1、2020/8/7，1，第五章關(guān)系模型的規(guī)范化設(shè)置修訂，軟件工程系劉金嶺，2020/8/7，2，本章的重要概念，(1)關(guān)系模型的冗馀性和異常問題。 (2)與FD的定義、邏輯含義、閉包、推論規(guī)則、鍵碼的關(guān)聯(lián)平凡的FD； 屬性集閉包推理規(guī)則的正確性和完整性FD集的等價(jià)最小依賴集。 (3)保持無損分解的定義、性質(zhì)和測試依賴集的分解。 (4)關(guān)系模式的正規(guī)形式：1NF、2NF、3NF、BCNF。 一種分解為2NF、3NF模式集的算法，2020/8/7，3，3，如前所述，所謂關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化設(shè)定修正，是面對現(xiàn)實(shí)問題，如何選擇好的關(guān)系模式集合，即由哪些屬性構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置修正理論主要包括數(shù)據(jù)依賴性、標(biāo)準(zhǔn)化和

2、模式設(shè)置修正方法三個(gè)方面。 其中數(shù)據(jù)依賴起著核心作用。 數(shù)據(jù)依賴于研究數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，范式是關(guān)系模型的標(biāo)準(zhǔn)，模型設(shè)定修正方法是自動(dòng)化設(shè)定修正的基礎(chǔ)。 規(guī)范化設(shè)置修訂理論對關(guān)系數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的設(shè)置修訂起著重要的作用。 2020/8/7,4、4、4、例4.1中有關(guān)系模式R(TNAME、ADDRESS、CNO、CNAME )，其屬性分別表示教師名、教師住址、教師課程的編號(hào)、課程名。 另外，關(guān)系模式r的例子如果在數(shù)據(jù)庫設(shè)定修正中一個(gè)關(guān)系模式?jīng)]有被正確設(shè)定，則會(huì)發(fā)生文件系統(tǒng)這樣的數(shù)據(jù)的冗馀性、異常、不一致等問題。 關(guān)系模式的冗馀和異常問題(1)，2020/8/7，5，5，關(guān)系模式的冗馀和異常問題(2)，該模

3、式出現(xiàn)的問題，(1)數(shù)據(jù)冗馀：一個(gè)教師教了一些課，這個(gè)教師的住址必須多次記憶。 (2)操作異常：由于數(shù)據(jù)的冗長性，在對數(shù)數(shù)據(jù)操作時(shí)會(huì)引起各種異常：修正異常。 例如，教師t1教三節(jié)課，關(guān)系就有三個(gè)元組。 如果他的地址改變了的話，這三個(gè)元組的地址都必須改變。 如果一個(gè)元組內(nèi)的地址未更改，則該教師的地址不唯一，會(huì)發(fā)生不一致。 插入異常。 如果某教師剛剛調(diào)動(dòng)，還沒有被分配授課任務(wù)的情況下，把教師的名字和地址存入關(guān)系時(shí)，屬性CNO和CNAME沒有值(null值)。 在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中，中空值的意義非常復(fù)雜，對于具有null值的元組的檢索和操作也十分麻煩。 刪除例外。 為了在圖4.1中取消教師t3的教育任務(wù)，

4、刪除該教師的元組，并且還從表中刪除t3的地址信息。 這是不恰當(dāng)?shù)默F(xiàn)象。 2020/8/7,6、6、6、關(guān)系模式的冗馀性和異常問題(3)可以說關(guān)系模式r不是好的模式。 “好”模式應(yīng)不發(fā)生插入異常、刪除異常、更新異常，數(shù)據(jù)的冗馀性盡可能少。 規(guī)范化的原則：“如果有關(guān)模式存在操作異?；蛉唛L的問題，將其分解。 ”，是最佳分解嗎？ 那么，什么樣的關(guān)系模式是最合適的呢？ 標(biāo)準(zhǔn)是什么？ 怎樣實(shí)現(xiàn)？ 在2020/8/7,7、7、7、7、本章的符號(hào)規(guī)則中，英文字母開頭的大寫字母“a、b、c、d、”，表示各個(gè)屬性。 英文字母的末尾大寫字母“，u，v，w，x，y，z”表示屬性集。 大寫字母r表示關(guān)系模式，而小寫字母

5、r表示關(guān)系。 屬性集合A1、A2、An簡記為A1A2 An。 屬性集合x和y的和XY簡寫為XY。 XA簡寫為XA或AX。 一般來說，在建立和修改關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型時(shí)，必須注意三個(gè)問題：必須明確這些數(shù)據(jù)的聯(lián)系(實(shí)體聯(lián)系和屬性聯(lián)系)。 盡可能依賴于相互緊密的屬性來構(gòu)成個(gè)別模式。 依存關(guān)系不密切，特別是不能強(qiáng)行收集具有“排斥”性的屬性。2020/8/7、9、9、8、5.2函數(shù)依賴性、主內(nèi)容函數(shù)依賴性的定義FD的邏輯包含F(xiàn)D的推論規(guī)則FD和密鑰代碼的聯(lián)系屬性集的閉包FD集的最小依賴性集、2020/8/7、9、函數(shù)依賴性的定義(1)、函數(shù)依賴性定義5.1是關(guān)系模式R(U )，x和y是屬性集合u的子集，并且對

