數(shù)據(jù)庫原理之關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論-課件

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1、An Introduction to Database System河 北 經(jīng) 貿(mào) 大 學 信 息 技 術(shù) 學 院 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 概 論An Introduction to Database System第 六 章 關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 理 論 An Introduction to Database System 第 六 章 關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 理 論6.1 問 題 的 提 出6.2 規(guī) 范 化6.3 數(shù) 據(jù) 依 賴 的 公 理 系 統(tǒng)*6.4 模 式 的 分 解6.5 小 結(jié) An Introduction to Database System 6.1 問 題 的 提 出關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 庫 邏

2、輯 設 計 針 對 具 體 問 題 ， 如 何 構(gòu) 造 一 個 適 合 于 它 的 數(shù) 據(jù) 模 式 即 應 該 構(gòu) 造 幾 個 關(guān) 系 模 式 ， 每 個 關(guān) 系 有 哪 些 屬 性 組 成 等 。 數(shù) 據(jù) 庫 邏 輯 設 計 的 工 具 關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 庫 的 規(guī) 范 化 理 論 An Introduction to Database System 問 題 的 提 出一 、 概 念 回 顧二 、 關(guān) 系 模 式 的 形 式 化 定 義三 、 什 么 是 數(shù) 據(jù) 依 賴四 、 關(guān) 系 模 式 的 簡 化 定 義五 、 數(shù) 據(jù) 依 賴 對 關(guān) 系 模 式 影 響 An Introduction

3、to Database System 一 、 概 念 回 顧v 關(guān) 系 ： 描 述 實 體 、 屬 性 、 實 體 間 的 聯(lián) 系 。 從 形 式 上 看 ， 它 是 一 張 二 維 表 ， 是 所 涉 及 屬 性 的 笛 卡 爾 積 的一 個 子 集 。v 關(guān) 系 模 式 ： 用 來 定 義 關(guān) 系 。v 關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 庫 ： 基 于 關(guān) 系 模 型 的 數(shù) 據(jù) 庫 ， 利 用 關(guān) 系 來 描 述 現(xiàn) 實 世 界 。 從 形 式 上 看 ， 它 由 一 組 關(guān) 系 組 成 。v 關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 庫 的 模 式 ： 定 義 這 組 關(guān) 系 的 關(guān) 系 模 式 的 全 體 。 An Intro

4、duction to Database System 二 、 關(guān) 系 模 式 的 形 式 化 定 義關(guān) 系 模 式 由 五 部 分 組 成 ， 即 它 是 一 個 五 元 組 ： R(U, D, DOM, F)R： 關(guān) 系 名U： 組 成 該 關(guān) 系 的 屬 性 名 集 合D： 屬 性 組 U中 屬 性 所 來 自 的 域DOM： 屬 性 向 域 的 映 象 集 合F： 屬 性 間 數(shù) 據(jù) 的 依 賴 關(guān) 系 集 合 An Introduction to Database System 三 、 關(guān) 系 模 式 的 簡 化 表 示v關(guān) 系 模 式 R（ U, D, DOM, F） 簡 化 為 一

5、 個 三 元 組 ： R（ U, F）v當 且 僅 當 U上 的 一 個 關(guān) 系 r滿 足 F時 ， r稱 為 關(guān) 系 模 式 R（ U, F） 的 一 個 關(guān) 系 An Introduction to Database System 四 、 什 么 是 數(shù) 據(jù) 依 賴1. 完 整 性 約 束 的 表 現(xiàn) 形 式v限 定 屬 性 取 值 范 圍 ： 例 如 學 生 成 績 必 須 在 0-100之 間v定 義 屬 性 值 間 的 相 互 關(guān) 連 （ 主 要 體 現(xiàn) 于 值 的 相 等 與否 ） ， 這 就 是 數(shù) 據(jù) 依 賴 ， 它 是 數(shù) 據(jù) 庫 模 式 設 計 的 關(guān) 鍵 An Intro

6、duction to Database System 什 么 是 數(shù) 據(jù) 依 賴 （ 續(xù) ）2. 數(shù) 據(jù) 依 賴v一 個 關(guān) 系 內(nèi) 部 屬 性 與 屬 性 之 間 的 約 束 關(guān) 系v現(xiàn) 實 世 界 屬 性 間 相 互 聯(lián) 系 的 抽 象v數(shù) 據(jù) 內(nèi) 在 的 性 質(zhì)v語 義 的 體 現(xiàn) An Introduction to Database System 什 么 是 數(shù) 據(jù) 依 賴 （ 續(xù) ）3. 數(shù) 據(jù) 依 賴 的 類 型v函 數(shù) 依 賴 （ Functional Dependency， 簡 記 為 FD）v多 值 依 賴 （ Multivalued Dependency， 簡 記 為 M

7、VD）v其 他 An Introduction to Database System 五 、 數(shù) 據(jù) 依 賴 對 關(guān) 系 模 式 的 影 響例 1建 立 一 個 描 述 學 校 教 務 的 數(shù) 據(jù) 庫 ：學 生 的 學 號 （ Sno） 、 所 在 系 （ Sdept）系 主 任 姓 名 （ Mname） 、 課 程 名 （ Cname）成 績 （ Grade）單 一 的 關(guān) 系 模 式 ： Student U Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade An Introduction to Database System 數(shù) 據(jù) 依 賴 對 關(guān) 系 模 式 的 影 響 （

8、 續(xù) ） 屬 性 組 U上 的 一 組 函 數(shù) 依 賴 F： F Sno Sdept, Sdept Mname, (Sno, Cname) Grade Sno CnameSdept Mname Grade An Introduction to Database System 關(guān) 系 模 式 Student中 存 在 的 問 題1. 數(shù) 據(jù) 冗 余 太 大 浪 費 大 量 的 存 儲 空 間 例 ： 每 一 個 系 主 任 的 姓 名 重 復 出 現(xiàn)2. 更 新 異 常 （ Update Anomalies）數(shù) 據(jù) 冗 余 ， 更 新 數(shù) 據(jù) 時 ， 維 護 數(shù) 據(jù) 完 整 性 代 價 大 。例

