数据库原理与应用第四章学习教案.pptx

会计学1数据库原理数据库原理(yunl)与应用第四章与应用第四章第一页，共137页。4.1 问题问题(wnt)的提出的提出关系数据库逻辑设计关系数据库逻辑设计针针对对具具体体问问题题(wnt)(wnt)，如如何何构构造造一一个个适适合合于于它它的的数据模式数据模式数数据据库库逻逻辑辑设设计计的的工工具具关关系系数数据据库库的的规规范范化化理理论论第1页/共137页第二页，共137页。问题问题(wnt)的提出的提出一、概念回顾一、概念回顾二、关系模式的形式化定义二、关系模式的形式化定义(dngy)(dngy)三、什么是数据依赖三、什么是数据依赖四、关系模式的简化定义四、关系模式的简化定义(dngy)(dngy)五、数据依赖对关系模式影响五、数据依赖对关系模式影响第2页/共137页第三页，共137页。一、概念一、概念(ginin)回回顾顾n n关系：描述实体、属性、实体间的联系。关系：描述实体、属性、实体间的联系。n n从形式从形式(xngsh)(xngsh)上看，它是一张二维表，是所涉及属性的上看，它是一张二维表，是所涉及属性的笛卡尔积的一个子集。笛卡尔积的一个子集。n n关系模式：用来定义关系。关系模式：用来定义关系。n n关系数据库：基于关系模型的数据库，利用关系来描述现关系数据库：基于关系模型的数据库，利用关系来描述现实世界。实世界。n n从形式从形式(xngsh)(xngsh)上看，它由一组关系组成。上看，它由一组关系组成。n n关系数据库的模式：定义这组关系的关系模式的全体。关系数据库的模式：定义这组关系的关系模式的全体。第3页/共137页第四页，共137页。二、关系模式二、关系模式(msh)的形式化定义的形式化定义关系模式由五部分组成，即它是一个五元组：关系模式由五部分组成，即它是一个五元组：R(U,D,DOM,F)R(U,D,DOM,F)R R：关系名关系名U U：组成该关系的属性组成该关系的属性(sh(sh xng)xng)名集合名集合DD：属性属性(sh(sh xng)xng)组组U U中属性中属性(sh(sh xng)xng)所来自的域所来自的域DOMDOM：属性：属性(sh(sh xng)xng)向域的映象集合向域的映象集合F F：属性属性(sh(sh xng)xng)间数据的依赖关系集合间数据的依赖关系集合第4页/共137页第五页，共137页。三、什么是数据三、什么是数据(shj)依赖依赖1.完整性约束的表现形式限定属性取值范围(fnwi)：例如学生成绩必须在0-100之间定义属性值间的相互关连（主要体现于值的相等与否），这就是数据依赖，它是数据库模式设计的关键第5页/共137页第六页，共137页。什么什么(shn me)是数据是数据依赖（续）依赖（续）2.2.数据依赖数据依赖是通过一个关系中属性间值的相等是通过一个关系中属性间值的相等(xingdng)(xingdng)与否体现出来的数据间的与否体现出来的数据间的相互关系相互关系是现实世界属性间相互联系的抽象是现实世界属性间相互联系的抽象是数据内在的性质是数据内在的性质是语义的体现是语义的体现第6页/共137页第七页，共137页。什么是数据什么是数据(shj)依依赖（续）赖（续）3.数据依赖(yli)的类型函数依赖(yli)（Functional Dependency，简记为FD）多值依赖(yli)（Multivalued Dependency，简记为MVD）其他第7页/共137页第八页，共137页。四、关系四、关系(gun x)模式模式的简化表示的简化表示关系模式关系模式(msh)R(msh)R（U,D,DOM,FU,D,DOM,F）简化为一个三元组：简化为一个三元组：R R（U,FU,F）当且仅当当且仅当U U上的一个关系上的一个关系r r 满足满足F F时，时，r r称为关称为关系模式系模式(msh)R(msh)R（U,FU,F）的一个关系）的一个关系第8页/共137页第九页，共137页。五、数据依赖对关系五、数据依赖对关系(gun x)模式的影响模式的影响例：描述(mio sh)学校的数据库：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 Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade 第9页/共137页第十页，共137页。