6、于R(U )的任何可能的關(guān)系r，如果r等于兩組在x上的屬性值，并且y上的屬性值不相等，則x函數(shù)依賴于y或y函數(shù)FD對于關(guān)系模式r的所有可能的關(guān)系r進(jìn)行定義。 對于r中的任意兩個(gè)元組，如果x值相同，則y值也相同，也就是說，只有一個(gè)y值對應(yīng)于一個(gè)x值。 此定義類似于數(shù)學(xué)中的單值函數(shù)定義。 在、圖中，左圖為： AB右圖為：沒有AB，函數(shù)依賴只由意義決定。 名字的年齡只有在那個(gè)部門沒有同名人的條件下才依賴于函數(shù)。2020/8/7、10、函數(shù)依賴的定義(2)、例5.2有關(guān)于學(xué)生選修課、教師選修課的關(guān)系模型： R(SNO、SNAME、CNO、GRADE、CNAME、)每個(gè)學(xué)生編號(hào)只有一個(gè)學(xué)生名稱，每個(gè)課程

7、編號(hào)只有一個(gè)課程每個(gè)SNOSNAME CNOCNAME學(xué)生上一門課程，如果有成績，可以寫下一張軟盤： (sno，CNO)GRADE也可以寫其他軟盤： (TAGE) TNAMETAGE，注意：函數(shù)依賴是關(guān)系r滿足關(guān)系的約束、2020/8/7、11、函數(shù)依賴的定義應(yīng)注意以下三點(diǎn)：函數(shù)依賴是基于關(guān)系模式的函數(shù)概念(不是關(guān)系模式的特定實(shí)例)。 當(dāng)關(guān)系模式r存在函數(shù)依賴性XY時(shí)，該模式的所有特定關(guān)系必須滿足XY。 函數(shù)依賴不是屬性構(gòu)成關(guān)系的方式(即關(guān)系結(jié)構(gòu))，而是依賴于關(guān)系所表現(xiàn)的信息本身的語義特性，只有基于該語義信息來決定函數(shù)依賴，沒有其他方法。 函數(shù)依賴是數(shù)據(jù)庫設(shè)置修改者對關(guān)系模型的斷言或決定，除了

8、在設(shè)置修改關(guān)系數(shù)據(jù)庫時(shí)修改關(guān)系結(jié)構(gòu)之外，為了定義數(shù)據(jù)依賴條件，要進(jìn)入關(guān)系的所有元組都滿足定義的條件8/7、12、FD的邏輯包含，定義5.2是在關(guān)系模式r上成立的函數(shù)依賴性的集合，XY是函數(shù)依賴性。 如果每個(gè)滿足f的關(guān)系r還滿足XY，則f邏輯包含XY且用F XY表示。 定義5.3為函數(shù)依存集合，由f邏輯中含有的函數(shù)依存全體構(gòu)成的集合，稱為函數(shù)依存集合f的閉包(closure )，標(biāo)記為f。 即F=XY |用FXY表示。 說明：即使小函數(shù)依賴集f，閉包f也大，一般總是有。 邏輯內(nèi)的目的是利用推論的方法從一組已知的函數(shù)依賴導(dǎo)出另一組函數(shù)依賴，并且找出所有函數(shù)依賴f。 2020/8/7，13，F(xiàn)D推論

9、規(guī)則(1)可以從已知FD導(dǎo)出另一FD，并且需要一系列推論規(guī)則。 設(shè)u為關(guān)系模式r的屬性集合，設(shè)f為僅涉及在r上成立的u中的屬性的函數(shù)依存集合。 FD的推論規(guī)則如果是A1(自反性，reflexivity):yxu，則XY在r上成立。 A2(擴(kuò)展性，augmentation ) :如果xy在r上成立，并且ZU，則XZYZ在r上成立。 A3(傳遞性，transitivity ) :如果xy和YZ在r上成立，則XZ在r上成立。 目的：通過這些FD推理規(guī)則從f中找出f、2020/8/7、14、FD的推理規(guī)則(2)，結(jié)論FD推理規(guī)則A1、A2和A3是正確的。 即，如果XY是從f用推論規(guī)則導(dǎo)出的，則XY在f

10、中。 FD的其他5個(gè)推論規(guī)則： (1) A4(合并性，Union): XY，XZ XYZ。 (2) A5(分解性，Decomposition): XY，ZY XZ。 (3) A6(偽傳導(dǎo)性):XY、WYZ WXZ。 (4) A7(復(fù)合性，合成):xy，WZ XWYZ。 (5) A8(通用一致性):XY、WZ X(WY)YZ。例如，設(shè)置關(guān)系模式r，其中a、b、c、d、e和f是屬性集合的子集，并且r滿足以下函數(shù)依賴性： F=ABC，CDEF，證明：函數(shù)依賴性ADF成立： 證明：如果ABC (已知) AC (分解) ADCD (擴(kuò)展) CDEF (傳輸) ADEF (分解)，2020/8/7，15，

