武汉大学数据库系统概论 第十五讲 规范化与函数依赖.pdf

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1、1第十五讲第十五讲规范化与函数依赖规范化与函数依赖2学完本讲后，你应该能够了解：1.规范化是关系数据库逻辑设计的一种方法；2.一个不好的数据库设计存在更新异常：插入异常、删除异常、数据冗余和修改复杂；3.导致更新异常的原因是：在一个关系模式中存在某些函数依赖。规范化方法就是将一个关系模式分解成多个模式，使得这些函数依赖不出现在同一个关系模式中的过程；4.函数依赖是一种语义上的概念，不能仅由表中的元组集合归纳出来；5.函数依赖、部分函数依赖、递归函数依赖的定义。本 讲 主 要 目 标3一一规范化的概念规范化的概念二二坏的数据库设计中的异常坏的数据库设计中的异常三三函数依赖函数依赖四四部分函数依赖

2、部分函数依赖五五.传递函数依赖传递函数依赖4规范化的概念规范化的概念5规范化的概念规范化的概念规范化规范化（NormalizationNormalization）规范化是将属性分配给一个实体的过程，用以减少数据冗余和减少更新异常。这个过程实际上就是将一个低一级范式的关系模式，通过模式分解转换为若干个高一级范式的关系模式的集合的过程。一个手工处理的表可能一个手工处理的表可能存在数据冗余和导致更存在数据冗余和导致更新异常吗？新异常吗？6坏的数据库设计坏的数据库设计中的异常中的异常7坏的数据库设计中的异常坏的数据库设计中的异常现在要建立一个数据库来描述学生的借书情况，有这样一些属性：借书证号（S#）

3、姓名（SN）所在系（SD）电话（PHONE）借阅的图书号（B#）借阅图书名（BN）借阅日期（DATE）用一个关系模式S（S#,SN,SD,PHONE,B#,BN,DATE）表示。8坏的数据库设计中的异常坏的数据库设计中的异常假定有这样一个关系：假定有这样一个关系：S#SNSDPHONEB#BNDATE199813001王铭CS87654321B001数据结构20020403199813001王铭CS87654321B002数据库20020403199813001王铭CS87654321B003离散数学20020406199813001王铭CS87654321B004操作系统2002040619

4、9813001王铭CS87654321B005心理学20020420199813001王铭CS87654321B006人工智能20020420200112001李力MA12345678C001哲学20020508199812002张成MA12345678B001数据结构20020509设定主键为（S#，B#，DATE）该关系该关系模式好模式好吗？吗？9坏的数据库设计中的异常坏的数据库设计中的异常冗余太大冗余太大更新异常更新异常插入异常插入异常删除异常删除异常S#SNSDPHONEB#BNDATE199813001王铭CS87654321B001数据结构20020403199813001王铭CS

5、87654321B002数据库20020403199813001王铭CS87654321B003离散数学20020406199813001王铭CS87654321B004操作系统20020406199813001王铭CS87654321B005心理学20020420199813001王铭CS87654321B006人工智能20020420200112001李力MA12345678C001哲学20020508199812002张成MA12345678B001数据结构20020509一个学生借多本书一个学生借多本书“王铭王铭”转系转系新生注册但没借书新生注册但没借书还掉了借的所有书还掉了借的所有书

6、更新更新操作：操作：10坏的数据库设计中的异常坏的数据库设计中的异常更新异常更新异常（Update Anomaly）如果更改表所对应的某个实体实例或者关系实例的单个属性时，需要进行多行更新，那么就说这个表存在更新异常插入异常插入异常（Insert Anomaly）无法插入某个实体实例（因为缺少某些属性的值）删除异常删除异常（Delete Anomaly）如果删除表的某一个实体实例或关系实例时，导致丢失另一个不同实体实例或关系实例的信息。11坏的数据库设计中的异常坏的数据库设计中的异常解决-将该模式分解下列成三个模式：S（S#,SN,SD,PHONE），B（B#,BN），SB（S#,B#,DAT

7、E）一个学生借多本书一个学生借多本书“王铭王铭”转系转系新生注册但没借书新生注册但没借书还掉了借的所有书还掉了借的所有书S#SNSDPHONE199813001王铭CS87654321200112001李力MA12345678199812002张成MA12345678B#BNB001数据结构B002数据库B003离散数学B004操作系统B005心理学B006人工智能C001哲学S#B#DATE199813001B00120020403199813001B00220020403199813001B00320020406199813001B00420020406199813001B00520020

8、420199813001B00620020420200112001C00120020508199812002B00120020509解决前面的问题了吗？能保证不再存在其它的更新异常吗？12坏的数据库设计中的异常坏的数据库设计中的异常另一个实例：用一个关系模式S-L-C（S#，SD，SL，C#，G）来描述学生的有关信息，其中S#为学生的学号，SD为学生所在系，SL为学生的住处，并且每个系的学生住在同一个地方，C#为课程号，G为成绩。这里键为（S#，C#）。13坏的数据库设计中的异常坏的数据库设计中的异常分析关系模式S-L-C（S#，SD，SL，C#，G）中的更新异常：一个学生修很多课程一个学生转