数据依赖对关系数据依赖对关系(gun x)模式的影模式的影响（续）响（续）学校学校(xuxio)(xuxio)数据库的语义：数据库的语义：一个系有若干学生，一个系有若干学生，一个学生只属于一个一个学生只属于一个系；系；一个系只有一名主任；一个系只有一名主任；一个学生可以选修多门课程，一个学生可以选修多门课程，每门课程有每门课程有若干学生选修；若干学生选修；每个学生所学的每门课程都有一个成绩。每个学生所学的每门课程都有一个成绩。第10页/共137页第十一页，共137页。数据依赖数据依赖(yli)对关系模式的影对关系模式的影响（续）响（续）属性属性(sh(sh xng)xng)组组U U上的一组函数依赖上的一组函数依赖F F：F F Sno Sdept,Sdept Mname,Sno Sdept,Sdept Mname,(Sno,Cname)Grade (Sno,Cname)Grade SnoCnameSdeptMnameGrade第11页/共137页第十二页，共137页。关系关系关系关系(gun x)(gun x)模式模式模式模式StudentStudent中存中存中存中存在的问题在的问题在的问题在的问题 数据冗余太大数据冗余太大浪费大量的存储空间浪费大量的存储空间 例：每一个系主任的姓名重复出现例：每一个系主任的姓名重复出现 更新异常（更新异常（Update AnomaliesUpdate Anomalies）数据冗余数据冗余 ，更新数据时，维护数据完整性代价大。，更新数据时，维护数据完整性代价大。例：某系更换系主任后，系统必须修改例：某系更换系主任后，系统必须修改(xig(xig i)i)与该系学生有关的每一个元组与该系学生有关的每一个元组第12页/共137页第十三页，共137页。关系模式关系模式关系模式关系模式(msh)Student(msh)Student中存在的中存在的中存在的中存在的问题问题问题问题 插入异常（插入异常（Insertion AnomaliesInsertion Anomalies）该插的数据插不进去该插的数据插不进去 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。主任的信息存入数据库。删除异常（删除异常（Deletion AnomaliesDeletion Anomalies）不该删除的数据不得不删不该删除的数据不得不删例，如果某个系的学生全部毕业例，如果某个系的学生全部毕业(b y)(b y)了，了，我们在删除该系学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。生信息的同时，把这个系及其系主任的信息也丢掉了。第13页/共137页第十四页，共137页。数据数据(shj)依赖对关系模式的影响依赖对关系模式的影响（续）（续）结论：结论：StudentStudent关系模式不是一个好的模式。关系模式不是一个好的模式。“好好”的模式：的模式：不会发生插入异常、删除异常、更新异常，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。数据冗余应尽可能少。原因：由存在于模式中的某些原因：由存在于模式中的某些(m(m u xi)u xi)数据依赖引起数据依赖引起的的解决方法：通过分解关系模式来消除其中不合适解决方法：通过分解关系模式来消除其中不合适 的数据依赖。的数据依赖。第14页/共137页第十五页，共137页。4.2 规范化规范化 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，以解决插入异常式来消除其中不合适的数据依赖，以解决插入异常(ychng)(ychng)、删除异常、删除异常(ychng)(ychng)、更新异常、更新异常(ychng)(ychng)和数和数据冗余问题。据冗余问题。第15页/共137页第十六页，共137页。函数函数(hnsh)依赖依赖一、函数依赖(yli)二、平凡函数依赖(yli)与非平凡函数依赖(yli)三、完全函数依赖(yli)与部分函数依赖(yli)四、传递函数依赖(yli)第16页/共137页第十七页，共137页。一、函数一、函数(hnsh)依依赖赖定义定义5.1 5.1 设设R(U)R(U)是一个属性集是一个属性集U U上的关系模式，上的关系模式，X X和和Y Y是是U U的子集。的子集。若对于若对于R(U)R(U)的任意一个可能的关系的任意一个可能的关系r r，r r中不可中不可能存在两个元组在能存在两个元组在X X上的属性值相等，上的属性值相等，而在而在Y Y上的属性值不等，上的属性值不等，则称则称“X“X函数确定函数确定Y”Y”或或 “Y“Y函数依赖于函数依赖于X”X”，记作，记作XYXY。