安徽農業(yè)大學數據庫原理課件 第二章 關系規(guī)范化8.ppt

1、2020/8/22,1,第二章 關系規(guī)范化（關系數據庫設計理論）,2020/8/22,2,關系數據庫設計理論是設計一個好 的數據庫系統(tǒng)的指南，研究面對一個現 實問題如何選擇比較好的關系模式集 合。 關系規(guī)范化基礎是關系模式分解轉 換的過程，其目的使關系模式更合理、 更規(guī)范。,2020/8/22,3,一、討論范圍 1、 數據庫邏輯設計要解決的問題 給出一組數據，如何構造一個適合的數 據模型，在關系數據庫中應該組織成幾個關 系模式，每個關系模式包括哪些屬性。,第一節(jié) 規(guī)范化問題,2020/8/22,4,2、在以關系模型為基礎的數據庫中，用關 系來描述現實世界。關系具有概念單一性特 點，一個關系既可

2、以描述一個實體，也可以 描述實體間的聯(lián)系。 一個關系模型包括一組關系模式，各個 關系不是完全孤立的。只有它們相互間存在 關聯(lián)，才能構成一個模型。這些關系模式 的全體定義構成關系數據庫模式。,2020/8/22,5,3、關系數據庫設計理論主要包括三方面 的內容: 數據依賴 (設計依據) 范式(Normal Form)（設計標準） 模式設計方法（方法） 數據依賴在此起著核心的作用。,2020/8/22,6,二、存儲異常問題 通過下例分析某些不恰當的關系模式可能 導致的問題。 例如：有教師任課關系模式TDC： TDC(T#,TNAME,TITLE，ADDR, D#,DNAME,LOC， C#，CNA

3、ME，LEVEL,CREDIT) 其中屬性分別表示教師號、教師姓名、職 稱、教師地址、系號、系名稱、系地址、課程 號碼、課程名、教學水平、學分。,2020/8/22,7,在這個關系中，只有根據教師號和課程 號才能夠確定哪位教師講授哪門課程，因此 關系TDC的關鍵字是(T#，C#)，表示方式為 （ T#，C# ）。 該關系在使用過程中存在下面幾個問 題:,2020/8/22,8,1、數據冗余 每當教師開設一門課程時，該教師 的職稱、地址等信息就重復存儲一次。 一般每位教師都開設幾門課，數據冗余 不可避免。一個系有很多教師，使關系 中的數據冗余度很大。,2020/8/22,9,2、更新異常 由于數

4、據的重復存儲，會給更新帶來 麻煩。如果一位任三門課的教師改變了 地址，三個元組的地址都要更新，一旦 一個元組的地址未修改就會導致數據不 一致。如果某個系改變辦公地址，所要 修改的數據量會更大。,2020/8/22,10,3、插入異常 如果學校新調入一個教師，暫時未主 講任何課程。由于缺少關鍵字的一部分， 而關鍵字不允許出現空值，新教師就不能 插入到此關系中去。只有當他開設了課程 之后才能插入，這是不合理的。,2020/8/22,11,4、刪除異常 與插入異常相反，如果某些教師致力 于科研，不擔任教學任務了，就要從當 前數據庫中刪除有關記錄。那么關于這 些教師的其它信息將無法記載，這也是 極不合

5、理的現象。,2020/8/22,12,上述在插入、更新、刪除或修改元組時 將產生的不希望發(fā)生的異常情況是由于關系 模式設計得不好所造成的。如果用下面四個 關系模式代替原來的一個關系模式，上述四 方面的問題就基本解決了。 T (T# , TNAME, TITLE, ADDR, D # ) D (D#，DNAME，LOC) C (C#, CNAME,CREDIT） TC(T#,C#，LEVEL),2020/8/22,13,新關系模型包括四個關系模式， 教師T和系D之間通過T中的外關鍵字 D#相聯(lián)系，教師T與課程C之間多對 多的聯(lián)系通過TC中的外關鍵字(T#， C#)相聯(lián)系。,2020/8/22,1

6、4,函數依賴反映了數據之間的內在 聯(lián)系，是進行關系分解的指導和依據， 是本章討論的中心問題。,第二節(jié) 函數依賴,2020/8/22,15,現實世界中的事物是彼此聯(lián)系，互相 制約的。這種聯(lián)系分為二類： 一類是實體與實體之間的聯(lián)系; 另一類是實體內部各屬性之間的聯(lián)系。 任何一種數據模型都不僅描述實體及 其屬性，還要描述實體間的聯(lián)系。下面 討論屬性之間的聯(lián)系。,2020/8/22,16,一、屬性間的聯(lián)系 1、 一對一聯(lián)系（1：1） 借書證號和學號（讀者關系）： 在讀者關系中，借書證號是唯一的，學 號也是唯一的，借書證號與學號兩個屬性 之間是1：1聯(lián)系。學號可以確定借書證 號，借書證號也可以確定學號。

