关系数据库理论讲稿.ppt

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1、关系数据库理论关系数据库理论第一页，讲稿共五十五页哦什么是好的数据库设计什么是好的数据库设计n准确反映客观世界的信息准确反映客观世界的信息n无过度的冗余无过度的冗余n无插入异常无插入异常n无修改复杂无修改复杂n无删除异常无删除异常第二页，讲稿共五十五页哦过度冗余过度冗余数据重复数据重复修改异常修改异常修改代价大、可能导致数据不一致修改代价大、可能导致数据不一致删除异常删除异常部分信息的删除可能导致信息的丢失部分信息的删除可能导致信息的丢失插入异常插入异常必须有完整信息必须有完整信息一个不好的设计一个不好的设计第三页，讲稿共五十五页哦关系模式的形式化定义关系模式的形式化定义关系模式由五部分组成，

2、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：关系名关系名U：组成该关系的属性名集合组成该关系的属性名集合D：属性组属性组U中属性所来自的域中属性所来自的域DOM：属性向域的映象集合属性向域的映象集合F：属性间数据的依赖关系集合属性间数据的依赖关系集合第四页，讲稿共五十五页哦n关系模式关系模式R（U,D,DOM,F）简化为一个三元组：简化为一个三元组：R（U,F）n当且仅当当且仅当U上的一个关系上的一个关系r满足满足F时，时，r称为称为关系模关系模式式 R（U,F）的一个）的一个关系关系第五页，讲稿共五十五页哦码（续）码（续）n主属性与非主属性主属性与非

3、主属性n包含在任何一个候选码中的属性包含在任何一个候选码中的属性，称为主属性，称为主属性n不包含在任何码中的属性称为非主属性不包含在任何码中的属性称为非主属性n全码全码n整个属性组是码，称为全码（整个属性组是码，称为全码（All-key）第六页，讲稿共五十五页哦例例1建立一个描述学校教务的数据库：建立一个描述学校教务的数据库：学生的学号（学生的学号（Sno）、所在系（）、所在系（Sdept）系主任姓名（系主任姓名（Mname）、课程名（）、课程名（Cname）成绩（成绩（Grade）单一单一的关系模式的关系模式：Student U Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade 第七页

4、，讲稿共五十五页哦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）属性组属性组U上的一组函数依赖上的一组函数依赖F：F Sno Sdept,Sdept Mname,(Sno,Cname)Grade SnoCnameSdeptMnameGrade第八页，讲稿共五十五页哦关系模式关系模式Student中存在的问题中存在的问题1.1.数据冗余太大数据冗余太大2.2.更新异常（更新异常（Update AnomaliesUpdate Anomalies）3.3.插入异常（插入异常（Insertion AnomaliesInsertion Anomalies）4.4.删除异常（删除异常（Del

5、etion AnomaliesDeletion Anomalies）第九页，讲稿共五十五页哦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）结论：结论：nStudent关系模式不是一个好的模式。关系模式不是一个好的模式。n“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：原因：由存在于模式中的由存在于模式中的某些数据依赖某些数据依赖引起的引起的解决方法：解决方法：通过通过分解分解关系模式来消除其中不合适关系模式来消除其中不合适 的数据依赖的数据依赖第十页，讲稿共五十五页哦分解关系模式分解关系

6、模式n把这个单一模式分成把这个单一模式分成3个关系模式：个关系模式：S（Sno，Sdept，Sno Sdept）;SC（Sno，Cno，Grade，（，（Sno，Cno）Grade）;DEPT（Sdept，Mname，Sdept Mname）第十一页，讲稿共五十五页哦数据依赖数据依赖n数据之间的相互关系数据之间的相互关系n函数依赖函数依赖(FunctionalDependency,FD)n多值依赖多值依赖(MultivaluedDependency,MVD)n根据数据间的依赖关系来设计模式根据数据间的依赖关系来设计模式第十二页，讲稿共五十五页哦n给定X的值，则Y的值也唯一确定，称 X 函数决定

7、 Y或Y函数依赖于X，记作XY.n如果R的两个元组在属性A1,A2,An上的值相等，则它们在另一个属性B上的值也相等，称A1,A2,An函数决定B或B函数依赖于A1,A2,An，记作A1A2AnB.函数依赖函数依赖第十三页，讲稿共五十五页哦nXY中X叫做决定因素.n平凡的函数依赖:XY但YX.否则称非平凡的函数依赖.n若XY且YX则记做XY.n完全函数依赖XY:Y不依赖于X的任何一个真子集.否则称部分函数依赖XY.n传递函数依赖:XY且YZ则XZ.术语和记号术语和记号FP第十四页，讲稿共五十五页哦n如果关系模式R的属性组K满足条件KR，则K为R的码.即：nK函数决定该关系模式的所有其他属性n最