X X称为称为(chn(chn wi)wi)这个函数依赖的决定属性集这个函数依赖的决定属性集(Determinant)(Determinant)。Y=f(x)Y=f(x)第17页/共137页第十八页，共137页。说明说明(shumng)：1.1.函数依赖不是指关系模式函数依赖不是指关系模式R R的某个或某些关系实例满足的的某个或某些关系实例满足的约束条件，而是指约束条件，而是指R R的所有关系实例均要满足的约束条件。的所有关系实例均要满足的约束条件。2.2.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是语义范畴的概念。只能根据数据的语义来确定函数依赖。函数依赖。例如例如“姓名姓名年龄年龄”这个函数依赖只有在不允许有同名人的这个函数依赖只有在不允许有同名人的条件下成立条件下成立3.3.数据库设计者可以对现实世界数据库设计者可以对现实世界(shji)(shji)作强制的规定。例如作强制的规定。例如规定不允许同名人出现，函数依赖规定不允许同名人出现，函数依赖“姓名姓名年龄年龄”成立。所成立。所插入的元组必须满足规定的函数依赖，若发现有同名人插入的元组必须满足规定的函数依赖，若发现有同名人存在，存在，则拒绝装入该元组。则拒绝装入该元组。第18页/共137页第十九页，共137页。函数函数(hnsh)依赖依赖（续）（续）例例:Student(Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept):Student(Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept)假设不允许假设不允许(y(y nxnx)重名，则有重名，则有:Sno SsexSno Ssex，Sno Sage,Sno Sdept Sno Sage,Sno Sdept，Sno Sname,Sname SsexSno Sname,Sname Ssex，Sname Sage Sname SageSname SdeptSname Sdept但但Ssex SageSsex Sage若若XYXY，并且，并且YX,YX,则记为则记为XYXY。若若Y Y不函数依赖于不函数依赖于X,X,则记为则记为XYXY。第19页/共137页第二十页，共137页。二、平凡二、平凡(pngfn)函数依赖与非平函数依赖与非平凡凡(pngfn)函数依赖函数依赖在关系在关系(gun x)(gun x)模式模式R(U)R(U)中，对于中，对于U U的子集的子集X X和和Y Y，如果如果XYXY，但，但Y Y X X，则称，则称XYXY是非平凡的函数依赖是非平凡的函数依赖若若XYXY，但，但Y Y X,X,则称则称XYXY是平凡的函数依赖是平凡的函数依赖例：在关系例：在关系(gun x)SC(Sno,Cno,Grade)(gun x)SC(Sno,Cno,Grade)中，中，非平凡函数依赖：非平凡函数依赖：(Sno,Cno)Grade(Sno,Cno)Grade 平凡函数依赖：平凡函数依赖：(Sno,Cno)Sno (Sno,Cno)Sno (Sno,Cno)Cno (Sno,Cno)Cno第20页/共137页第二十一页，共137页。平凡平凡平凡平凡(pngfn)(pngfn)函数依赖与非平凡函数依赖与非平凡函数依赖与非平凡函数依赖与非平凡(pngfn)(pngfn)函数依赖（续）函数依赖（续）函数依赖（续）函数依赖（续）对于任一关系模式，平凡函数依赖都对于任一关系模式，平凡函数依赖都是必然成立的，它不反映新的语义，是必然成立的，它不反映新的语义，因此若不特别声明，因此若不特别声明，我们我们(w(w men)men)总总是讨论非平凡函数依赖。是讨论非平凡函数依赖。第21页/共137页第二十二页，共137页。三、完全函数依赖三、完全函数依赖三、完全函数依赖三、完全函数依赖(yli)(yli)与部分函数与部分函数与部分函数与部分函数依赖依赖依赖依赖(yli)(yli)定义定义5.2 5.2 在关系模式在关系模式R(U)R(U)中，如果中，如果XYXY，并且对于，并且对于X X的任何一个真子集的任何一个真子集(z(z j)X j)X，都有，都有 X Y,X Y,则称则称Y Y完全函数依赖于完全函数依赖于X X，记作，记作X X Y Y。