9、 ： 某 系 更 換 系 主 任 后 ， 系 統(tǒng) 必 須 修 改 與 該 系 學 生 有關(guān) 的 每 一 個 元 組 An Introduction to Database System 關(guān) 系 模 式 Student中 存 在 的 問 題 插 入 異 常 （ Insertion Anomalies） 該 插 的 數(shù) 據(jù) 插 不 進 去 例 ， 如 果 一 個 系 剛 成 立 ， 尚 無 學 生 ， 我 們 就 無 法 把 這 個 系 及 其 系主 任 的 信 息 存 入 數(shù) 據(jù) 庫 。 刪 除 異 常 （ Deletion Anomalies） 不 該 刪 除 的 數(shù) 據(jù) 不 得 不 刪例 ，

10、 如 果 某 個 系 的 學 生 全 部 畢 業(yè) 了 ， 我 們 在 刪 除 該 系 學 生 信 息 的同 時 ， 把 這 個 系 及 其 系 主 任 的 信 息 也 丟 掉 了 。 An Introduction to Database System 數(shù) 據(jù) 依 賴 對 關(guān) 系 模 式 的 影 響 （ 續(xù) ）結(jié) 論 ：n Student關(guān) 系 模 式 不 是 一 個 好 的 模 式 。n “ 好 ” 的 模 式 ：不 會 發(fā) 生 插 入 異 常 、 刪 除 異 常 、 更 新 異 常 ，數(shù) 據(jù) 冗 余 應 盡 可 能 少原 因 ： 由 存 在 于 模 式 中 的 某 些 數(shù) 據(jù) 依 賴 引

11、起 的解 決 方 法 ： 通 過 分 解 關(guān) 系 模 式 來 消 除 其 中 不 合 適 的 數(shù) 據(jù) 依 賴 An Introduction to Database System 分 解 關(guān) 系 模 式v把 這 個 單 一 模 式 分 成 3個 關(guān) 系 模 式 ： S（ Sno， Sdept） Sno Sdept SC（ Sno， Cno， Grade） （ Sno， Cno） Grade DEPT（ Sdept， Mname） Sdept Mname An Introduction to Database System 第 六 章 關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 理 論6.1 問 題 的 提 出6.2 規(guī)

12、范 化6.3 數(shù) 據(jù) 依 賴 的 公 理 系 統(tǒng)*6.4 模 式 的 分 解6.5 小 結(jié) An Introduction to Database System 6.2 規(guī) 范 化 規(guī) 范 化 理 論 正 是 用 來 改 造 關(guān) 系 模 式 ， 通 過 分 解 關(guān) 系 模 式 來消 除 其 中 不 合 適 的 數(shù) 據(jù) 依 賴 ， 以 解 決 插 入 異 常 、 刪 除 異 常 、更 新 異 常 和 數(shù) 據(jù) 冗 余 問 題 。 An Introduction to Database System 6.2 規(guī) 范 化6.2.1 函 數(shù) 依 賴6.2.2 碼6.2.3 范 式6.2.4 2NF6.2

13、.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多 值 依 賴6.2.8 4NF6.2.9 規(guī) 范 化 小 結(jié) An Introduction to Database System 6.2.1 函 數(shù) 依 賴v函 數(shù) 依 賴v平 凡 的 函 數(shù) 依 賴 與 非 平 凡 的 函 數(shù) 依 賴v完 全 函 數(shù) 依 賴 與 部 分 函 數(shù) 依 賴v傳 遞 函 數(shù) 依 賴 An Introduction to Database System 一 、 函 數(shù) 依 賴定 義 6.1 設 R(U)是 一 個 屬 性 集 U上 的 關(guān) 系 模 式 ， X和 Y是 U的子 集 。 若 對 于 R(U)的 任 意 一

14、個 可 能 的 關(guān) 系 r， r中 不 可 能 存 在 兩 個元 組 在 X上 的 屬 性 值 相 等 ， 而 在 Y上 的 屬 性 值 不 等 ， 則 稱 “ X函 數(shù) 確 定 Y” 或 “ Y函 數(shù) 依 賴 于 X”， 記 作 XY。 An Introduction to Database System 說 明 ： 1. 函 數(shù) 依 賴 不 是 指 關(guān) 系 模 式 R的 某 個 或 某 些 關(guān) 系 實 例 滿 足 的約 束 條 件 ， 而 是 指 R的 所 有 關(guān) 系 實 例 均 要 滿 足 的 約 束 條 件 。2. 函 數(shù) 依 賴 是 語 義 范 疇 的 概 念 。 只 能 根 據(jù) 數(shù)

15、 據(jù) 的 語 義 來 確 定函 數(shù) 依 賴 。 例 如 “ 姓 名 年 齡 ” 這 個 函 數(shù) 依 賴 只 有 在 不 允 許 有 同 名 人的 條 件 下 成 立3. 數(shù) 據(jù) 庫 設 計 者 可 以 對 現(xiàn) 實 世 界 作 強 制 的 規(guī) 定 。 例 如 規(guī) 定 不允 許 同 名 人 出 現(xiàn) ， 函 數(shù) 依 賴 “ 姓 名 年 齡 ” 成 立 。 所 插 入的 元 組 必 須 滿 足 規(guī) 定 的 函 數(shù) 依 賴 ， 若 發(fā) 現(xiàn) 有 同 名 人 存 在 ， 則 拒 絕 裝 入 該 元 組 。 An Introduction to Database System 在 關(guān) 系 模 式 R(U)中

16、， 對 于 U的 子 集 X和 Y，如 果 XY， 但 Y X， 則 稱 XY是 非 平 凡 的 函 數(shù) 依 賴若 XY， 但 Y X, 則 稱 XY是 平 凡 的 函 數(shù) 依 賴v 例 ： 在 關(guān) 系 SC(Sno, Cno, Grade)中 ， 非 平 凡 函 數(shù) 依 賴 ： (Sno, Cno) Grade 平 凡 函 數(shù) 依 賴 ： (Sno, Cno) Sno (Sno, Cno) Cno An Introduction to Database System 平 凡 函 數(shù) 依 賴 與 非 平 凡 函 數(shù) 依 賴 （ 續(xù) ） 若 XY， 則 X稱 為 這 個 函 數(shù) 依 賴 的 決

