数据库第六章幻灯片.ppt

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1、数据数据库第六章第六章第1页，共106页，编辑于2022年，星期六第六章第六章 关系数据理论关系数据理论6.1 问题的提出问题的提出6.2 规范化规范化6.3 数据依赖的公理系统数据依赖的公理系统*6.4 模式的分解模式的分解6.5 小结小结第2页，共106页，编辑于2022年，星期六6.1 问题的提出问题的提出关系数据库逻辑设计针对具体问题，如何构造一个适合于它的数据模式数据库逻辑设计的工具关系数据库的规范化理论第3页，共106页，编辑于2022年，星期六问题的提出问题的提出一、概念回顾二、关系模式的形式化定义三、什么是数据依赖四、关系模式的简化定义五、数据依赖对关系模式影响第4页，共106

2、页，编辑于2022年，星期六一、概念回顾一、概念回顾v关系v关系模式v关系数据库v关系数据库的模式第5页，共106页，编辑于2022年，星期六二、关系模式的形式化定义二、关系模式的形式化定义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第6页，共106页，编辑于2022年，星期六三、什么是数据依赖三、什么是数据依赖1.完整性约束的表现形式v限定属性取值范围：例如学生成绩必须在0-100之间v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

3、数据库模式设计的关键第7页，共106页，编辑于2022年，星期六什么是数据依赖（续）什么是数据依赖（续）2.数据依赖v一个关系内部属性与属性之间的约束关系v现实世界属性间相互联系的抽象v数据内在的性质v语义的体现第8页，共106页，编辑于2022年，星期六什么是数据依赖（续）什么是数据依赖（续）3.数据依赖的类型v函数依赖（FunctionalDependency，简记为FD）v多值依赖（MultivaluedDependency，简记为MVD）v其他第9页，共106页，编辑于2022年，星期六四、关系模式的简化表示四、关系模式的简化表示v关系模式R（U,D,DOM,F）简化为一个三元组：R（

4、U,F）v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）的一个关系第10页，共106页，编辑于2022年，星期六五、五、数据依赖对关系模式的影响数据依赖对关系模式的影响例1建立一个描述学校教务的数据库：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：StudentU Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade 第11页，共106页，编辑于2022年，星期六数据依赖对关系模式的影响（续）数据依赖对关系模式的影响（续）属性组U上的一组函数依赖F：FSnoSdept,SdeptMname,(Sno,C

5、name)Grade SnoCnameSdeptMnameGrade第12页，共106页，编辑于2022年，星期六关系模式关系模式Student中存在的问题中存在的问题1.数据冗余太大（Data Redundancy）2.更新异常（Update Anomalies）3.插入异常（Insertion Anomalies）4.删除异常（Deletion Anomalies）SnoSdeptMnameCnoGradeS1计算机系张明C195S2计算机系张明C190S3计算机系张明C188S4计算机系张明C170S5计算机系张明C178第13页，共106页，编辑于2022年，星期六数据依赖对关系模式的

6、影响（续）数据依赖对关系模式的影响（续）结论：nStudent关系模式不是一个好的模式。n“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：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第14页，共106页，编辑于2022年，星期六分解关系模式分解关系模式v把这个单一模式分成3个关系模式：S（Sno，Sdept，SnoSdept）;SC（Sno，Cno，Grade，（Sno，Cno）Grade）;DEPT（Sdept，Mname，SdeptMname）第15页，共106页，编辑于2022年，星期六第六章第六章 关系数据理论关系数

7、据理论6.1 问题的提出问题的提出6.2 规范化规范化6.3 数据依赖的公理系统数据依赖的公理系统*6.4 模式的分解模式的分解6.5 小结小结第16页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2 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。第17页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2 规范化规范化6.2.1 函数依赖函数依赖6.2.2 码码6.2.3 范式范式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多值依赖多值依赖6.2.8 4NF6.2.9 规范化小结规范化小结