若若XYXY，但，但Y Y不完全函数依赖于不完全函数依赖于X X，则称，则称Y Y部分函数部分函数依赖于依赖于X X，记作，记作X P YX P Y。第22页/共137页第二十三页，共137页。完全函数完全函数完全函数完全函数(hnsh)(hnsh)依赖与部分函数依赖与部分函数依赖与部分函数依赖与部分函数(hnsh)(hnsh)依赖（续）依赖（续）依赖（续）依赖（续）例例:在关系在关系(gun x)SC(Sno,Cno,Grade)(gun x)SC(Sno,Cno,Grade)中，中，由于：由于：Sno GradeSno Grade，Cno GradeCno Grade，因此：因此：(Sno,Cno)(Sno,Cno)Grade Grade 第23页/共137页第二十四页，共137页。四、传递函数依赖四、传递函数依赖(yli)定义定义5.3 5.3 在关系模式在关系模式R(U)R(U)中，如果中，如果(rgu(rgu)XY)XY，YZYZ，且，且Y Y X X，YXYX，则称，则称Z Z传递函数依赖于传递函数依赖于X X。注注:如果如果(rgu(rgu)YX)YX，即即XYXY，则，则Z Z直接依赖于直接依赖于X X。例例:在关系在关系Std(Sno,Sdept,Mname)Std(Sno,Sdept,Mname)中，有：中，有：Sno SdeptSno Sdept，Sdept MnameSdept Mname Mname Mname传递函数依赖于传递函数依赖于SnoSno第24页/共137页第二十五页，共137页。码码定义定义5.4 5.4 设设K K为关系模式为关系模式RR中的属性或属性中的属性或属性组合。若组合。若K K U U，则，则K K称为称为R R的一个的一个(y(y )侯侯选码（选码（Candidate KeyCandidate Key）。若关系模式）。若关系模式R R有多个有多个候选码，则选定其中的一个候选码，则选定其中的一个(y(y )做为主码做为主码（Primary keyPrimary key）。）。主属性与非主属性主属性与非主属性ALL KEYALL KEY第25页/共137页第二十六页，共137页。外部外部(wib)(wib)码码定义5.5 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(wib)码（Foreign key）也称外码主码又和外部(wib)码一起提供了表示关系间联系的手段。第26页/共137页第二十七页，共137页。范式范式(fn sh)n n范式是符合某一种级别范式是符合某一种级别(jbi)(jbi)的关系模式的集的关系模式的集合。合。n n关系数据库中的关系必须满足一定的要求。满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。足不同程度要求的为不同范式。n n范式的种类：范式的种类：n n第一范式第一范式(1NF)(1NF)n n第二范式第二范式(2NF)(2NF)n n第三范式第三范式(3NF)(3NF)n nBCBC范式范式(BCNF)(BCNF)n n第四范式第四范式(4NF)(4NF)n n第五范式第五范式(5NF)(5NF)第27页/共137页第二十八页，共137页。范式范式(fn sh)n n各种范式各种范式(fn sh)(fn sh)之间存在联系：之间存在联系：n n某一关系模式某一关系模式R R为第为第n n范式范式(fn sh)(fn sh)，可简记为可简记为R RnNFnNF。第28页/共137页第二十九页，共137页。n n1NF1NF的定义的定义n n如果一个关系模式如果一个关系模式R R的所有属性的所有属性(sh(sh xng)xng)都是不都是不可分的基本数据项，则可分的基本数据项，则R R1NF1NF。n n第一范式是对关系模式的最起码的要求。不满足第一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。范式的数据库模式不能称为关系数据库。n n但是满足第一范式的关系模式并不一定是一个好的关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。系模式。第29页/共137页第三十页，共137页。2NF例例:关系关系(gun x)(gun x)模式模式 SLC(Sno,Sdept,Sloc,Cno,SLC(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)Grade)Sloc Sloc为学生住处，假设每个系的学生住在同一为学生住处，假设每个系的学生住在同一个地方。