8、小性:K的任何真子集都不具有上述性质nR可能有多个满足上面条件的候选码,一般指定一个作为主码.n包含在码中的属性叫做主属性,否则称非主属性.函数依赖与码函数依赖与码F第十五页，讲稿共五十五页哦n坏设计-不符合某种规范n好设计-必须符合规范n范式:关系模式的规范形式.n规范分成若干级别范式(Normal Forms)第十六页，讲稿共五十五页哦n规范化:把不符合范式要求的关系模式转换成符合范式要求的关系模式n一个关系满足某个范式所规定的一系列条件时,它就属于该范式n低级范式可进一步规范化到高级范式:1NF2NF3NFBCNF4NF范式第十七页，讲稿共五十五页哦n若关系R的每一个属性只能取原子值(不

9、可再分)，R就属于第一范式,记做 R1NF.n关系数据模型的最基本要求第一范式(1NF)第十八页，讲稿共五十五页哦2NF（续）（续）例例4 关系模式关系模式 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为学生住处，假设每个系的学生住在同一个地方个地方n函数依赖包括：函数依赖包括：(Sno,Cno)F Grade Sno Sdept (Sno,Cno)P Sdept Sno Sloc (Sno,Cno)P Sloc Sdept Sloc第十九页，讲稿共五十五页哦S-L-C不是一个好的关系模式（续）不是一个好的关系模式（续）(1)插入异

10、常插入异常(2)删除异常删除异常(3)数据冗余度大数据冗余度大(4)修改复杂修改复杂第二十页，讲稿共五十五页哦S-L-C不是一个好的关系模式（续）不是一个好的关系模式（续）n原因原因 Sdept、Sloc部分函数依赖于码。部分函数依赖于码。n解决方法解决方法 S-L-C分解为两个关系模式，以消除这些部分函数依分解为两个关系模式，以消除这些部分函数依赖赖 SC（Sno，Cno，Grade）S-L（Sno，Sdept，Sloc）第二十一页，讲稿共五十五页哦2NF（续）（续）函数依赖图：函数依赖图：SnoCnoGradeSCS-LSnoSdeptSlocv关系模式SC的码为（Sno，Cno）v关系模

11、式S-L的码为Snov这样非主属性对码都是完全函数依赖第二十二页，讲稿共五十五页哦 2NF（续）（续）n2NF2NF的定义的定义定义定义6.6 6.6 若若R1NFR1NF，且每一个，且每一个非主属性非主属性完全完全函数依赖于函数依赖于码，则码，则R2NFR2NF。例：例：S-L-C(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)S-L-C(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)1NF1NF S-L-C(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)S-L-C(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)2NF 2NF SC SC（SnoSno，CnoCno，Grad

12、eGrade）2NF2NF S-LS-L（SnoSno，SdeptSdept，SlocSloc）2NF2NF第二十三页，讲稿共五十五页哦 6.2.5 3NFn3NF3NF的定义的定义定义定义6.7 6.7 关系模式关系模式RURF 中若不存在这样的码中若不存在这样的码X X、属性、属性组组Y Y及非主属性及非主属性Z Z（Z Z Y Y）,使得使得X XY Y，Y YZ Z成立，成立，Y Y X X，则称，则称RURF 3NF3NF。n若若R R3NF3NF，则每一个，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于码也也不传递依赖不传递依赖于码。于码。第二十四页，讲稿共五十五页哦3NF

13、（续）（续）例：例：2NF2NF关系模式关系模式S-L(Sno,Sdept,Sloc)S-L(Sno,Sdept,Sloc)中中n函数依赖：函数依赖：SnoSdeptSnoSdept Sdept Sno Sdept Sno SdeptSloc SdeptSloc 可得：可得：SnoSlocSnoSloc，即，即S-LS-L中存在非主属性对码的传递函数依中存在非主属性对码的传递函数依赖，赖，S-L S-L 3NF3NF传递第二十五页，讲稿共五十五页哦 3NF（续）（续）函数依赖图：函数依赖图：S-LSnoSdeptSloc第二十六页，讲稿共五十五页哦3NF（续）（续）n解决方法解决方法 采用投影

