1、2020/8/22,1,第二章 關(guān)系規(guī)范化（關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論）,2020/8/22,2,關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論是設(shè)計(jì)一個(gè)好 的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的指南，研究面對一個(gè)現(xiàn) 實(shí)問題如何選擇比較好的關(guān)系模式集 合。 關(guān)系規(guī)范化基礎(chǔ)是關(guān)系模式分解轉(zhuǎn) 換的過程，其目的使關(guān)系模式更合理、 更規(guī)范。,2020/8/22,3,一、討論范圍 1、 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)要解決的問題 給出一組數(shù)據(jù)，如何構(gòu)造一個(gè)適合的數(shù) 據(jù)模型，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中應(yīng)該組織成幾個(gè)關(guān) 系模式，每個(gè)關(guān)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(guān)系模型為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫中，用關(guān) 系來描述現(xiàn)實(shí)世界。關(guān)系具有概念單一性特 點(diǎn)，一個(gè)關(guān)系既可

2、以描述一個(gè)實(shí)體，也可以 描述實(shí)體間的聯(lián)系。 一個(gè)關(guān)系模型包括一組關(guān)系模式，各個(gè) 關(guān)系不是完全孤立的。只有它們相互間存在 關(guān)聯(lián)，才能構(gòu)成一個(gè)模型。這些關(guān)系模式 的全體定義構(gòu)成關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式。,2020/8/22,5,3、關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論主要包括三方面 的內(nèi)容: 數(shù)據(jù)依賴 (設(shè)計(jì)依據(jù)) 范式(Normal Form)（設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)） 模式設(shè)計(jì)方法（方法） 數(shù)據(jù)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(dāng)?shù)年P(guān)系模式可能 導(dǎo)致的問題。 例如：有教師任課關(guān)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(xué)水平、學(xué)分。,2020/8/22,7,在這個(gè)關(guān)系中，只有根據(jù)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(guān)系TDC的關(guān)鍵字是(T#，C#)，表示方式為 （ T#，C# ）。 該關(guān)系在使用過程中存在下面幾個(gè)問 題:,2020/8/22,8,1、數(shù)據(jù)冗余 每當(dāng)教師開設(shè)一門課程時(shí)，該教師 的職稱、地址等信息就重復(fù)存儲一次。 一般每位教師都開設(shè)幾門課，數(shù)據(jù)冗余 不可避免。一個(gè)系有很多教師，使關(guān)系 中的數(shù)據(jù)冗余度很大。,2020/8/22,9,2、更新異常 由于數(shù)

4、據(jù)的重復(fù)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(gè)元組的地址都要更新，一旦 一個(gè)元組的地址未修改就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不 一致。如果某個(gè)系改變辦公地址，所要 修改的數(shù)據(jù)量會更大。,2020/8/22,10,3、插入異常 如果學(xué)校新調(diào)入一個(gè)教師，暫時(shí)未主 講任何課程。由于缺少關(guān)鍵字的一部分， 而關(guān)鍵字不允許出現(xiàn)空值，新教師就不能 插入到此關(guān)系中去。只有當(dāng)他開設(shè)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(dān)任教學(xué)任務(wù)了，就要從當(dāng) 前數(shù)據(jù)庫中刪除有關(guān)記錄。那么關(guān)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(xiàn)象。,2020/8/22,12,上述在插入、更新、刪除或修改元組時(shí) 將產(chǎn)生的不希望發(fā)生的異常情況是由于關(guān)系 模式設(shè)計(jì)得不好所造成的。如果用下面四個(gè) 關(guān)系模式代替原來的一個(gè)關(guān)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(guān)系模型包括四個(gè)關(guān)系模式， 教師T和系D之間通過T中的外關(guān)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(guān)鍵字(T#， C#)相聯(lián)系。,2020/8/22,1

6、4,函數(shù)依賴反映了數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在 聯(lián)系，是進(jìn)行關(guān)系分解的指導(dǎo)和依據(jù)， 是本章討論的中心問題。,第二節(jié) 函數(shù)依賴,2020/8/22,15,現(xiàn)實(shí)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(shí)體與實(shí)體之間的聯(lián)系; 另一類是實(shí)體內(nèi)部各屬性之間的聯(lián)系。 任何一種數(shù)據(jù)模型都不僅描述實(shí)體及 其屬性，還要描述實(shí)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(xué)號（讀者關(guān)系）： 在讀者關(guān)系中，借書證號是唯一的，學(xué) 號也是唯一的，借書證號與學(xué)號兩個(gè)屬性 之間是1：1聯(lián)系。學(xué)號可以確定借書證 號，借書證號也可以確定學(xué)號。