8、第18页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2.1 函数依赖函数依赖v函数依赖v平凡函数依赖与非平凡函数依赖v完全函数依赖与部分函数依赖v传递函数依赖第19页，共106页，编辑于2022年，星期六一、函数依赖一、函数依赖定义定义6.1设R(U)是一个属性集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XY。第20页，共106页，编辑于2022年，星期六说说 明明 1.所有关系实例均要满足2.语义范畴的概念3.数据库设计者可以对现实世界作强制的规定第21页

9、，共106页，编辑于2022年，星期六二、平凡函数依赖与非平凡函数依赖二、平凡函数依赖与非平凡函数依赖在关系模式R(U)中，对于U的子集X和Y，如果XY，但YX，则称XY是非平凡的函数依赖若XY，但YX,则称XY是平凡的函数依赖v例：在关系SC(Sno,Cno,Grade)中，非平凡函数依赖：(Sno,Cno)Grade平凡函数依赖：(Sno,Cno)Sno(Sno,Cno)Cno第22页，共106页，编辑于2022年，星期六平凡函数依赖与非平凡函数依赖（续）平凡函数依赖与非平凡函数依赖（续）若XY，则X称为这个函数依赖的决定属性组，也称为决定因素（Determinant）。若XY，YX，则记

10、作XY。若Y不函数依赖于X，则记作XY。第23页，共106页，编辑于2022年，星期六三、完全函数依赖与部分函数依赖三、完全函数依赖与部分函数依赖定义定义6.2在R(U)中，如果XY，并且对于X的任何一个真子集X，都有XY,则称Y对X完全函数依赖，记作XFY。若XY，但Y不完全函数依赖于X，则称Y对X部分函数依赖，记作XPY。第24页，共106页，编辑于2022年，星期六完全函数依赖与部分函数依赖（续）完全函数依赖与部分函数依赖（续）例1中(Sno,Cno)Grade是完全函数依赖，(Sno,Cno)Sdept是部分函数依赖因为SnoSdept成立，且Sno是（Sno，Cno）的真子集FP第2

11、5页，共106页，编辑于2022年，星期六四、传递函数依赖四、传递函数依赖定义定义6.3在R(U)中，如果XY，(YX),YX,YZ，则称Z对X传递函数依赖。记为：XZ注:如果YX，即XY，则Z直接依赖于X。例:在关系Std(Sno,Sdept,Mname)中，有：SnoSdept，SdeptMnameMname传递函数依赖于Sno传递第26页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2 规范化规范化6.2.1 函数依赖函数依赖6.2.2 码码6.2.3 范式范式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多值依赖多值依赖6.2.8 4NF6.2.9 规范化小结规范化小

12、结第27页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2.2 码码定义定义6.4设K为R中的属性或属性组合。若KU，则K称为R的侯选码侯选码（CandidateKey）。若候选码多于一个，则选定其中的一个做为主码主码（PrimaryKey）。F第28页，共106页，编辑于2022年，星期六码（续）码（续）v主属性与非主属性包含在任何一个任何一个候选码中的属性，称为主属性主属性（Primeattribute）不包含在任何码中的属性称为非主属性非主属性（Nonprimeattribute）或非码属性（Non-keyattribute）v全码整个属性组是码，称为全码（All-key）第29页，共106

13、页，编辑于2022年，星期六码（续）码（续）例2关系模式S(Sno,Sdept,Sage)，单个属性Sno是码，SC（Sno，Cno，Grade）中，（Sno，Cno）是码例3关系模式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All-Key第30页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2 规范化规范化6.2.1 函数依赖函数依赖6.2.2 码码6.2.3 范式范式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多值依赖多值依赖6.2.8 4NF6.2.9 规范化小结

14、规范化小结第31页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2.3 范式范式v范式是符合某一种级别的关系模式的集合v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v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)第32页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2.3 范式范式v各种范式之间存在联系：v某一关系模式R为第n范式，可简记为RnNF。v一个低一级范式的关系模式，通过模式分解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规范化第33页，共106页，编辑于2022年，星