17、定 屬 性 組 ， 也稱 為 決 定 因 素 （ Determinant） 。 若 XY， YX， 則 記 作 XY。 若 Y不 函 數(shù) 依 賴 于 X， 則 記 作 XY。 An Introduction to Database System 三 、 完 全 函 數(shù) 依 賴 與 部 分 函 數(shù) 依 賴定 義 6.2 在 R(U)中 ， 如 果 XY， 并 且 對 于 X的 任 何 一 個 真子 集 X， 都 有 X Y, 則 稱 Y對 X完 全 函 數(shù) 依 賴 ， 記 作 X F Y。 若 XY， 但 Y不 完 全 函 數(shù) 依 賴 于 X， 則 稱 Y對 X部 分 函 數(shù)依 賴 ， 記 作

18、X P Y。 An Introduction to Database System 完 全 函 數(shù) 依 賴 與 部 分 函 數(shù) 依 賴 （ 續(xù) ）例 1 中 (Sno,Cno)Grade是 完 全 函 數(shù) 依 賴 ， (Sno,Cno)Sdept是 部 分 函 數(shù) 依 賴 因 為 Sno Sdept成 立 ， 且 Sno是 （ Sno， Cno）的 真 子 集 FP An Introduction to Database System 四 、 傳 遞 函 數(shù) 依 賴定 義 6.3 在 R(U)中 ， 如 果 XY， (Y X) ,YX YZ， 則 稱 Z對 X傳 遞 函 數(shù) 依 賴 。 記 為

19、 ： X Z 注 : 如 果 YX， 即 XY， 則 Z直 接 依 賴 于 X。例 : 在 關(guān) 系 Std(Sno, Sdept, Mname)中 ， 有 ： Sno Sdept， Sdept Mname Mname傳 遞 函 數(shù) 依 賴 于 Sno傳 遞 An Introduction to Database System 6.2 規(guī) 范 化6.2.1 函 數(shù) 依 賴6.2.2 碼6.2.3 范 式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多 值 依 賴6.2.8 4NF6.2.9 規(guī) 范 化 小 結(jié) An Introduction to Database Syst

20、em 6.2.2 碼定 義 6.4 設 K為 R中 的 屬 性 或 屬 性 組 合 。 若 K U， 則 K稱 為 R的 侯 選 碼 （ Candidate Key） 。 若 候 選 碼 多 于 一 個 ， 則 選 定 其 中 的 一 個 做 為 主 碼（ Primary Key） 。 F An Introduction to Database System 碼 （ 續(xù) ）v主 屬 性 與 非 主 屬 性 包 含 在 任 何 一 個 候 選 碼 中 的 屬 性 ， 稱 為 主 屬 性 （ Prime attribute） 不 包 含 在 任 何 碼 中 的 屬 性 稱 為 非 主 屬 性 （

21、Nonprime attribute） 或 非 碼 屬 性 （ Non-key attribute） v全 碼 整 個 屬 性 組 是 碼 ， 稱 為 全 碼 （ All-key） An Introduction to Database System 碼 （ 續(xù) ）例 2 關(guān) 系 模 式 S(Sno,Sdept,Sage)， 單 個 屬 性 Sno是 碼 ， SC（ Sno， Cno， Grade） 中 ， （ Sno， Cno） 是 碼例 3 關(guān) 系 模 式 R（ P， W， A） P： 演 奏 者 W： 作 品 A： 聽 眾 一 個 演 奏 者 可 以 演 奏 多 個 作 品 某 一 作

22、品 可 被 多 個 演 奏 者 演 奏 聽 眾 可 以 欣 賞 不 同 演 奏 者 的 不 同 作 品關(guān) 系 模 式 R的 碼 為 (P， W， A)， 即 All-Key An Introduction to Database System 外 部 碼定 義 6.5 關(guān) 系 模 式 R 中 屬 性 或 屬 性 組 X 并 非 R的 碼 ， 但 X 是 另 一 個 關(guān) 系 模 式 的 碼 ， 則 稱 X 是 R 的 外 部 碼（ Foreign key） 也 稱 外 碼v如 在 SC（ Sno， Cno， Grade） 中 ， Sno不 是 碼 ， 但Sno是 關(guān) 系 模 式 S（ Sno，

23、Sdept， Sage） 的 碼 ， 則Sno是 關(guān) 系 模 式 SC的 外 部 碼 v主 碼 與 外 部 碼 一 起 提 供 了 表 示 關(guān) 系 間 聯(lián) 系 的 手 段 An Introduction to Database System 6.2 規(guī) 范 化6.2.1 函 數(shù) 依 賴6.2.2 碼6.2.3 范 式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多 值 依 賴6.2.8 4NF6.2.9 規(guī) 范 化 小 結(jié) An Introduction to Database System 6.2.3 范 式v范 式 是 符 合 某 一 種 級 別 的 關(guān) 系 模 式

24、的 集 合v關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 庫 中 的 關(guān) 系 必 須 滿 足 一 定 的 要 求 。 滿 足 不 同 程 度要 求 的 為 不 同 范 式v范 式 的 種 類 ：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) An Introduction to Database System 6.2.3 范 式v各 種 范 式 之 間 存 在 聯(lián) 系 ：v某 一 關(guān) 系 模 式 R為 第 n范 式 ， 可 簡 記 為 R nNF。v一 個 低 一 級 范 式 的 關(guān) 系 模 式 ， 通 過 模 式

25、 分 解 可 以 轉(zhuǎn) 換 為 若干 個 高 一 級 范 式 的 關(guān) 系 模 式 的 集 合 ， 這 種 過 程 就 叫 規(guī) 范 化 NF5NF4BCNFNF3NF2NF1 An Introduction to Database System5NF4NFBCNF 3NF2NF1NF各種范式之間的聯(lián)系 An Introduction to Database System 6.2 規(guī) 范 化6.2.1 函 數(shù) 依 賴6.2.2 碼6.2.3 范 式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多 值 依 賴6.2.8 4NF6.2.9 規(guī) 范 化 小 結(jié) An Introduc

