:53,关系模式 S-L-C(Sno, Sdept, Sloc, Cno, Grade),例：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) F Grade Sno Sdept (Sno, Cno) P S

15、dept Sno Sloc (Sno, Cno) P Sloc Sdept Sloc,-35-,17:53,S-L-C不是一个好的关系模式,S-L-C(Sno, Sdept, Sloc, Cno, Grade) 码：(Sno，Cno) (1) 数据冗余度大 (2) 删除异常 (3) 插入异常 (4) 更新复杂,-36-,17:53,S-L-C不是一个好的关系模式(Cont.),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),-37-,17:53,第

16、二范式：2NF,2NF的定义 定义：若R1NF，且每一个非主属性完全函数依赖于码，则R2NF。 S-L-C(Sno, Sdept, Sloc, Cno, Grade) 1NF S-L-C(Sno, Sdept, Sloc, Cno, Grade) 2NF ？ 答案：S-L-C(Sno, Sdept, Sloc, Cno, Grade) 2NF ！ 原因：存在部分依赖 (Sno, Cno) P Sdept， (Sno, Cno) P Sloc。,1NF且没有部分依赖,-38-,17:53,第二范式：2NF (Cont.),解决办法：采用投影分解法将一个1NF的关系分解为多个2NF的关系，可以在一

17、定程度上减轻原1NF关系中存在的插入异常、删除异常、数据冗余度大、修改复杂等问题。 S-L-C(Sno, Sdept, Sloc, Cno, Grade) 2NF SC(Sno， Cno， Grade) 2NF S-L(Sno， Sdept， Sloc) 2NF,-39-,17:53,分解办法,首先，对于组成主码的属性集合的每一个子集，用它作为主码构成一个表。 然后，将依赖于这些主码的属性放置到相应的表中。 最后，去掉只由主码的子集构成的表。,-40-,17:53,分解： S-L-C(Sno, Sdept, Sloc, Cno, Grade),对于S-L-C表，首先分解为如下形式的三张表： S

18、-L（Sno，） C（Cno，） S-C（Sno, Cno,） 然后，将依赖于这些主码的属性放置到相应的表中 S-L（Sno，Sdept, Sloc） C（Cno） S-C（Sno, Cno, Grade） 最后，去掉只由主码的子集构成的表，最终分解为： S-L（Sno,Sdept, Sloc） S-C（Sno, Cno, Grade）,-41-,17:53,第二范式：2NF (Cont.),但是，将一个1NF关系分解为多个2NF的关系，并不能完全消除关系模式中的各种异常情况和数据冗余。 S-L(Sno， Sdept， Sloc) 2NF (1) 数据冗余 (2) 删除异常 (3) 插入异常

19、(4) 更新复杂,-42-,17:53,第三范式 ：3NF,3NF的定义 定义：关系模式R 中每一个非主属性既不部分依赖于码也不传递依赖于码，则称R 3NF。 或：R 2NF且非主属性不传递函数依赖于码。,1NF且没有部分依赖 没有传递依赖,2NF且没有传递依赖,-43-,17:53,第三范式 ： 3NF (Cont.),例：2NF关系模式S-L(Sno, Sdept, Sloc) 函数依赖： SnoSdept Sdept Sno SdeptSloc 因此： SnoSloc S-L中存在非主属性对码的传递函数依赖，S-L 3NF,t,-44-,17:53,第三范式 ： 3NF (Cont.),解决方法：采用投影分解法，把S-L分解为两个关系模式，以消除传递依赖。 分解过程 （1）对于不是候选码的每个决定因子，从表中删去依赖于它的所有属性； （2）新建一个表，新表中包含在原表中所有依赖于该决定因子的属性； （3）将决定因子作为新表的主码。,-45-,1