15、期六6.2 规范化规范化6.2.1 函数依赖函数依赖6.2.2 码码6.2.3 范式范式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多值依赖多值依赖6.2.8 4NF6.2.9 规范化小结规范化小结第34页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2.4 2NFv1NF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不可分的基本数据项，则R1NFv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v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第35页，共106页，编辑于2022年，星期六2NF（续）（续）例4关系模式S-L-

16、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v函数依赖包括：(Sno,Cno)GradeSnoSdept(Sno,Cno)PSdeptSnoSloc(Sno,Cno)PSlocSdeptSlocF第36页，共106页，编辑于2022年，星期六 2NF（续）（续）vS-L-C的码为(Sno,Cno)vS-L-C满足第一范式。v非主属性Sdept和Sloc部分函数依赖于码(Sno,Cno)SnoCnoGradeSdeptSlocS-L-C第37页，共106页，编辑于2022年，星期六模式模式S-L-C的分析的分析(1)插入异常比如，未选课

17、的学生记录无法插入(2)删除异常比如，不能删除只选了一门课的学生的选课记录(3)数据冗余度大(4)修改复杂S-L-C(Sno:学号学号,Sdept:系别系别,Sloc:住处住处,Cno:课程号课程号,Grade:分数分数)SnoCnoGradeSdeptSloc第38页，共106页，编辑于2022年，星期六模式模式S-L-C的分析（续）的分析（续）vS-L-C数据依赖的情况Sdept、Sloc部分函数依赖于码v解决模式S-L-C容易发生前述异常的方法将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）第39页，共106页

18、，编辑于2022年，星期六2NF（续）（续）函数依赖图：SnoCnoGradeSCS-LSnoSdeptSlocv关系模式SC的码为（Sno，Cno）v关系模式S-L的码为Snov这样非主属性对码都是完全函数依赖第40页，共106页，编辑于2022年，星期六 2NF（续）（续）v2NF的定义定义定义6.6若R1NF，且每一个非主属性非主属性完全完全函数依赖于码，则R2NF。例：S-L-C(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)1NFS-L-C(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)2NFSC（Sno，Cno，Grade）2NF S-L（Sno，Sdept，Sloc）2N

19、F第41页，共106页，编辑于2022年，星期六 2NF（续）（续）v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。v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。第42页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2 规范化规范化6.2.1 函数依赖函数依赖6.2.2 码码6.2.3 范式范式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多值依赖多值依赖6.2.8 4NF6.2.9 规范化小结规范化小结第43页，共106页，编辑于

20、2022年，星期六 6.2.5 3NFv3NF的定义定义定义6.7关系模式R中若不存在这样的码X、属性组Y及非主属性Z（ZY）,使得XY，YZ成立，YX，则称R3NFn若R3NF，则每一个非主属性非主属性既不部分依赖既不部分依赖于码也不传递依赖也不传递依赖于码。n等价于：F中的任何函数依赖XY，必有（1）是平凡函数依赖，或（2）X是R的超键，或（3）Y中的属性都是主属性。n等价于：没有非主属性能函数决定任何其他非主属性。第44页，共106页，编辑于2022年，星期六3NF（续）（续）例：2NF关系模式S-L(Sno,Sdept,Sloc)函数依赖：SnoSdeptSdeptSnoSdeptSl

21、oc可得：SnoSloc，即S-L中存在非主属性对码的传递函数依赖，S-L3NF传递第45页，共106页，编辑于2022年，星期六 3NF（续）（续）函数依赖图：S-LSnoSdeptSloc第46页，共106页，编辑于2022年，星期六3NF（续）（续）v解决方法采用投影分解法，把S-L分解为两个关系模式，以消除传递函数依赖：S-D（Sno，Sdept）D-L（Sdept，Sloc）S-D的码为Sno，D-L的码为Sdept分解后的关系模式S-D与D-L中不再存在传递依赖第47页，共106页，编辑于2022年，星期六3NF（续）（续）S-D的码为Sno，D-L的码为SdeptSnoSdept

22、S-DSdeptSlocD-LvS-L(Sno,Sdept,Sloc)2NFS-L(Sno,Sdept,Sloc)3NFS-D(Sno，Sdept)3NFD-L(Sdept，Sloc)3NF第48页，共106页，编辑于2022年，星期六3NF（续）（续）v采用投影分解法将一个2NF的关系分解为多个3NF的关系，可以在一定程度上解决原2NF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。v将一个2NF关系分解为多个3NF的关系后，仍然不能完全消除关系模式中的各种异常情况和数据冗余。第49页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2 规范化规范化6.2.1 函数依赖函数依赖6.2.