26、tion to Database System 6.2.4 2NFv1NF的 定 義 如 果 一 個 關(guān) 系 模 式 R的 所 有 屬 性 都 是 不 可 分 的 基 本 數(shù) 據(jù) 項 ，則 R 1NFv第 一 范 式 是 對 關(guān) 系 模 式 的 最 起 碼 的 要 求 。 不 滿 足 第 一 范 式的 數(shù) 據(jù) 庫 模 式 不 能 稱 為 關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 庫v但 是 滿 足 第 一 范 式 的 關(guān) 系 模 式 并 不 一 定 是 一 個 好 的 關(guān) 系 模式 An Introduction to Database System 2NF（ 續(xù) ）例 4 關(guān) 系 模 式 S-L-C(Sno, Sde

27、pt, Sloc, Cno, Grade) Sloc為 學 生 住 處 ， 假 設 每 個 系 的 學 生 住 在 同 一 個 地 方v函 數(shù) 依 賴 包 括 ： (Sno, Cno) F Grade Sno Sdept (Sno, Cno) P Sdept Sno Sloc (Sno, Cno) P Sloc Sdept Sloc An Introduction to Database System 2NF（ 續(xù) ）v S-L-C的 碼 為 (Sno, Cno)v S-L-C滿 足 第 一 范 式 。 v 非 主 屬 性 Sdept和 Sloc部 分 函 數(shù) 依 賴 于 碼 (Sno, Cn

28、o)SnoCnoGrade SdeptSlocS-L-C An Introduction to Database System S-L-C不 是 一 個 好 的 關(guān) 系 模 式(1) 插 入 異 常假 設 Sno 95102， Sdept IS， Sloc N的 學 生 還 未選 課 ， 因 課 程 號 是 主 屬 性 ， 因 此 該 學 生 的 信 息 無 法 插入 SLOC。(2) 刪 除 異 常 假 定 某 個 學 生 本 來 只 選 修 了 3號 課 程 這 一 門 課 。 現(xiàn) 在 因身 體 不 適 ， 他 連 3號 課 程 也 不 選 修 了 。 因 課 程 號 是 主 屬性 ， 此

29、 操 作 將 導 致 該 學 生 信 息 的 整 個 元 組 都 要 刪 除 。 An Introduction to Database System SLC不 是 一 個 好 的 關(guān) 系 模 式(3) 數(shù) 據(jù) 冗 余 度 大 如 果 一 個 學 生 選 修 了 10門 課 程 ， 那 么 他 的 Sdept和Sloc值 就 要 重 復 存 儲 了 10次 。(4) 修 改 復 雜 例 如 學 生 轉(zhuǎn) 系 ， 在 修 改 此 學 生 元 組 的 Sdept值 的 同時 ， 還 可 能 需 要 修 改 住 處 （ Sloc） 。 如 果 這 個 學 生選 修 了 K門 課 ， 則 必 須 無 遺

30、 漏 地 修 改 K個 元 組 中 全部 Sdept、 Sloc信 息 。 An Introduction to Database System S-L-C不 是 一 個 好 的 關(guān) 系 模 式 （ 續(xù) ）v原 因 Sdept、 Sloc部 分 函 數(shù) 依 賴 于 碼 。v解 決 方 法 S-L-C分 解 為 兩 個 關(guān) 系 模 式 ， 以 消 除 這 些 部 分 函 數(shù) 依 賴 SC（ Sno， Cno， Grade） S-L（ Sno， Sdept， Sloc） An Introduction to Database System 2NF（ 續(xù) ）函 數(shù) 依 賴 圖 ： SnoCnoGra

31、deSC S-LSno SdeptSlocv關(guān) 系 模 式 SC的 碼 為 （ Sno， Cno）v關(guān) 系 模 式 S-L的 碼 為 Snov這 樣 非 主 屬 性 對 碼 都 是 完 全 函 數(shù) 依 賴 An Introduction to Database System 2NF（ 續(xù) ）v2NF的 定 義定 義 6.6 若 R 1NF， 且 每 一 個 非 主 屬 性 完 全 函 數(shù) 依 賴 于碼 ， 則 R 2NF。 即 消 除 非 主 屬 性 對 碼 的 部 分 依 賴 。例 ： S-L-C(Sno, Sdept, Sloc, Cno, Grade) 1NF S-L-C(Sno, Sd

32、ept, Sloc, Cno, Grade) 2NF SC（ Sno， Cno， Grade） 2NF S-L（ Sno， Sdept， Sloc） 2NF An Introduction to Database System 2NF（ 續(xù) ）v采 用 投 影 分 解 法 將 一 個 1NF的 關(guān) 系 分 解 為 多 個 2NF的 關(guān) 系 ，可 以 在 一 定 程 度 上 減 輕 原 1NF關(guān) 系 中 存 在 的 插 入 異 常 、 刪除 異 常 、 數(shù) 據(jù) 冗 余 度 大 、 修 改 復 雜 等 問 題 。v將 一 個 1NF關(guān) 系 分 解 為 多 個 2NF的 關(guān) 系 ， 并 不 能 完

33、全 消 除關(guān) 系 模 式 中 的 各 種 異 常 情 況 和 數(shù) 據(jù) 冗 余 。 An Introduction to Database System 6.2 規(guī) 范 化6.2.1 函 數(shù) 依 賴6.2.2 碼6.2.3 范 式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多 值 依 賴6.2.8 4NF6.2.9 規(guī) 范 化 小 結(jié) An Introduction to Database System 6.2.5 3NFv3NF的 定 義定 義 6.7 關(guān) 系 模 式 R 中 若 不 存 在 這 樣 的 碼 X、 屬 性組 Y及 非 主 屬 性 Z（ Z Y） , 使