7、,2020/8/22,17,2、一對多聯(lián)系（1：m） 書名和總編號（圖書關系）： 在圖書關系中，一本書有若干副 本，它們有相同的書名、作者、分類號 等，但每本書有唯一的總編號。書名與 總編號之間是1:m，即同一個書名，有多 個總編號與之對應。,2020/8/22,18,3、多對多聯(lián)系(n:m) 借書證號和總編號（借閱關系）： 在借閱關系中，一個讀者可以借多 本書，即同一個借書證號有若干個圖書 總編號與之對應。由總編號標識的一本 書在不同日期可以被不同的讀者借閱。,2020/8/22,19,三類聯(lián)系之間存在著包含關系，1:1是 1:m的特例,1:m又是m:n的特例。 關系中屬性值之間這種相互依賴

8、又相 互制約的聯(lián)系稱為數據依賴。 數據依賴主要有兩種： 函數依賴和多值依賴。本課程只介紹 函數依賴 。 Y=x2 y2=x,2020/8/22,20,二、函數依賴 1、函數依賴的概念 用U表示屬性集的全集(A1， A2，An)，設R(U)是屬性集U上的關系模 式。X，Y是U的子集。若對于R(U)的所有具 體關系r都滿足如下約束:對于X的每一個具體 值，Y有唯一的具體值與之對應，則稱Y函數 依賴于X，或X函數決定Y，記作X Y，X 稱作決定因素。,2020/8/22,21,如果X Y,并且Y不是X的子集，則 稱X Y是非平凡的函數依賴。只討論非 平凡的函數依賴。全體總是能夠決定部分 的，若Y是X

9、的子集，則稱X Y是平凡 的函數依賴。,2020/8/22,22,例：有關系R(職工號，基本工資，獎金)， 一個職工號唯一確定一個基本工資數額或 一個獎金額，即一個人不能拿兩種工資或 獎金，但幾個人的工資可能相同。 具體數字如下表所示。,2020/8/22,23,2020/8/22,24,設屬性A是職工號，屬性B是基本工 資，屬性C是獎金，可以看出，每個A的 值對應一個B的值，一個C的值。因此， 屬性B和C都函數依賴于屬性A。但反過 來則不存在這種聯(lián)系，如基本工資390.00 對應兩個職工號051和054。,2020/8/22,25,定義中所謂“對應唯一的具體值”是指唯 一確定值是什么，而不是

10、說該值不能與其它 值相等。 FD的確切語義表示了關系模式中屬性集 X的值與Y的值之間的多對一聯(lián)系。從數值上 看，“多方”函數決定“一方”。 例如，在圖書關系中， 總編號(分類號，書名，作者，出版社),2020/8/22,26,根據函數依賴的定義，可以找出下面規(guī)律: （1）在一個關系模式中，如果屬性X、Y有 1:1聯(lián)系，則存在函數依賴X Y、Y X。 可記作XY. （2）如果屬性X、Y是m:1的聯(lián)系，則存在函 數依賴 X Y ，反之不成立。 （3）如果屬性X、Y是n:m的聯(lián)系，則X與Y 之間不存在任何函數依賴。,2020/8/22,27,2、完全函數依賴 設X Y是關系模式R（U）的一個函數 依

11、賴，如果存在X的真子集X，使得X Y 成立，則稱Y部分依賴于X，記作 X Y。否則，稱Y完全依賴于X，記作 X Y。,p,f,2020/8/22,28,例子： 在關系模式SC1 （S#，C#，GRADE，CREDIT）中， （S#，C#） GRADE （S#，C#） CREDIT,f,p,2020/8/22,29,2020/8/22,30,3、傳遞依賴 在同一關系模式R（U）中，如果存在 非平凡函數依賴X Y,Y Z,而Y X,則 稱Z傳遞依賴于X。（X Z）,2020/8/22,31,例子： 在關系模式SC1（S#，D#， dname ， dlocation）中存在： S# D# D#(dn