23、2 码码6.2.3 范式范式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多值依赖多值依赖6.2.8 4NF6.2.9 规范化小结规范化小结第50页，共106页，编辑于2022年，星期六 6.2.6 BC范式（范式（BCNF）v定义定义6.8关系模式R1NF，若XY且YX时X必含有码，则RBCNF。v等价于：每一个决定属性因素都包含包含码第51页，共106页，编辑于2022年，星期六BCNF（续）（续）v若RBCNF所有非主属性对每一个码都是完全函数依赖所有的主属性对每一个不包含它的码，也是完全函数依赖没有任何属性完全函数依赖于非码的任何一组属性vRBCNFR3NF充分不

24、必要第52页，共106页，编辑于2022年，星期六BCNF（续）（续）例5关系模式C（Cno:课程号，Cname:课程名，Pcno:先修课号）C3NFCBCNF例6关系模式S（Sno，Sname，Sdept，Sage）n假定Sname唯一，则S有两个码Sno、SnamenS3NFnSBCNF第53页，共106页，编辑于2022年，星期六BCNF（续）（续）例7关系模式SJP（S:学生，J:课程，P:名次）n函数依赖：（S，J）P；(J，P）Sn（S，J）与（J，P）都可以作为候选码,属性相交nSJP3NFnSJPBCNF第54页，共106页，编辑于2022年，星期六 BCNF（续）（续）例8在

25、关系模式STJ（S，T，J）中，S表示学生，T表示教师，J表示课程。每个教师只教一门课。函数依赖：(S，J)T，(S，T)J，TJ(S，J)和(S，T)都是候选码第55页，共106页，编辑于2022年，星期六 BCNF（续）（续）JSJTSTSTJ中的函数依赖中的函数依赖第56页，共106页，编辑于2022年，星期六BCNF（续）（续）vSTJ3NF没有任何非主属性对码传递依赖或部分依赖vSTJBCNFT是决定因素，T不包含码第57页，共106页，编辑于2022年，星期六BCNF（续）（续）v解决方法：将STJ分解为二个关系模式：ST(S，T)BCNF，TJ(T，J)BCNF没有任何属性对码的

26、部分函数依赖和传递函数依赖STSTTJTJ第58页，共106页，编辑于2022年，星期六3NF与与BCNF的关系的关系vRBCNFR3NFv如果R3NF，且R只有一个候选码RBCNFR3NF充分不必要充分必要第59页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2 规范化规范化6.2.1 函数依赖函数依赖6.2.2 码码6.2.3 范式范式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多值依赖多值依赖6.2.8 4NF6.2.9 规范化小结规范化小结第60页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2.7 多值依赖多值依赖例9学校中某一门课程由多个教师讲授，他们使用相同的一套

27、参考书。每个教员可以讲授多门课程，每种参考书可以供多门课程使用。课程教师参考书课程-教师课程-参考书mnpq第61页，共106页，编辑于2022年，星期六课课程程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.多值依赖（续）多值依赖（续）v非规范化关系第62页，共106页，编辑于2022年，星期六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

28、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多值依赖（续）多值依赖（续）v用规范化二维表表示Teaching第63页，共106页，编辑于2022年，星期六多值依赖（续）多值依赖（续）vTeachingBCNFvTeaching具有唯一候选码(C，T，B)，即全码第64页，共106页，编辑于20