34、得 XY， YZ成 立 ， Y X， 則 稱 R 3NF。n若 R 3NF， 則 每 一 個 非 主 屬 性 既 不 部 分 依 賴 于 碼 也 不傳 遞 依 賴 于 碼 。 即 (2NF基 礎 上 )消 除 非 主 屬 性 對 碼 的 傳 遞 依 賴 。 An Introduction to Database System 3NF（ 續(xù) ）例 ： 2NF關(guān) 系 模 式 S-L(Sno, Sdept, Sloc)中 函 數(shù) 依 賴 ： SnoSdept Sdept Sno SdeptSloc 可 得 ： SnoSloc， 即 S-L中 存 在 非 主 屬 性 對 碼 的 傳 遞 函 數(shù) 依 賴

35、 ， S-L 3NF 傳 遞 An Introduction to Database System 3NF（ 續(xù) ）函 數(shù) 依 賴 圖 ：S-LSno SdeptSloc An Introduction to Database System 3NF（ 續(xù) ）v解 決 方 法 采 用 投 影 分 解 法 ， 把 S-L分 解 為 兩 個 關(guān) 系 模 式 ， 以 消除 傳 遞 函 數(shù) 依 賴 ： S-D（ Sno， Sdept） D-L（ Sdept， Sloc）S-D的 碼 為 Sno， D-L的 碼 為 Sdept。 n 分 解 后 的 關(guān) 系 模 式 S-D與 D-L中 不 再 存 在 傳

36、遞 依 賴 An Introduction to Database System 3NF（ 續(xù) ）S-D的 碼 為 Sno， D-L的 碼 為 SdeptSno SdeptS-D Sdept SlocD-Lv S-L(Sno, Sdept, Sloc) 2NF S-L(Sno, Sdept, Sloc) 3NF S-D(Sno， Sdept) 3NFD-L(Sdept， Sloc) 3NF An Introduction to Database System 3NF（ 續(xù) ）v 采 用 投 影 分 解 法 將 一 個 2NF的 關(guān) 系 分 解 為 多 個 3NF的 關(guān) 系 ， 可以 在 一 定

37、 程 度 上 解 決 原 2NF關(guān) 系 中 存 在 的 插 入 異 常 、 刪 除 異 常 、數(shù) 據(jù) 冗 余 度 大 、 修 改 復 雜 等 問 題 。v 將 一 個 2NF關(guān) 系 分 解 為 多 個 3NF的 關(guān) 系 后 ， 仍 然 不 能 完 全 消 除關(guān) 系 模 式 中 的 各 種 異 常 情 況 和 數(shù) 據(jù) 冗 余 。 An Introduction to Database System 學 號 姓 名 年 齡 性 別 系 號 系 名1001 王 靜 18 女 1 通 信 工 程2001 張 路 19 女 2 電 子 工 程2002 李 遠 20 男 2 電 子 工 程3001 王 燁

38、 21 男 3 計 算 機3004 張 路 20 女 3 計 算 機3005 孫 小 明 19 男 3 計 算 機習 題 1：如 下 表 學 生 關(guān) 系 S， 試 問 S是 否 屬 于 3NF? 為 什 么 ？若 不 是 ， 它 屬 于 第 幾 范 式 ？ 并 將 其 規(guī) 范 化 為 3NF。 An Introduction to Database System v解 ： 關(guān) 系 模 式 S（ 學 號 ， 姓 名 ， 年 齡 ， 性 別 ， 系 號 ， 系 名 ） 函 數(shù) 依 賴 ： 學 號 姓 名 ， 學 號 年 齡 ， 學 號 性 別 ， 學 號 系 號 ， 學 號 系 名 系 號 系 名

39、 不 存 在 非 主 屬 性 對 碼 的 部 分 依 賴 ， 但 存 在 非 主 屬 性 對碼 的 傳 遞 依 賴 ， 所 以 S 2NF,但 S 3NF。 模 式 分 解 為 ： S1（ 學 號 ， 姓 名 ， 年 齡 ， 性 別 ， 系 號 ） S2（ 系 號 ， 系 名 ） An Introduction to Database System 6.2 規(guī) 范 化6.2.1 函 數(shù) 依 賴6.2.2 碼6.2.3 范 式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多 值 依 賴6.2.8 4NF6.2.9 規(guī) 范 化 小 結(jié) An Introduction to D

40、atabase System 6.2.6 BC范 式 （ BCNF）v定 義 6.8 關(guān) 系 模 式 R 1NF， 若 XY且Y X時 X必 含 有 碼 ， 則 R BCNF。v等 價 于 ： 每 一 個 決 定 屬 性 因 素 都 包 含 碼 。 即 （ 3NF基 礎 上 ） 消 除 主 屬 性 對 碼 的 部分 和 傳 遞 依 賴 。 An Introduction to Database System BCNF（ 續(xù) ）v若 R BCNF 所 有 非 主 屬 性 對 每 一 個 碼 都 是 完 全 函 數(shù) 依 賴 所 有 的 主 屬 性 對 每 一 個 不 包 含 它 的 碼 ， 也 是

41、 完 全 函 數(shù)依 賴 沒 有 任 何 屬 性 完 全 函 數(shù) 依 賴 于 非 碼 的 任 何 一 組 屬 性vR BCNF R 3NF充 分 不 必 要 An Introduction to Database System BCNF（ 續(xù) ）例 5 關(guān) 系 模 式 C（ Cno， Cname， Pcno）n C 3NFn C BCNF例 6 關(guān) 系 模 式 S（ Sno， Sname， Sdept， Sage）n 假 定 S有 兩 個 碼 Sno， Snamen S 3NF。 n S BCNF An Introduction to Database System BCNF（ 續(xù) ） 例 7

42、關(guān) 系 模 式 SJP（ S， J， P） S表 示 學 生 ， J表 示 課 程 ， P表示 名 次n函 數(shù) 依 賴 ： （ S， J） P； (J， P） Sn（ S， J） 與 （ J， P） 都 可 以 作 為 候 選 碼 ， 屬 性 相 交nSJP 3NF，nSJP BCNF An Introduction to Database System BCNF（ 續(xù) ）例 8在 關(guān) 系 模 式 STJ（ S， T， J） 中 ， S表 示 學 生 ， T表示 教 師 ， J表 示 課 程 。 函 數(shù) 依 賴 ： (S， J)T， (S， T)J， TJ (S， J)和 (S， T)都 是