11、XU在r上成立，那么x被稱為r的超耦合。 如果XU在r上成立，但對于x的照片子集w，WU不成立，那么x被稱為r上的候選密鑰。 例5.4在學(xué)生選課，教師擔(dān)任授課的關(guān)系模式中： R(SNO、SNAME、CNO、CNAME、GRADE、TNAME、TAGE )規(guī)定：每個(gè)學(xué)生只有一個(gè)成績。 每個(gè)學(xué)生只有一個(gè)名字每個(gè)課程編號(hào)只有一個(gè)課程名稱每個(gè)課程只有一個(gè)教師根據(jù)這些規(guī)則，發(fā)現(xiàn)(SNO，CNO )能量函數(shù)確定r的所有屬性且為一個(gè)候選密鑰。 (SNO、SNAME、CNO、TNAME )函數(shù)也可以確定r的所有屬性，然而，與其相比，僅僅是一個(gè)超鍵，而不能說是候選鍵。 因?yàn)槠渲邪嗖哦嗨嚨膶傩浴?020/8

12、/7、16、屬性集的閉包，定義5.5是關(guān)系模式R(U )、U=A1、A2、An、x是u的子集，f是u上的一個(gè)函數(shù)依存集，全部被稱為armsttt，另外XAi是Armstrong公理，從f到例5.5函數(shù)解：如果X=A AB，BC (已知) AC (傳遞性) AA (自反性)=A，b，c (根據(jù)定義) X=B BB (自反性) BC (已知)，則函數(shù)依存集f中FD多，所以平凡的FD 形式的定義將定義5.6設(shè)定為屬性集合u上的FD集合，并且如果滿足，則： f的每個(gè)函數(shù)所依賴的右端對于作為單個(gè)屬性的f的任何函數(shù)而言都取決于XA，并且F-XA不等于f。 如果f的函數(shù)依賴于XA和x的子集z，則F-XAZA

13、不等于f。 f被稱為最小函數(shù)依賴集，表示為Fmin。 上述三個(gè)條件的作用是：保證在各個(gè)函數(shù)所依賴的右部沒有多個(gè)屬性的條件；保證在f沒有多元函數(shù)依賴的條件是：保證在函數(shù)所依賴的左部沒有重復(fù)屬性。 在假設(shè)R(A、b、c、d )、F=AB、BC、CD、CB、G=AC、BD、BD的函數(shù)依賴圖表中，用f、g和f、g來表示，但由于這兩個(gè)函數(shù)依賴圖表完全相同，所以f等效于g 、校正FD組合的最小依賴集合(2)、f和f、g和g、2020/8/7、19、算法4.2函數(shù)依賴集合f的最小依賴集合g :第一步驟：基于分解推理規(guī)則獲得與f等效的FD組合g。 步驟2 :清除g的每個(gè)軟盤左邊的冗馀屬性。 步驟3 :在g中刪

14、除冗馀軟盤。 求F=ABC、BC、AB、ABC、Fmin的解：首先將f中的FD寫入右邊是單屬性形式： F=AB、AC 由于得到的F=AB、AC、BC、ABC為f中的AB與BC能夠推斷AC，所以AC為冗馀，能夠刪除。 得到的F=AB、BC、ABC F中的ABC可以從BC中推斷出來，所以ABC也可以被刪除。 最后是被要求得到F=AB，BC的Fmin。 對于FD集的最小依賴集(4)、2020/8/7、21、5.3關(guān)系模式的分解、主要內(nèi)容模式分解問題可逆分解保持函數(shù)依賴分解、2020/8/7、22、模式分解問題，有數(shù)據(jù)的冗長性、插入定義5.7 F是關(guān)系模式R(U )的函數(shù)依存集合，標(biāo)記為R(F，u )

15、。 多個(gè)關(guān)系模式的集合=R1(U1，F(xiàn)1)，R2(U2，F(xiàn)2)，Rk(Uk，F(xiàn)k )時(shí)：/*關(guān)系模式r的屬性全集u是分解后的所有小關(guān)系模式的屬性集Ui的和集*/的定義5.7實(shí)際上給出了模式分解必須滿足的基本條件、2020/8/7、23、無損分解(1)、例子5.7為關(guān)系模式R(ABC )，分解為=AB、AC。 r，上圖分解后的關(guān)系可以用自然連接還原。 下圖分解后的關(guān)系與自然連接后無法恢復(fù)原狀。 比r多出來的組稱為“噪聲”，2020/8/7，24，可逆分解(2)，定義4.10以r為關(guān)系模型，f為r上的FD位置。 r被分解為數(shù)據(jù)庫模式=R1，Rk。 在r中滿足f的各關(guān)系r時(shí)，由于存在r=R1(r)R2(r) Rk(r )，因此分解對f稱為“無損耦合分解”，僅稱為“無損耦合分解” 例5.7給出了“無損分解”和“損耗分解”的例子。 例如，關(guān)系型式R(ABC )分解被設(shè)定為=AB和BC。 (a )和(b )分別是模式AB和BC上的值r1和r2，(c )是r1 r2的值