个地方。函数依赖包括：函数依赖包括：(Sno,Cno)f Grade (Sno,Cno)f Grade Sno Sdept Sno Sdept (Sno,Cno)P Sdept (Sno,Cno)P Sdept Sno Sloc Sno Sloc (Sno,Cno)P Sloc (Sno,Cno)P Sloc Sdept Sloc Sdept Sloc第30页/共137页第三十一页，共137页。2NFSLCSLC的码为的码为(Sno,Cno)(Sno,Cno)SLCSLC满足满足(m(m nz)nz)第一范式。第一范式。非主属性非主属性SdeptSdept和和SlocSloc部分函数依赖于码部分函数依赖于码(Sno,Cno)(Sno,Cno)SnoCnoGradeSdeptSlocSLC第31页/共137页第三十二页，共137页。SLC不是不是(b shi)一个好的关系模一个好的关系模式式(1)(1)插入插入(ch r)(ch r)异常异常假设假设SnoSno9510295102，SdeptSdeptISIS，SlocSlocNN的学生的学生还未选课，因课程号是主属性，因此该学生还未选课，因课程号是主属性，因此该学生的信息无法插入的信息无法插入(ch r)SLC(ch r)SLC。(2)(2)删除异常删除异常 假定某个学生本来只选修了假定某个学生本来只选修了3 3号课程这一门课。号课程这一门课。现在因身体不适，他连现在因身体不适，他连3 3号课程也不选修了。号课程也不选修了。因课程号是主属性，此操作将导致该学生信因课程号是主属性，此操作将导致该学生信息的整个元组都要删除。息的整个元组都要删除。第32页/共137页第三十三页，共137页。SLC不是不是(b shi)一个好的关系模式一个好的关系模式(3)(3)数据冗余度大数据冗余度大 如果如果(rgu(rgu)一个学生选修了一个学生选修了1010门课程，那么他的门课程，那么他的SdeptSdept和和SlocSloc值就要重复存储了值就要重复存储了1010次。次。(4)(4)修改复杂修改复杂 例如学生转系，在修改此学生元组的例如学生转系，在修改此学生元组的SdeptSdept值的同时，值的同时，还可能需要修改住处（还可能需要修改住处（SlocSloc）。如果）。如果(rgu(rgu)这个学生这个学生选修了选修了K K门课，则必须无遗漏地修改门课，则必须无遗漏地修改K K个元组中全部个元组中全部SdeptSdept、SlocSloc信息。信息。第33页/共137页第三十四页，共137页。2NFn n原因原因n n Sdept Sdept、Sloc Sloc部分函数依赖于码。部分函数依赖于码。n n解决方法解决方法n n SLC SLC分解为两个关系模式，以消除这些分解为两个关系模式，以消除这些(zhxi)(zhxi)部部分函数依赖分函数依赖 n n SCSC（SnoSno，Cno Cno，Grade Grade）n n SL SL（SnoSno，Sdept Sdept，Sloc Sloc）第34页/共137页第三十五页，共137页。2NFSLCSLC的码为的码为(Sno,Cno)(Sno,Cno)SLCSLC满足第一范式。满足第一范式。非主属性非主属性(sh(sh xng)Sdeptxng)Sdept和和SlocSloc部分函数依赖于码部分函数依赖于码(Sno,Cno)(Sno,Cno)SnoCnoGradeSdeptSlocSLC第35页/共137页第三十六页，共137页。2NF函数函数(hnsh)(hnsh)依赖图：依赖图：SnoCnoGradeSCSLSnoSdeptSloc第36页/共137页第三十七页，共137页。2NFn n2NF2NF的定义的定义n n定义定义5.6 5.6 若关系模式若关系模式R R1NF1NF，并，并且每一个非主属性都完全且每一个非主属性都完全(wnqun)(wnqun)函函数依赖于数依赖于R R的码，则的码，则R R2NF2NF。n n例：例：SLC(Sno,Sdept,Sloc,Cno,SLC(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)Grade)1NF1NFn n SLC(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)SLC(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)2NF 2NF SCSC（SnoSno，Cno Cno，Grade Grade）2NF 2NFn n SLSL（SnoSno，Sdept Sdept，Sloc Sloc）2NF 2NF第37页/共137页第三十八页，共137页。