43、候 選 碼 An Introduction to Database System BCNF（ 續(xù) ） JSJ T STSTJ中 的 函 數(shù) 依 賴 An Introduction to Database System BCNF（ 續(xù) ）vSTJ 3NF 沒 有 任 何 非 主 屬 性 對 碼 傳 遞 依 賴 或 部 分 依 賴 vSTJ BCNF T是 決 定 因 素 ， T不 包 含 碼 An Introduction to Database System BCNF（ 續(xù) ）v解 決 方 法 ： 將 STJ分 解 為 二 個 關(guān) 系 模 式 ： ST(S， T) BCNF， TJ(T， J)

44、 BCNF 沒 有 任 何 屬 性 對 碼 的 部 分 函 數(shù) 依 賴 和 傳 遞 函 數(shù) 依 賴S TST T JTJ An Introduction to Database System 3NF與 BCNF的 關(guān) 系vR BCNF R 3NFv如 果 R 3NF， 且 R只 有 一 個 候 選 碼 R BCNF R 3NF充 分不 必 要充 分必 要 An Introduction to Database System 6.2 規(guī) 范 化6.2.1 函 數(shù) 依 賴6.2.2 碼6.2.3 范 式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多 值 依 賴6.2.8 4

45、NF6.2.9 規(guī) 范 化 小 結(jié) An Introduction to Database System 6.2.7 多 值 依 賴例 9 學 校 中 某 一 門 課 程 由 多 個 教 師 講 授 ， 他 們 使 用相 同 的 一 套 參 考 書 。 每 個 教 員 可 以 講 授 多 門 課 程 ，每 種 參 考 書 可 以 供 多 門 課 程 使 用 。 An Introduction to Database System 課 程 C 教 員 T 參 考 書 B 物 理數(shù) 學 計 算 數(shù) 學 李 勇王 軍 李 勇張 平 張 平 周 峰 普 通 物 理 學光 學 原 理 物 理 習 題 集

46、數(shù) 學 分 析微 分 方 程高 等 代 數(shù)數(shù) 學 分 析. 多 值 依 賴 （ 續(xù) ）v 非 規(guī) 范 化 關(guān) 系 An Introduction to Database System 普 通 物 理 學光 學 原 理物 理 習 題 集普 通 物 理 學光 學 原 理物 理 習 題 集數(shù) 學 分 析微 分 方 程高 等 代 數(shù)數(shù) 學 分 析微 分 方 程高 等 代 數(shù)李 勇李 勇李 勇王 軍王 軍王 軍李 勇李 勇李 勇張 平張 平張 平 物 理物 理物 理物 理物 理物 理數(shù) 學數(shù) 學數(shù) 學數(shù) 學數(shù) 學數(shù) 學 參 考 書 B教 員 T課 程 C 多 值 依 賴 （ 續(xù) ）v 用 二 維 表 表

47、 示 Teaching An Introduction to Database System 多 值 依 賴 （ 續(xù) ）vTeaching BCNFvTeaching具 有 唯 一 候 選 碼 (C， T， B)， 即 全 碼 An Introduction to Database System 多 值 依 賴 （ 續(xù) ） Teaching模 式 中 存 在 的 問 題(1)數(shù) 據(jù) 冗 余 度 大 (2)插 入 操 作 復 雜(3) 刪 除 操 作 復 雜(4) 修 改 操 作 復 雜 存 在多 值 依 賴 An Introduction to Database System 多 值 依 賴

48、（ 續(xù) ）v 定 義 6.9 設 R(U)是 一 個 屬 性 集 U上 的 一 個 關(guān) 系 模 式 ， X、 Y和 Z是 U的 子集 ， 并 且 Z U X Y。 關(guān) 系 模 式 R(U)中 多 值 依 賴 XY成 立 ，當 且 僅 當 對 R(U)的 任 一 關(guān) 系 r， 給 定 的 一 對 （ x， z） 值 ， 有 一組 Y的 值 ， 這 組 值 僅 僅 決 定 于 x值 而 與 z值 無 關(guān)v 例 Teaching（ C, T, B） An Introduction to Database System 多 值 依 賴 （ 續(xù) ）v平 凡 的 多 值 依 賴 和 非 平 凡 的 多 值

49、 依 賴 若 XY， 而 Z ， 則 稱 XY為 平 凡 的 多 值 依 賴 否 則 稱 XY為 非 平 凡 的 多 值 依 賴 An Introduction to Database System 多 值 依 賴 （ 續(xù) ） 例 10 關(guān) 系 模 式 WSC（ W， S， C）n W表 示 倉 庫 ， S表 示 保 管 員 ， C表 示 商 品n 假 設 每 個 倉 庫 有 若 干 個 保 管 員 ， 有 若 干 種 商 品 n 每 個 保 管 員 保 管 所 在 的 倉 庫 的 所 有 商 品n 每 種 商 品 被 所 有 保 管 員 保 管 An Introduction to Data

50、base System 多 值 依 賴 （ 續(xù) ）W S CW1 S1 C1W1 S1 C2W1 S1 C3W1 S2 C1W1 S2 C2W1 S2 C3W2 S3 C4W2 S3 C5 W2 S4 C4W2 S4 C5 An Introduction to Database System 多 值 依 賴 （ 續(xù) ）WS且 WC用 下 圖 表 示 這 種 對 應 An Introduction to Database System 多 值 依 賴 的 性 質(zhì)（ 1） 多 值 依 賴 具 有 對 稱 性若 XY， 則 XZ， 其 中 Z U X Y（ 2） 多 值 依 賴 具 有 傳 遞 性若

51、 XY， YZ， 則 XZ Y（ 3） 函 數(shù) 依 賴 是 多 值 依 賴 的 特 殊 情 況 。若 XY， 則 XY。（ 4） 若 XY， XZ， 則 XY Z。（ 5） 若 XY， XZ， 則 XYZ。（ 6） 若 XY， XZ， 則 XY-Z， XZ -Y。 An Introduction to Database System 多 值 依 賴 與 函 數(shù) 依 賴 的 區(qū) 別(1) 多 值 依 賴 的 有 效 性 與 屬 性 集 的 范 圍 有 關(guān) 若 XY在 U上 成 立 則 在 W(XY W U)上 一 定 成 立 ；反 之 則 不 然 ， 即 XY在 W（ W U） 上 成 立 ，