29、22年，星期六多值依赖（续）多值依赖（续）Teaching模式中存在的问题(1)数据冗余度大(2)插入操作复杂(3)删除操作复杂(4)修改操作复杂存在多值依赖第65页，共106页，编辑于2022年，星期六多值依赖（续）多值依赖（续）v【定义【定义6.9】设R(U)是一个属性集U上的一个关系模式，X、Y和Z是U的子集，并且ZUXY。关系模式R(U)中多值依赖多值依赖XY成立，当且仅当对R(U)的任一关系任一关系r，给定的一对（x，z）值，有一组一组Y的值，这组值仅仅决定于决定于x值、而与z值无关v例.P178-179,表6.3、表6.4:Teaching（C:课程,T:教师,B:参考书）x Y

30、z 第66页，共106页，编辑于2022年，星期六多值依赖（续）多值依赖（续）v多值依赖的另一个等价的形式化的定义：在R(U)的任一关系r中，设X、Y是U的子集、Z=U-X-Y，如果存在元组t1、t2使得t1X=t2X，那么就必然有元组t3、t4使得t1X=t2X=t3X=t4Xt3Y=t1Y且t4Y=t2Yt3Z=t2Z且t4Z=t1Z则称Y多值依赖于X，记为XY第67页，共106页，编辑于2022年，星期六多值依赖（续）多值依赖（续）v平凡多值依赖和非平凡的多值依赖若XY，而Z，则称XY为平凡的多值依赖否则称XY为非平凡的多值依赖第68页，共106页，编辑于2022年，星期六多值依赖（续）

31、多值依赖（续）例10关系模式WSC（W，S，C）W表示仓库，S表示保管员，C表示商品假设每个仓库有若干个保管员，有若干种商品每个保管员保管所在的仓库的所有商品每种商品被所有保管员保管第69页，共106页，编辑于2022年，星期六多值依赖（续）多值依赖（续）WSCW1S1C1W1S1C2W1S1C3W1S2C1W1S2C2W1S2C3W2S3C4W2S3C5W2S4C4W2S4C5第70页，共106页，编辑于2022年，星期六多值依赖（续）多值依赖（续）WS且WC用下图表示这种对应第71页，共106页，编辑于2022年，星期六多值依赖的性质多值依赖的性质（1）多值依赖具有对称性(从等价定义可以看

32、出)若XY，则XZ，其中ZUXY（2）多值依赖具有传递性若XY，YZ，则XZY（3）函数依赖是多值依赖的特殊情况(从原始定义可以看出)若XY，则XY（4）若XY，XZ，则XYZ（5）若XY，XZ，则XYZ（6）若XY，XZ，则XY-Z，XZ-Y第72页，共106页，编辑于2022年，星期六多值依赖与函数依赖的区别多值依赖与函数依赖的区别(1)多值依赖的有效性与属性集的范围有关(2)若函数依赖XY在R（U）上成立，则对于任何YY均有XY成立多值依赖XY若在R(U)上成立，不能断言对于任何YY有XY成立第73页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2 规范化规范化6.2.1 函数依赖函数依赖6

33、.2.2 码码6.2.3 范式范式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多值依赖多值依赖6.2.8 4NF6.2.9 规范化小结规范化小结第74页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2.8 4NFv定义定义6.10关系模式R1NF，如果对于R的每个非平凡多值依赖XY（YX），X都含有码，则R4NFv等价定义：R1NF是4NF，如果R上的每个多值依赖XY都具有性质：YX或XY=U或X是超键v如果R4NF，则RBCNFn不允许有非平凡非平凡且非函数依赖非函数依赖的多值依赖n允许的非平凡多值依赖是函数依赖第75页，共106页，编辑于2022年，星期六4NF（续）（

34、续）例：Teaching(C,T,B)4NF存在非平凡的多值依赖CT，且C不是码v用投影分解法把Teaching分解为如下两个关系模式：CT(C,T)4NFCB(C,B)4NFCT，CB是平凡多值依赖第76页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2 规范化规范化6.2.1 函数依赖函数依赖6.2.2 码码6.2.3 范式范式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多值依赖多值依赖6.2.8 4NF6.2.9 规范化小结规范化小结第77页，共106页，编辑于2022年，星期六6.2.9 规范化小结规范化小结v关系数据库的规范化理论是数据库逻辑设计的工具v目的：尽量