12、ame, dlocation) D# S#, 結果：S# (dname, dlocation),2020/8/22,32,三、關鍵字 1、候選關鍵字 （1）定義：在關系模式R(U)中，K是U中的屬 性或屬性組。如果K U,則稱K為關系R(U)的 一個候選關鍵字。 R(U)中若有一個以上的候選關鍵字，則選 定其中一個作為主關鍵字。如果K是屬性組， 可稱為組合關鍵字，或合成關鍵字。,f,2020/8/22,33,包含在任意一個候選關鍵字中的屬性，稱 為主屬性。不包含在任何候選關鍵字中的屬 性稱為非主屬性。 （2）候選關鍵字的兩個性質 A、標識的唯一性:對于R(U)中的每一個元組， K的值確定后，該

13、元組就相應確定了。 B、無冗余性:當K是屬性組的情況下，K的任 何一部分都不能唯一標識該元組。這是定義 中的完全函數依賴的意義。,2020/8/22,34,例子: 在關系SC(S#,C#，GRADE.,CREDIT) 中，屬性組(S#，C#)是候選關鍵字，也是主 關鍵字。S#、C#是主屬性,GRADE,CREDIT 是非主屬性。 在關系 借閱(借書證號，總編號，借閱 日期，備注)的關鍵字也是組合關鍵字(借書 證號，總編號),借閱日期、備注為非主屬 性。,2020/8/22,35,最簡單的情況，也是最普遍的情況， 單個屬性作為關鍵字。如，圖書中的總編 號、讀者中的借書證號、課程里的C#、學 生中

14、的S#等。在現實世界中，人們已經非 常習慣于為區(qū)別實體起一個專用的標識。 如，身份證號、醫(yī)療證號、工作證號。 在極端的情況下，關系模式的整個屬 性組U作為關鍵字，稱為全關鍵字。此 時，關系中沒有非主屬性。,2020/8/22,36,2、外關鍵字 在關系模式R(U)中，若屬性或屬性組X 不是關系R的關鍵字，但又是其它關系模式的 關鍵字，則稱X為關系R(U)的外關鍵字。 主關鍵字和外關鍵字是表示關系之間聯(lián)系 的手段。 例子： T(T# , TNAME, TITLE, ADDR, D # ) D(D#，DNAME，LOC),2020/8/22,37,一個關系模式滿足某一指定的約束，稱此 關系模式為特

15、定范式的關系模式。 關系模式有 下列幾種范式（Normal Form,NF）：第一范式 (1NF)、第二范式(2NF)、第三范式(3NF)、BCNF、 第四范式(4NF)和第五范式(5NF)。 關系規(guī)范化：把一個低一級范式的關系模式通 過模式分解轉換為一組高一級范式的關系模式的過 程。,第三節(jié) 關系的范式,2020/8/22,38,一、第一范式 在關系模式R中的每一個具體關系r中， 如果每個屬性值都是不可再分的最小數據 單位，則稱R是第一范式的關系。記為 R1NF。 不是1NF的關系稱為非規(guī)范化關系。 數據庫理論研究的都是規(guī)范化關系。,2020/8/22,39,例1:將下表規(guī)范成1NF.,20

16、20/8/22,40,將上表規(guī)范成INF可以有三種方法。 第一種方法是重復存儲職工號和姓名。 第二種方法是，保留職工號的關鍵字地位，把 電話號碼拆分成單位電話和住宅電話兩個屬性。 第三種方法是，保留職工號的關鍵字地位。維 持原模式不變，但強制每個元組只能錄入一個 電話號碼。 以上三種選擇，第一種最不可取，后兩種選擇 可根據應用需要確定一種。,2020/8/22,41,例2.將下表規(guī)范成1NF,2020/8/22,42,如果各單位只有一個副主任，可將關 系模式設計成: 單位(單位名稱，地址，主任，副主任)。 若有一個以上的副主任，則應按需要并 列副主任1，副主任2，幾個單獨屬性。 或者只允許輸入一個副主任。,2020/8/22,43,二、第二范式 如果關系模式R(U)中的所有非主屬性 都完全函數依賴于任一候選關鍵字（即設 法消除部分依賴），則稱關系R是第二范 式的關系，記為R2NF。,2020/8/22,44,例子： 設有關系模式 SC（S#，C#，GRADE，CREDIT），關鍵字是 (S#，C#)。 存在函數依賴:(S#，C#) GRADE (S#，C#) CREDIT， 通過投影把它分解為以下兩個關系模式: SC1(S#，C#，GRADE) 2NF SC2(C#，CREDTT) 2NF,f,p,2020