9、系插入一个尚未选课的学生信息一个学生只选修了一门课，但现在决定不选了冗余太大冗余太大修改复杂修改复杂插入异常插入异常删除异常删除异常14坏的数据库设计中的异常坏的数据库设计中的异常将关系模式S-L-C（S#,SD,SL,C#,G）分解为两个：S-L（S#,SD,SL）和S-C（S#，C#，G）S S-C C和和S S-L L中消除了前中消除了前面的更新异常了吗？面的更新异常了吗？一个学生修很多课程一个学生转系插入一个尚未选课的学生信息一个学生只选修了一门课，但现在决定不选了15坏的数据库设计中的异常坏的数据库设计中的异常将关系模式S-L-C（S#,SD,SL,C#,G）分解为两个：S-L（S#

10、,SD,SL）和S-C（S#，C#，G）S S-C C和和S S-L L中去掉了中去掉了所有更新异常吗？所有更新异常吗？分析模式S-L（S#，SD，SL）：一个系有很多学生，且同系学生住在一个地方一个学生转系一个新系创建但新生尚未注册一个系所有学生毕业了16坏的数据库设计中的异常坏的数据库设计中的异常将模式S-L分解为：S-D(S#,SD)和 D-L（SD,SL）S S-D D和和D D-L L中消除了中消除了S S-L L中的更新异常了吗？中的更新异常了吗？分析模式S-L（S#，SD，SL）：一个系有很多学生，且同系学生住在一个地方一个学生转系一个新系创建但新生尚未注册一个系所有学生毕业了1

11、7坏的数据库设计中的异常坏的数据库设计中的异常将模式S-L分解为：S-D(S#,SD)和 D-L（SD,SL）S S-D D和和D D-L L中还存在其它中还存在其它更新异常吗？更新异常吗？不存在了，因为不存在了，因为S S-D D与与D D-L L都只是都只是二目关系，已经二目关系，已经足够小了足够小了一般情况下，你能判一般情况下，你能判断一个关系模式是否断一个关系模式是否存在更新异常吗存在更新异常吗？18坏的数据库设计中的异常坏的数据库设计中的异常出现更新异常的原因?-在这单个模式中存在某些不好的数据依赖，如函数依赖，多值依赖19函数依赖函数依赖20函数依赖函数依赖1.函数依赖(Funct

12、ional dependency)函数依赖的定义：设R（U）是属性集U上的关系模式。X，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。XYf(x)数学中的函数关系确定关系规范化中的函数依赖XY21函数依赖函数依赖例如，关系模式S(S#,SN,SE,SD,SA)中，有重名时S#SN，S#SE，S#SD，S#SA无重名时S#SN，S#SE，S#SD，S#SA，SNS#，SNSE，SNSD，SNSA22部分函数依赖部分函数依赖23部分函数依赖部分函数依赖1.部分函数依赖(Partial

13、dependency)部分函数依赖的定义：在R（U）中，如果XY，并且对于X的任何真子集X，都有XY，则称Y对X完全函数依赖(full dependency)，记作：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：例如，关系模式S-C(S#,C#,SN,G)中XYFXYP(S#,C#)GF(S#,C#)SNP24部分函数依赖部分函数依赖2.2.候选键候选键(Alternate(Alternate key)key)候选键的定义：设K为R（U，F）中的属性或属性组，若则K为R的候选键，简称键(key)。选定一个候选键为主键(primary key)。主属性-包含在任何一个键中的属性。

14、非主属性-不包含在任何键中的属性。全键-U为键。KUF25传递函数依赖传递函数依赖26传递函数依赖传递函数依赖1.1.传递函数依赖传递函数依赖传递函数依赖的定义传递函数依赖的定义：在：在R R（U U）中中，如果如果XYXY，（Y Y X X），Y Y X X，YZYZ，则称则称Z Z对对X X传递函数依赖传递函数依赖。例如例如，关系模式关系模式SD(S#,SD,DL)SD(S#,SD,DL)中中，DLDL是系是系主任主任，因为因为S#SDS#SD，SDDLSDDL，所以所以，DLDL对对S#S#传递函数依赖传递函数依赖。27学完本讲后，你应该能够了解：1.规范化是关系数据库逻辑设计的一种方法；2.一个不好的数据库设计存在更新异常：插入异常、删除异常、数据冗余和修改复杂；3.导致更新异常的原因是：在一个关系模式中存在某些函数依赖。规范化方法就是将一个关系模式分解成多个模式，使得这些函数依赖不出现在同一个关系模式中的过程；4.函数依赖是一种语义上的概念，不能仅由表中的元组集合归纳出来；5.函数依赖、部分函数依赖、传递函数依赖的定义。本 讲 主 要 目 标