52、在 U上并 不 一 定 成 立 。 這 是 因 為 多 值 依 賴 的 定 義 中 不 僅 涉 及 屬性 組 X和 Y， 而 且 涉 及 U中 其 余 屬 性 Z。(2) 若 函 數(shù) 依 賴 XY在 R（ U） 上 成 立 ， 則 對 于 任 何 Y Y均有 XY 成 立 。 而 多 值 依 賴 XY若 在 R(U)上 成 立 ， 不 能 斷 言 對 于 任 何Y Y有 XY 成 立 。 An Introduction to Database System 6.2 規(guī) 范 化6.2.1 函 數(shù) 依 賴6.2.2 碼6.2.3 范 式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2

53、.7 多 值 依 賴6.2.8 4NF6.2.9 規(guī) 范 化 小 結(jié) An Introduction to Database System 6.2.8 4NFv定 義 6.10 關(guān) 系 模 式 R 1NF， 如 果 對 于 R的 每 個非 平 凡 多 值 依 賴 XY（ Y X） ， X都 含 有 碼 ， 則R 4NF。v如 果 R 4NF， 則 R BCNFn 不 允 許 有 非 平 凡 且 非 函 數(shù) 依 賴 的 多 值 依 賴 n 允 許 的 非 平 凡 多 值 依 賴 是 函 數(shù) 依 賴即 消 除 非 平 凡 且 非 函 數(shù) 依 賴 的 多 值 依 賴 。 An Introductio

54、n to Database System 6.2.8 4NF（ 續(xù) ）函 數(shù) 依 賴非 函 數(shù) 依 賴平凡 非平凡消 除 非 平 凡 且 非 函 數(shù) 依 賴 的 多 值 依 賴 （ 即 要 么 是 平 凡 的 多 值 依 賴 ， 要 么 是 函 數(shù) 依 賴 ；4NF所 允 許 的 非 平 凡 的 多 值 依 賴 實 際 上 是 函 數(shù) 依賴 。 ） An Introduction to Database System 4NF（ 續(xù) ）例 ： Teaching(C,T,B) 4NF 存 在 非 平 凡 的 多 值 依 賴 CT， 且 C不 是 碼n 用 投 影 分 解 法 把 Teaching分

55、 解 為 如 下 兩 個 關(guān) 系 模 式 ： CT(C, T) 4NF CB(C, B) 4NF CT， CB是 平 凡 多 值 依 賴 An Introduction to Database System 4NF（ 續(xù) ）v函 數(shù) 依 賴 和 多 值 依 賴 是 兩 種 最 重 要 的 數(shù) 據(jù) 依 賴 。v如 果 只 考 慮 函 數(shù) 依 賴 ， 則 屬 于 BCNF的 關(guān) 系 模 式規(guī) 范 化 程 度 已 經(jīng) 是 最 高 了 。v如 果 考 慮 多 值 依 賴 ， 則 屬 于 4NF的 關(guān) 系 模 式 規(guī) 范化 程 度 是 最 高 的 。 An Introduction to Databas

56、e System 6.2 規(guī) 范 化6.2.1 函 數(shù) 依 賴6.2.2 碼6.2.3 范 式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多 值 依 賴6.2.8 4NF6.2.9 規(guī) 范 化 小 結(jié) An Introduction to Database System 6.2.9 規(guī) 范 化 小 結(jié)v關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 庫 的 規(guī) 范 化 理 論 是 數(shù) 據(jù) 庫 邏 輯 設 計 的 工 具v目 的 ： 盡 量 消 除 插 入 、 刪 除 異 常 ， 修 改 復 雜 ， 數(shù) 據(jù) 冗 余v基 本 思 想 ： 逐 步 消 除 數(shù) 據(jù) 依 賴 中 不 合 適 的 部 分v實 質(zhì)

57、： 概 念 的 單 一 化 An Introduction to Database System 規(guī) 范 化 小 結(jié) （ 續(xù) ）v關(guān) 系 模 式 規(guī) 范 化 的 基 本 步 驟 1NF 消 除 非 主 屬 性 對 碼 的 部 分 函 數(shù) 依 賴消 除 決 定 因 素 2NF 非 碼 的 非 平 消 除 非 主 屬 性 對 碼 的 傳 遞 函 數(shù) 依 賴凡 函 數(shù) 依 賴 3NF 消 除 主 屬 性 對 碼 的 部 分 和 傳 遞 函 數(shù) 依 賴 BCNF 消 除 非 平 凡 且 非 函 數(shù) 依 賴 的 多 值 依 賴 4NF An Introduction to Database System

58、 規(guī) 范 化 小 結(jié) （ 續(xù) ）v不 能 說 規(guī) 范 化 程 度 越 高 的 關(guān) 系 模 式 就 越 好v在 設 計 數(shù) 據(jù) 庫 模 式 結(jié) 構(gòu) 時 ， 必 須 對 現(xiàn) 實 世 界 的 實 際 情 況 和用 戶 應 用 需 求 作 進 一 步 分 析 ， 確 定 一 個 合 適 的 、 能 夠 反 映現(xiàn) 實 世 界 的 模 式v上 面 的 規(guī) 范 化 步 驟 可 以 在 其 中 任 何 一 步 終 止 An Introduction to Database System 第 六 章 關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 理 論6.1 問 題 的 提 出6.2 規(guī) 范 化6.3 數(shù) 據(jù) 依 賴 的 公 理 系 統(tǒng)*6

59、.4 模 式 的 分 解6.5 小 結(jié) An Introduction to Database System 6.3 數(shù) 據(jù) 依 賴 的 公 理 系 統(tǒng)v邏 輯 蘊 含定 義 6.11 對 于 滿 足 一 組 函 數(shù) 依 賴 F 的 關(guān) 系 模 式 R ，其 任 何 一 個 關(guān) 系 r， 若 函 數(shù) 依 賴 XY都 成 立 , （ 即 r中 任 意 兩元 組 t， s， 若 t X =s X ， 則 t Y =s Y ） ， 則 稱 F邏 輯 蘊 含 X Y An Introduction to Database System 1. Armstrong公 理 系 統(tǒng) 關(guān) 系 模 式 R 來 說