第二第二(d r)范式（续）范式（续）n n采用投影分解法将一个采用投影分解法将一个1NF1NF的关系分解为多个的关系分解为多个2NF2NF的关系，可以在一定程度上减轻原的关系，可以在一定程度上减轻原1NF1NF关关系中存在的插入系中存在的插入(ch r)(ch r)异常、删除异常、数异常、删除异常、数据冗余度大、修改复杂等问题。据冗余度大、修改复杂等问题。n n将一个将一个1NF1NF关系分解为多个关系分解为多个2NF2NF的关系，并不的关系，并不能完全消除关系模式中的各种异常情况和数能完全消除关系模式中的各种异常情况和数据冗余。据冗余。第38页/共137页第三十九页，共137页。例：2NF关系模式SL(Sno,Sdept,Sloc)中函数依赖：SnoSdept SdeptSloc SnoSlocSloc传递函数依赖于Sno，即SL中存在(cnzi)非主属性对码的传递函数依赖。第39页/共137页第四十页，共137页。3NF函数函数(hnsh)(hnsh)依赖图：依赖图：SLSnoSdeptSloc第40页/共137页第四十一页，共137页。3NFn n解决方法解决方法n n 采用投影分解法，把采用投影分解法，把SLSL分解为两个关系模式分解为两个关系模式(msh)(msh)，以消除传递函数依赖：，以消除传递函数依赖：n n SDSD（SnoSno，Sdept Sdept）n n DL DL（SdeptSdept，Sloc Sloc）n nSDSD的码为的码为SnoSno，DL DL的码为的码为SdeptSdept。第41页/共137页第四十二页，共137页。3NFSD的码为Sno，DL的码为Sdept。SnoSdeptSDSdeptSlocDL第42页/共137页第四十三页，共137页。3NFn n3NF3NF的定义的定义n n定义定义5.8 5.8 关系模式关系模式RUR F 中若不存在这样的中若不存在这样的码码X X、属性、属性(sh(sh xng)xng)组组Y Y及非主属性及非主属性(sh(sh xng)Zxng)Z（Z Z Y Y）,使得使得XYXY，Y XY X，YZYZ，成立，则称，成立，则称RUR F 3NF 3NF。n n例，例，SL(Sno,Sdept,Sloc)SL(Sno,Sdept,Sloc)2NF 2NFn n SL(Sno,Sdept,Sloc)SL(Sno,Sdept,Sloc)3NF 3NF n n SD SD（SnoSno，Sdept Sdept）3NF 3NFn n DL DL（SdeptSdept，Sloc Sloc）3NF 3NF第43页/共137页第四十四页，共137页。3NFn n若若R R3NF3NF，则，则R R的每一个非主属性既不部分函数依赖于候选码的每一个非主属性既不部分函数依赖于候选码也不传递函数依赖于候选码。也不传递函数依赖于候选码。n n如果如果R R3NF3NF，则，则R R也是也是2NF2NF。n n采用投影分解法将一个采用投影分解法将一个2NF2NF的关系的关系(gun x)(gun x)分解为多个分解为多个3NF3NF的的关系关系(gun x)(gun x)，可以在一定程度上解决原，可以在一定程度上解决原2NF2NF关系关系(gun x)(gun x)中存中存在的插入异常、删除异常、数据冗余度大、修改复杂等问题。在的插入异常、删除异常、数据冗余度大、修改复杂等问题。n n 将一个将一个2NF2NF关系关系(gun x)(gun x)分解为多个分解为多个3NF3NF的关系的关系(gun x)(gun x)后，并后，并不能完全消除关系不能完全消除关系(gun x)(gun x)模式中的各种异常情况和数据冗余。模式中的各种异常情况和数据冗余。第44页/共137页第四十五页，共137页。范式范式(fn sh)（BCNF）n n定义定义5.9 5.9 设关系模式设关系模式RURF1NF1NF，如果对于，如果对于R R的每个函数的每个函数依赖依赖XYXY，若，若Y Y不属于不属于X X，则，则X X必含有必含有(hn y(hn y u)u)候选码，那么候选码，那么R RBCNFBCNF。