35、消除插入、删除一场，修改复杂，数据冗余v基本思想：逐步消除数据依赖中不合适的部分实质：概念的单一化单一化第78页，共106页，编辑于2022年，星期六规范化小结（续）规范化小结（续）v关系模式规范化的基本步骤1NF消除非主属性对码的部分函数依赖消除决定属性2NF集非码的非平消除非主属性对码的传递函数依赖凡函数依赖3NF消除主属性对码的部分和传递函数依赖BCNF 消除非平凡且非函数依赖的多值依赖4NF第79页，共106页，编辑于2022年，星期六规范化小结（续）规范化小结（续）v不能说规范化程度越高的关系模式就越好v在设计数据库模式结构时，必须对现实世界的实际情况和用户应用需求作进一步分析，确定

36、一个合适的、能够反映现实世界的模式v上面的规范化步骤可以在其中任何一步终止第80页，共106页，编辑于2022年，星期六第六章第六章 关系数据理论关系数据理论6.1 问题的提出问题的提出6.2 规范化规范化6.3 数据依赖的公理系统数据依赖的公理系统*6.4 模式的分解模式的分解6.5 小结小结第81页，共106页，编辑于2022年，星期六6.3 数据依赖的公理系统数据依赖的公理系统【定义定义6.11】对于满足一组函数依赖函数依赖F的关系模式R，其任何一个关系r，若函数依赖XY都成立,（即r中任意两元组t，s，若tX=sX，则tY=sY），则称F逻逻辑蕴含辑蕴含XY第82页，共106页，编辑于

37、2022年，星期六1.Armstrong公理系统公理系统关系模式R来说有以下的推理规则：A1.自反律自反律（Reflexivity）：若YXU，则XY为F所蕴含。A2.增广律增广律（Augmentation）：若XY为F所蕴含，且ZU，则XZYZ为F所蕴含。A3.传递律传递律（Transitivity）：若XY及YZ为F所蕴含，则XZ为F所蕴含。第83页，共106页，编辑于2022年，星期六2.导出规则导出规则根据A1，A2，A3这三条推理规则可以得到下面三条推理规则：合并规则合并规则：由XY，XZ，有XYZ（A2，A3）伪传递规则伪传递规则：由XY，WYZ，有XWZ（A2，A3）分解规则分解

38、规则：由XY及ZY，有XZ（A1，A3）第84页，共106页，编辑于2022年，星期六3.函数依赖集合的闭包函数依赖集合的闭包v【定义6.l2】在关系模式R中为F所逻辑蕴含的函数依赖的全体叫作函数依赖集函数依赖集F的闭包的闭包，记为F+vArmstrong公理系统（即自反律、传递律和增广律）是有效的、完备的n有效性：由F出发根据Armstrong公理推导出来的每一个函数依赖一定在F+中；n完备性：F+中的每一个函数依赖，必定可以由F出发根据Armstrong公理推导出来第85页，共106页，编辑于2022年，星期六4.属性集合的闭包属性集合的闭包 【定义【定义6.13】设F为属性集U上的一组函

39、数依赖，XU，XF+=A|XA能由F根据Armstrong公理导出，XF+称为属性集属性集X关于函数依赖集关于函数依赖集F的闭包的闭包第86页，共106页，编辑于2022年，星期六求属性集合闭包的算法求属性集合闭包的算法算法算法6.1求属性集X（XU）关于U上的函数依赖集F的闭包XF+输入：X，F输出：XF+步骤：（1）令X（0）=X，i=0（2）求B，这里B=A|(V)(W)(VW FVX（i）AW)；（3）X（i+1）=BX（i）（4）判断X（i+1）=X（i）吗?（5）若相等或X（i）=U,则X（i）就是XF+,算法终止。（6）若否，则i=i+l，返回第（2）步。第87页，共106页，编