14、分解法，把采用投影分解法，把S-LS-L分解为两个关系模式，分解为两个关系模式，以消除传递函数依赖：以消除传递函数依赖：S-DS-D（SnoSno，SdeptSdept）D-LD-L（SdeptSdept，SlocSloc）S-DS-D的码为的码为SnoSno，D-LD-L的码为的码为SdeptSdept。n分解后的关系模式分解后的关系模式S-DS-D与与D-LD-L中不再存在传递依赖中不再存在传递依赖 第二十七页，讲稿共五十五页哦3NF（续）（续）S-D的码为的码为Sno，D-L的码为的码为SdeptSnoSdeptS-DSdeptSlocD-Lv S-L(Sno,Sdept,Sloc)2N

15、F S-L(Sno,Sdept,Sloc)3NF S-D(Sno，Sdept)3NFD-L(Sdept，Sloc)3NF第二十八页，讲稿共五十五页哦 6.2.6 BC范式（范式（BCNF）n定义6.8 关系模式关系模式R 1NF，若，若XY且且Y X时时X必含有码，则必含有码，则R BCNF。n等价于：每一个决定属性因素都包含码等价于：每一个决定属性因素都包含码第二十九页，讲稿共五十五页哦BCNF（续）（续）n若若R BCNF n所有非主属性对每一个码都是完全函数依赖所有非主属性对每一个码都是完全函数依赖n所有的主属性对每一个不包含它的码，也是所有的主属性对每一个不包含它的码，也是完全函数依赖

16、完全函数依赖n没有任何属性完全函数依赖于非码的任何一没有任何属性完全函数依赖于非码的任何一组属性组属性nR BCNF R 3NF充分不必要第三十页，讲稿共五十五页哦BCNF（续）（续）例例5 关系模式关系模式C（Cno，Cname，Pcno）nC 3NFnC BCNF例例6 关系模式关系模式S（Sno，Sname，Sdept，Sage）n假定假定S有两个码有两个码Sno，SnamenS 3NF。nS BCNF第三十一页，讲稿共五十五页哦BCNF（续）（续）例例7关系模式关系模式SJP（S，J，P）n函数依赖：（函数依赖：（S，J）P；(J，P）Sn（S，J）与（）与（J，P）都可以作为候选码）

17、都可以作为候选码,属性相交属性相交nSJP 3NF，nSJP BCNF第三十二页，讲稿共五十五页哦 BCNF（续）（续）例例8在关系模式在关系模式STJ（S，T，J）中，）中，S表示学生，表示学生，T表示教师，表示教师，J表示课程。表示课程。n函数依赖：函数依赖：(S，J)T，(S，T)J，TJn(S，J)和和(S，T)都是候选码都是候选码第三十三页，讲稿共五十五页哦 BCNF（续）（续）JSJTSTSTJ中的函数依赖中的函数依赖第三十四页，讲稿共五十五页哦BCNF（续）（续）nSTJ 3NFn没没有有任任何何非非主主属属性性对对码码传传递递依依赖赖或或部部分分依依赖赖nSTJ BCNFnT是

18、决定因素，是决定因素，T不包含码不包含码第三十五页，讲稿共五十五页哦BCNF（续）（续）n解决方法：将解决方法：将STJ分解为二个关系模式：分解为二个关系模式：ST(S，T)BCNF，TJ(T，J)BCNF 没有没有任何属性任何属性对码的部分函数依赖和传递函数依赖对码的部分函数依赖和传递函数依赖SJSTTJTJ第三十六页，讲稿共五十五页哦3NF与与BCNF的关系的关系nR BCNF R 3NFn如果如果R 3NF，且，且R只有一个候选码只有一个候选码 R BCNF R 3NF充分不必要充分必要第三十七页，讲稿共五十五页哦6.2 规范化规范化6.2.1 函数依赖6.2.2 码6.2.3 范式6.