n n若若R RBCNF BCNF n n每一个决定属性集（因素）都包含（候选）码每一个决定属性集（因素）都包含（候选）码n nR R中的所有属性（主，非主属性）都完全函数依赖于码中的所有属性（主，非主属性）都完全函数依赖于码n nR R3NF3NF（证明）（证明）n n若若R R3NF 3NF 则则 R R不一定不一定BCNFBCNF第45页/共137页第四十六页，共137页。BCNF例：在关系模式例：在关系模式(msh)STJ(msh)STJ（S S，T T，J J）中，）中，S S表示表示学生，学生，T T表示教师，表示教师，J J表示课程。表示课程。每一教师只教一门课。每门课由若干教师教，某一每一教师只教一门课。每门课由若干教师教，某一学生选定某门课，就确定了一个固定的教师。学生选定某门课，就确定了一个固定的教师。某个学生选修某个教师的课就确定了所选课的某个学生选修某个教师的课就确定了所选课的名称名称 ：(S (S，J)TJ)T，(S(S，T)JT)J，TJTJ第46页/共137页第四十七页，共137页。SJTSTJSTJ第47页/共137页第四十八页，共137页。BCNFSTJ3NF(S，J)和(S，T)都可以作为候选(hu xun)码S、T、J都是主属性STJBCNFTJ，T是决定属性集，T不是候选(hu xun)码第48页/共137页第四十九页，共137页。BCNF解决方法：将解决方法：将STJSTJ分解为二个关系模式：分解为二个关系模式：SJ(S SJ(S，J)J)BCNF BCNF，TJ(T TJ(T，J)J)BCNF BCNF 没有没有(mi y(mi y u)u)任何属性对码的部分函数依赖和任何属性对码的部分函数依赖和传递函数依赖传递函数依赖SJSTTJTJ第49页/共137页第五十页，共137页。3NF与与BCNF的关系的关系(gun x)n n如果关系模式RBCNF，n n 必定有R3NFn n如果R3NF，且R只有(zhyu)一个候选码，n n 则R必属于BCNF。第50页/共137页第五十一页，共137页。BCNF的关系模式的关系模式(msh)所具有所具有的性质的性质 所有所有(su(su y y u)u)非主属性都完全函数依赖于每个候选非主属性都完全函数依赖于每个候选码码 所有所有(su(su y y u)u)主属性都完全函数依赖于每个不包含主属性都完全函数依赖于每个不包含它的候选码它的候选码 没有任何属性完全函数依赖于非码的任何一组属性没有任何属性完全函数依赖于非码的任何一组属性第51页/共137页第五十二页，共137页。多值依赖多值依赖(yli)与第四范式与第四范式（4NF）例: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。关系(gun x)模式Teaching(C,T,B)课程C、教师T 和 参考书B第52页/共137页第五十三页，共137页。课课程程C教教员员T参参考考书书B物理物理数学数学计算数学计算数学李李勇勇王王军军李李勇勇张张平平张张平平周周峰峰普通物理学普通物理学光学原理光学原理物理习题集物理习题集数学分析数学分析微分方程微分方程高等代数高等代数数学分析数学分析表表4.1第53页/共137页第五十四页，共137页。普通物理学普通物理学光学原理光学原理物理习题集物理习题集普通物理学普通物理学光学原理光学原理物理习题集物理习题集数学分析数学分析微分方程微分方程高等代数高等代数数学分析数学分析微分方程微分方程高等代数高等代数李李勇勇李李勇勇李李勇勇王王军军王王军军王王军军李李勇勇李李勇勇李李勇勇张张平平张张平平张张平平物物理理物物理理物物理理物物理理物物理理物物理理数数学学数数学学数数学学数数学学数数学学数数学学 参考书B教员T课程C用二维表表示用二维表表示用二维表表示用二维表表示(bi(bi osh)Teaching osh)Teaching 第54页/共137页第五十五页，共137页。多值依赖多值依赖(yli)与第与第四范式（续）四范式（续）n nTeachingTeachingBCNF:BCNF:n nTeachTeach具有具有(jy(jy u)u)唯一候选码唯一候选码(C(C，T T，B)B)，即全码即全码n nTeachingTeaching模式中存在的问题模式中存在的问题n n(1)(1)数据冗余度大：有多少名任课教师，参考书就数据冗余度大：有多少名任课教师，参考书就要存储多少次要存储多少次n n 第55页/共137页第五十六页，共137页。