40、辑于2022年，星期六属性集合的闭包属性集合的闭包例例1 已知关系模式已知关系模式R，其中，其中U=A，B，C，D，E；F=ABC，BD，CE，ECB，ACB。求（求（AB）F+解解 设设X（0）=AB；(1)X（1）=AB CD=ABCD(2)X（0）X（1）X（2）=X（1）BE=ABCDE(3)X（2）=U，算法终止，算法终止（AB）F+=ABCDE第88页，共106页，编辑于2022年，星期六5.最小依赖集最小依赖集定义定义6.14 如果G+=F+，则称函数依赖集F覆盖覆盖G，或F与G等价等价。定定义义6.15如果函数依赖集F满足下列条件，则称F为一个极极小小函函数数依依赖赖集集，亦称

41、为最小依赖集最小依赖集或最小覆盖最小覆盖。(1)F中任一函数依赖的右部仅含有一个属性。(2)F中不存在这样的函数依赖XA，使得F与F-XA等价等价。(3)F中 不 存 在 这 样 的 函 数 依 赖 XA，X有 真 子 集 Z使 得 F-XAZA与F等价。（即X没有多余的属性）第89页，共106页，编辑于2022年，星期六最小依赖集最小依赖集例2关系模式S，其中：U=Sno，Sdept，Mname，Cno，Grade，F=SnoSdept，SdeptMname，(Sno，Cno)Grade设F=SnoSdept，SnoMname，SdeptMname，(Sno，Cno)Grade，(Sno，S

42、dept)SdeptF是最小覆盖，而F不是。因为：F-SnoMname与F等价F-(Sno，Sdept)Sdept也与F等价第90页，共106页，编辑于2022年，星期六7.极小化过程极小化过程定理定理6.3每一个函数依赖集F均等价于一个极小函数依赖集Fm；此Fm称为F的最小依赖集。证明:构造性证明，找出F的一个最小依赖集。第91页，共106页，编辑于2022年，星期六极小化过程（续）极小化过程（续）(1)把所有把所有FD表示成标准形式：表示成标准形式：逐一检查F中各函数依赖FDi：XY，若Y=A1A2Ak，k2，则用XAj|j=1，2，k来取代XY(2)删去冗余的删去冗余的FD:逐一检查F中

43、各函数依赖FDi：XA，令G=F-XA，若AXG+，则从F中去掉此函数依赖。(3)把每个把每个FD的左边最小化：的左边最小化：逐一取出F中各函数依赖FDi：XA，设X=B1B2Bm，逐一考查Bi（i=l，2，m），若A（X-Bi）F+，则以X-Bi取代X第92页，共106页，编辑于2022年，星期六极小化过程（续）极小化过程（续）例3F=AB，BA，BC，AC，CAFm1、Fm2都是F的最小依赖集：Fm1=AB，BC，CAFm2=AB，BA，AC，CAvF的最小依赖集Fm不唯一v极小化过程(定理6.3的证明)也是检验F是否为极小依赖集的一个算法第93页，共106页，编辑于2022年，星期六第六

44、章第六章 关系数据理论关系数据理论6.1 问题的提出问题的提出6.2 规范化规范化6.3 数据依赖的公理系统数据依赖的公理系统*6.4 模式的分解模式的分解6.5 小结小结第94页，共106页，编辑于2022年，星期六6.4 模式的分解模式的分解v把低一级的关系模式分解为若干个高一级的关系模式的方法不是唯一的v只有能够保证分解后的关系模式与原关系模式等价，分解方法才有意义第95页，共106页，编辑于2022年，星期六关系模式分解的标准关系模式分解的标准三种关于模式分解是否等价的描述：分解具有无损连接性分解要保持函数依赖分解既要保持函数依赖，又要具有无损连接性第96页，共106页，编辑于2022

45、年，星期六模式的分解（续）模式的分解（续）定义定义6.16关系模式R的一个分解分解是指：=R1，R2，RnU=Ui，且不存在UiUj，Fi为F在Ui上的投影投影定义定义6.17函数依赖集合XY|XYF+XYUi的一个覆覆盖盖Fi叫作F在属性Ui上的投影投影i=1n第97页，共106页，编辑于2022年，星期六模式的分解（续）模式的分解（续）例：S-L（Sno，Sdept，Sloc）F=SnoSdept,SdeptSloc,SnoSlocS-L2NF分解方法可以有多种：1.S-L分解为三个关系模式：SN(Sno)SD(Sdept)SO(Sloc)2.SL分解为下面二个关系模式：NL(Sno,Sl