19、2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多值依赖6.2.8 4NF6.2.9 规范化小结第三十八页，讲稿共五十五页哦6.2.7 多值依赖多值依赖例例9 学校中某一门课程由多个教师讲授，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。每个教员可他们使用相同的一套参考书。每个教员可以讲授多门课程，每种参考书可以供多门以讲授多门课程，每种参考书可以供多门课程使用。课程使用。第三十九页，讲稿共五十五页哦课课程程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

20、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非规范化关系第四十页，讲稿共五十五页哦普通物理学光学原理物理习题集普通物理学光学原理物理习题集数学分析微分方程高等代数数学分析微分方程高等代数李 勇李 勇李 勇王 军王 军王 军李 勇李 勇李 勇张 平张 平张 平 物 理物 理物 理物 理物 理物 理数 学数 学数 学数 学数 学数 学 参考书参考书B教员教员T课程课程C多值依赖（续）多值依赖（续）v用二维表表示Teaching第四十一页，讲稿共五十五页哦多值依赖（续）多值依赖（续）nTeaching BCNFnTeaching具有唯一候选码具有

21、唯一候选码(C，T，B)，即全码即全码 第四十二页，讲稿共五十五页哦多值依赖（续）多值依赖（续）Teaching模式中存在的问题模式中存在的问题(1)数据冗余度大数据冗余度大(2)插入操作复杂插入操作复杂(3)删除操作复杂删除操作复杂(4)修改操作复杂修改操作复杂存在多值依赖第四十三页，讲稿共五十五页哦多值依赖（续）多值依赖（续）n定义6.9 设设R(U)是一个属性集是一个属性集U上的一个关系模式，上的一个关系模式，X、Y和和Z是是U的子集，并且的子集，并且ZUXY。关系模式。关系模式R(U)中中多值多值依赖依赖 XY成立，当且仅当对成立，当且仅当对R(U)的的任一关系任一关系r，给，给定的一

22、对（定的一对（x，z）值，有一组）值，有一组Y的值，这组值仅仅决定的值，这组值仅仅决定于于x值而与值而与z值无关值无关n例例 Teaching（C,T,B）第四十四页，讲稿共五十五页哦n对于关系R，若R1NF，且每一个非主属性完全函数依赖于码，则R2NF。n不能部分依赖于码例如:sc(sno,sname,cno,grade)中sno,cnogradesnosname第二范式(2NF)PF第四十五页，讲稿共五十五页哦第二范式(2NF)snocnogradesname完全依赖完全依赖非完全依赖非完全依赖第四十六页，讲稿共五十五页哦n对于关系R，若R2NF，且每个非主属性都不传递依赖于码，则R3NF

23、。n例如:student(sno,sname,sdept,dept_head)snosname,sdept sdeptdept_head传递依赖：snodept_head第三范式(3NF)第四十七页，讲稿共五十五页哦第三范式(3NF)snosdeptsnamedept_head第四十八页，讲稿共五十五页哦n对于关系R，若R1NF，且对于所有非平凡的函数依赖XY，X必包含码，则RBCNF。n满足BCNF的关系模式中:n决定因素都包含码n决定因素可以是超键n满足BCNF必满足3NF,但反之不然.Boyce Codd范式(BCNF)第四十九页，讲稿共五十五页哦n例如sct(s,c,t)/学生，课程，

24、教师tc /假设每位教师只上一门课s,ct /假设学生只向一个老师学某门课s,tc/学生向某个老师只能学一门课Boyce Codd范式(BCNF)第五十页，讲稿共五十五页哦sctstcBoyce/Codd范式(BCNF)sct3NF但但sct BCNF,因为因为t是决定因素是决定因素,但不是码但不是码第五十一页，讲稿共五十五页哦多值依赖n例如:CTB(课程C,教员T,教科书B)n一门课可以有多个教员讲授n一门课可以有多本教科书供选用n对教员和教科书的选择是相互独立的 C T B c1 t1 b1 c1 t2 b1 c1 t1 b2 c1 t2 b2第五十二页，讲稿共五十五页哦n多值依赖（MVD

25、）n设R(U)是一个关系模式,X、Y、Z是U的子集，且Z=U-X-Y。R中多值依赖XY成立,当且仅当,对R的任意两个满足s.X=t.X的元组s,t，交换s,t的Y值,所得两个新元组必在R中.n即:对给定的X，对应的Y值与Z值无关.多值依赖第五十三页，讲稿共五十五页哦n对于关系R1NF，若对所有非平凡的多值依赖XY，X都包含码，则R4NF。第四范式第五十四页，讲稿共五十五页哦n基本思想:一事一地(以码为核心)n规范化过程:规范化小结1NF2NF3NFBCNF4NF消除非主属性对码的部分FD消除非主属性对码的传递FD消除主属性对码的部分和传递FD消除非平凡且非FD的MVD消除决定因素非码的非平凡FD第五十五页，讲稿共五十五页哦