多值依赖多值依赖(yli)与第与第四范式（续）四范式（续）(2)(2)插入操作复杂：当某一课程增加一名任课教插入操作复杂：当某一课程增加一名任课教师师(jiosh)(jiosh)时，该课程有多少本参照书，就必时，该课程有多少本参照书，就必须插入多少个元组须插入多少个元组例如物理课增加一名教师例如物理课增加一名教师(jiosh)(jiosh)刘关，需要插入刘关，需要插入两个元组：两个元组：（物理，刘关，普通物理学）（物理，刘关，普通物理学）（物理，刘关，光学原理）（物理，刘关，光学原理）第56页/共137页第五十七页，共137页。多值依赖多值依赖(yli)与第与第四范式（续）四范式（续）(3)(3)删除操作复杂：某一门课要去掉一本参考书，该课程删除操作复杂：某一门课要去掉一本参考书，该课程有多少名教师，就必须删除多少个元组有多少名教师，就必须删除多少个元组(4)(4)修改修改(xig(xig i)i)操作复杂：某一门课要修改操作复杂：某一门课要修改(xig(xig i)i)一本参一本参考书，该课程有多少名教师，就必须修改考书，该课程有多少名教师，就必须修改(xig(xig i)i)多少多少个元组个元组 产生原因产生原因存在多值依赖存在多值依赖第57页/共137页第五十八页，共137页。一、多值依赖一、多值依赖(yli)n n定义定义5.10 5.10 n n 设设R(U)R(U)是一个属性是一个属性(sh(sh xng)xng)集集U U上的一个关系模上的一个关系模式，式，X X、Y Y和和Z Z是是U U的子集，并且的子集，并且Z ZU UX XY Y，多值，多值依赖依赖 XY XY成立当且仅当对成立当且仅当对R R的任一关系的任一关系r r，r r在（在（X X，Z Z）上的每个值对应一组）上的每个值对应一组Y Y的值，这组值仅仅决定的值，这组值仅仅决定于于X X值而与值而与Z Z值无关值无关n n 例例 Teaching Teaching（C,T,BC,T,B）n n 对于对于C C的每一个值，的每一个值，T T有一组值与之对应，而不论有一组值与之对应，而不论B B取何值取何值第58页/共137页第五十九页，共137页。一、多值依赖一、多值依赖(yli)n n在在R R（U U）的任一关系）的任一关系r r中，如果存在元组中，如果存在元组t t，s s 使得使得tX=sXtX=sX，那么就必然存在元组那么就必然存在元组 w w，v v r r，（，（w w，v v可以与可以与s s，t t相同），使相同），使得得wX=vX=tXwX=vX=tX，而，而wY=tYwY=tY，wZ=sZwZ=sZ，vY=sYvY=sY，vZ=tZvZ=tZ（即交换（即交换s s，t t元组的元组的Y Y值所得的两个新元值所得的两个新元(xn yun)(xn yun)组组必在必在r r中），则中），则Y Y多值依赖于多值依赖于X X，记为，记为XYXY。这里，这里，X X，Y Y是是U U的子集，的子集，Z=U-X-YZ=U-X-Y。n n t x y1 z2 t x y1 z2n n s x y2 z1 s x y2 z1n n w x y1 z1 w x y1 z1n n v x y2 z2 v x y2 z2第59页/共137页第六十页，共137页。多值依赖多值依赖(yli)（续）（续）n n平凡多值依赖(yli)和非平凡的多值依赖(yli)n n若XY，而Z，则称n n XY为平凡的多值依赖(yli)n n否则称XY为非平凡的多值依赖(yli)第60页/共137页第六十一页，共137页。多值依赖多值依赖(yli)的性的性质质（1）多值依赖(yli)具有对称性 若XY，则XZ，其中ZUXY 多值依赖(yli)的对称性可以用完全二分图直观地表示出来。（2）多值依赖(yli)具有传递性 若XY，YZ，则XZ-Y第61页/共137页第六十二页，共137页。多值依赖多值依赖(yli)的对的对称性称性 XiZi1Zi2ZimYi1 Yi2 Yin第62页/共137页第六十三页，共137页。多值依赖多值依赖(yli)的对的对称性称性 物物理理普通物理学普通物理学光学原理光学原理物理习题集物理习题集李李勇勇王王军军第63页/共137页第六十四页，共137页。多值依赖多值依赖(yli)（续）（续）（3 3）函数依赖是多值依赖的特殊）函数依赖是多值依赖的特殊(tsh)(tsh)情况。情况。若若XYXY，则，则XYXY。（4 4）若）若XYXY，XZXZ，则，则XYXY Z Z。（5 5）若）若XYXY，XZX