46、oc)DL(Sdept,Sloc)3.将SL分解为下面二个关系模式：ND(Sno,Sdept)NL(Sno,Sloc)第98页，共106页，编辑于2022年，星期六具有无损连接性的模式分解具有无损连接性的模式分解v关系模式R的一个分解=R1,R2,Rn,若R与R1、R2、Rn自然连接的结果相等，则称关系模式R的这个分解具有无损连接性无损连接性（Losslessjoin），或称为无损分解无损分解v具有无损连接性的分解保证不丢失信息v无损连接性不一定能解决插入异常、删除异常、修改复杂、数据冗余等问题第99页，共106页，编辑于2022年，星期六保持函数依赖的模式分解保持函数依赖的模式分解若F+=(

47、Fi)+,则关系模式R的分解R1，R2，Rn,（其中U=U1U2Un，且不存在UiUj，Fi为F在Ui上的投影），称为保保持持函函数数依依赖赖（Preservedependency）i=1n第100页，共106页，编辑于2022年，星期六模式的分解（续）模式的分解（续）v如果一个分解具有无损连接性，则它能够保证不丢失信息v如果一个分解保持了函数依赖，则它可以减轻或解决各种异常情况v分解具有无损连接性和分解保持函数依赖是两个互相独立的标准。具有无损连接性的分解不一定能够保持函数依赖；同样，保持函数依赖的分解也不一定具有无损连接性。第101页，共106页，编辑于2022年，星期六判定一个分解是无损

48、连接分解的算法判定一个分解是无损连接分解的算法对于R的一个分解，=R1,R2，该分解是无损连接分解 F+包 含 函 数 依 赖U1 U2-U1或 U1 U2-U2分解为分解为BCNF的算法的算法算法 6.5 转换为BCNF的无损连接分解（1）令=R（2）检查中各个关系模式是否均为BCNF。若是，则终止。（3）若中Ri不是BCNF，则必有非平凡函数依赖XA Fi+,A是单个属性，X非Ri的码。把Ui分解成Ui A和XA.返回（2）注意到XA为空，因此（3）的分解为无损分解。第103页，共106页，编辑于2022年，星期六第六章第六章 关系数据理论关系数据理论6.1 问题的提出问题的提出6.2 规

49、范化规范化6.3 数据依赖的公理系统数据依赖的公理系统*6.4 模式的分解模式的分解6.5 小结小结第104页，共106页，编辑于2022年，星期六第六章第六章 关系数据理论关系数据理论附：例题讲解附：例题讲解1.已知关系已知关系SCHEDULE的模式如下。这个关系的最高范式是什么？该关系存在哪一类数据异常？举例说明。的模式如下。这个关系的最高范式是什么？该关系存在哪一类数据异常？举例说明。SCHEDULE(STUDENT_ID,CLASS_NO,STUDENT_NAME,STUDENT_MAJOR,CLASS_TIME,BUILDING_ROOM,INSTRUCTOR)。其主键为（。其主键为

50、（STUDENT_ID,CLASS_NO)，假设有下列函数依赖：，假设有下列函数依赖：STUDENT_IDSTUDENT_NAME STUDENT_ID STUDENT_MAJOR CLASS_NO CLASS_TIME CLASS_NO CLASS_BUILDING CLASS_NO INSTRUCTOR解：解：其最高范式为其最高范式为1NF 因为存在非主属性对键的部分依赖因为存在非主属性对键的部分依赖 有插入异常、删除异常、更新异常。如，删除某门课程的最后一个学生，相应的教师信息也会有插入异常、删除异常、更新异常。如，删除某门课程的最后一个学生，相应的教师信息也会消失。消失。第105页，共