60、 有 以 下 的 推 理 規(guī) 則 ： A1.自 反 律 （ Reflexivity） ： 若 Y X U， 則 X Y為 F所 蘊含 。 A2.增 廣 律 （ Augmentation） ： 若 XY為 F所 蘊 含 ， 且 Z U， 則 XZYZ為 F所 蘊 含 。 A3.傳 遞 律 （ Transitivity） ： 若 XY及 YZ為 F所 蘊 含 ， 則XZ為 F所 蘊 含 。 An Introduction to Database System 2. 導 出 規(guī) 則1.根 據(jù) A1， A2， A3這 三 條 推 理 規(guī) 則 可 以 得 到 下 面 三條 推 理 規(guī) 則 ： 合 并 規(guī)

61、 則 ： 由 XY， XZ， 有 XYZ。 （ A2， A3） 偽 傳 遞 規(guī) 則 ： 由 XY， WYZ， 有 XWZ。 （ A2， A3） 分 解 規(guī) 則 ： 由 XY及 ZY， 有 XZ。 （ A1， A3） An Introduction to Database System 導 出 規(guī) 則2.根 據(jù) 合 并 規(guī) 則 和 分 解 規(guī) 則 ， 可 得 引 理 6.1 引 理 6.l XA1 A2Ak成 立 的 充 分 必 要 條 件 是XAi成 立 （ i=l， 2， ， k） An Introduction to Database System 3. 函 數(shù) 依 賴 閉 包定 義 6.

62、l2 在 關(guān) 系 模 式 R中 為 F所 邏 輯 蘊 含 的函 數(shù) 依 賴 的 全 體 叫 作 F的 閉 包 ， 記 為 F+。定 義 6.13 設 F為 屬 性 集 U上 的 一 組 函 數(shù) 依 賴 ， X U， XF+ = A|XA能 由 F 根 據(jù) Armstrong公 理 導 出 ，X F+稱 為 屬 性 集 X關(guān) 于 函 數(shù) 依 賴 集 F 的 閉 包 An Introduction to Database System F的 閉 包F=XY, YZF+=X, Y, Z, XY, XZ, YZ, XYZ, XX, YY, ZZ, XYX, XZX, YZY, XYZX,XY, Y Z

63、, XYY, XZY, YZZ, XYZY,XZ, YYZ, XYZ, XZZ, YZYZ,XYZZ,XXY, XYXY,XZXY, XYZXY, XXZ, XYYZ,XZXZ, XYZYZ,XYZ, XYXZ,XZXY, XYZXZ,XZYZ, XYXYZ,XZXYZ, XYZXYZ F=XA1, , XAn的 閉 包 F+計 算 是 一 個 NP完 全 問 題 An Introduction to Database System 關(guān) 于 閉 包 的 引 理v引 理 6.2 設 F為 屬 性 集 U上 的 一 組 函 數(shù) 依 賴 ， X， Y U， XY能 由 F 根 據(jù) Armstrong

64、公 理 導 出 的 充 分 必 要 條 件 是 Y XF+v用 途 將 判 定 XY是 否 能 由 F根 據(jù) Armstrong公 理 導 出 的 問 題 ，轉(zhuǎn) 化 為 求 出 X F+ 、 判 定 Y是 否 為 XF+的 子 集 的 問 題 An Introduction to Database System 例 1 已 知 關(guān) 系 模 式 R(U,F)， U=A,B,C,D,E, F=AB, DC, BCE, ACB。 求 (AE) F (AD) F 解 ： （ 1） 設 X(0)=AE 。計 算 X(1) 逐 一 掃 描 F中 的 各 個 函 數(shù) 依 賴 ， 尋 找 左 部 為 A、 E

65、或 AE的 函 數(shù) 依 賴 ， 找 到 一 個 AB， 故 有 X(1)=AEB。計 算 X(2) 逐 一 掃 描 F中 的 各 個 函 數(shù) 依 賴 ， 尋 找 左 部 為 ABE或ABE子 集 的 函 數(shù) 依 賴 ， 因 為 找 不 到 這 樣 的 函 數(shù) 依 賴 ， 所 以 ，X(2)= X(1)， 算 法 終 止 。 (AE) F = ABE。（ 2） 同 理 求 得 (AD) F = ABCDE。 屬 性 的 閉 包 An Introduction to Database System 函 數(shù) 依 賴 閉 包例 2 已 知 關(guān) 系 模 式 R， 其 中U=A， B， C， D， E；F

66、=ABC， BD， CE， ECB， ACB。求 （ AB） F+ 。解 ： 設 X（ 0） =AB；(1) X （ 1） =AB CD=ABCD。(2) X（ 0） X（ 1） X（ 2） =X（ 1） BE=ABCDE。(3) X（ 2） =U， 算 法 終 止（ AB） F+ =ABCDE。 An Introduction to Database System 4. 候 選 碼 的 求 解 方 法給 定 關(guān) 系 模 式 R(U,F)， U=A1， A2， ， An , F是 R的 函 數(shù) 依 賴 集 ， 那 么 ， 可以 將 屬 性 分 為 如 下 四 類 ：（ 1） L： 僅 出 現(xiàn) 在 函 數(shù) 依 賴 集 F左 部 的 屬 性 。（ 2） R： 僅 出 現(xiàn) 在 函 數(shù) 依 賴 集 F右 部 的 屬 性 。（ 3） LR： 在 函 數(shù) 依 賴 集 F左 右 部 都 出 現(xiàn) 的 屬 性 。（ 4） NLR： 在 函 數(shù) 依 賴 集 F左 右 部 都 未 出 現(xiàn) 的 屬 性 。 候 選 碼 相 關(guān) 定 理 ： 若 X是 L類 屬 性 ， 則 X必 為 R的 任 一 候 選 碼 的