7、,2020/8/22,17,2、一對多聯(lián)系（1：m） 書名和總編號（圖書關(guān)系）： 在圖書關(guān)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(gè)書名，有多 個(gè)總編號與之對應(yīng)。,2020/8/22,18,3、多對多聯(lián)系(n:m) 借書證號和總編號（借閱關(guān)系）： 在借閱關(guān)系中，一個(gè)讀者可以借多 本書，即同一個(gè)借書證號有若干個(gè)圖書 總編號與之對應(yīng)。由總編號標(biāo)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(guān)系，1:1是 1:m的特例,1:m又是m:n的特例。 關(guān)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(shù)據(jù)依賴。 數(shù)據(jù)依賴主要有兩種： 函數(shù)依賴和多值依賴。本課程只介紹 函數(shù)依賴 。 Y=x2 y2=x,2020/8/22,20,二、函數(shù)依賴 1、函數(shù)依賴的概念 用U表示屬性集的全集(A1， A2，An)，設(shè)R(U)是屬性集U上的關(guān)系模 式。X，Y是U的子集。若對于R(U)的所有具 體關(guān)系r都滿足如下約束:對于X的每一個(gè)具體 值，Y有唯一的具體值與之對應(yīng)，則稱Y函數(shù) 依賴于X，或X函數(shù)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(shù)依賴。只討論非 平凡的函數(shù)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(shù)依賴。,2020/8/22,22,例：有關(guān)系R(職工號，基本工資，獎(jiǎng)金)， 一個(gè)職工號唯一確定一個(gè)基本工資數(shù)額或 一個(gè)獎(jiǎng)金額，即一個(gè)人不能拿兩種工資或 獎(jiǎng)金，但幾個(gè)人的工資可能相同。 具體數(shù)字如下表所示。,2020/8/22,23,2020/8/22,24,設(shè)屬性A是職工號，屬性B是基本工 資，屬性C是獎(jiǎng)金，可以看出，每個(gè)A的 值對應(yīng)一個(gè)B的值，一個(gè)C的值。因此， 屬性B和C都函數(shù)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(yīng)兩個(gè)職工號051和054。,2020/8/22,25,定義中所謂“對應(yīng)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(guān)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(shù)值上 看，“多方”函數(shù)決定“一方”。 例如，在圖書關(guān)系中， 總編號(分類號，書名，作者，出版社),2020/8/22,26,根據(jù)函數(shù)依賴的定義，可以找出下面規(guī)律: （1）在一個(gè)關(guān)系模式中，如果屬性X、Y有 1:1聯(lián)系，則存在函數(shù)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(shù)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(shù)依賴。,2020/8/22,27,2、完全函數(shù)依賴 設(shè)X Y是關(guān)系模式R（U）的一個(gè)函數(shù) 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(guān)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(guān)系模式R（U）中，如果存在 非平凡函數(shù)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(guān)系模式SC1（S#，D#， dname ， dlocation）中存在： S# D# D#(dn

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

13、元組就相應(yīng)確定了。 B、無冗余性:當(dāng)K是屬性組的情況下，K的任 何一部分都不能唯一標(biāo)識該元組。這是定義 中的完全函數(shù)依賴的意義。,2020/8/22,34,例子: 在關(guān)系SC(S#,C#，GRADE.,CREDIT) 中，屬性組(S#，C#)是候選關(guān)鍵字，也是主 關(guān)鍵字。S#、C#是主屬性,GRADE,CREDIT 是非主屬性。 在關(guān)系 借閱(借書證號，總編號，借閱 日期，備注)的關(guān)鍵字也是組合關(guān)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(gè)屬性作為關(guān)鍵字。如，圖書中的總編 號、讀者中的借書證號、課程里的C#、學(xué) 生中

14、的S#等。在現(xiàn)實(shí)世界中，人們已經(jīng)非 常習(xí)慣于為區(qū)別實(shí)體起一個(gè)專用的標(biāo)識。 如，身份證號、醫(yī)療證號、工作證號。 在極端的情況下，關(guān)系模式的整個(gè)屬 性組U作為關(guān)鍵字，稱為全關(guān)鍵字。此 時(shí)，關(guān)系中沒有非主屬性。,2020/8/22,36,2、外關(guān)鍵字 在關(guān)系模式R(U)中，若屬性或?qū)傩越MX 不是關(guān)系R的關(guān)鍵字，但又是其它關(guān)系模式的 關(guān)鍵字，則稱X為關(guān)系R(U)的外關(guān)鍵字。 主關(guān)鍵字和外關(guān)鍵字是表示關(guān)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(gè)關(guān)系模式滿足某一指定的約束，稱此 關(guān)系模式為特

15、定范式的關(guān)系模式。 關(guān)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(guān)系規(guī)范化：把一個(gè)低一級范式的關(guān)系模式通 過模式分解轉(zhuǎn)換為一組高一級范式的關(guān)系模式的過 程。,第三節(jié) 關(guān)系的范式,2020/8/22,38,一、第一范式 在關(guān)系模式R中的每一個(gè)具體關(guān)系r中， 如果每個(gè)屬性值都是不可再分的最小數(shù)據(jù) 單位，則稱R是第一范式的關(guān)系。記為 R1NF。 不是1NF的關(guān)系稱為非規(guī)范化關(guān)系。 數(shù)據(jù)庫理論研究的都是規(guī)范化關(guān)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(fù)存儲職工號和姓名。 第二種方法是，保留職工號的關(guān)鍵字地位，把 電話號碼拆分成單位電話和住宅電話兩個(gè)屬性。 第三種方法是，保留職工號的關(guān)鍵字地位。維 持原模式不變，但強(qiáng)制每個(gè)元組只能錄入一個(gè) 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(jù)應(yīng)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(gè)副主任，可將關(guān) 系模式設(shè)計(jì)成: 單位(單位名稱，地址，主任，副主任)。 若有一個(gè)以上的副主任，則應(yīng)按需要并 列副主任1，副主任2，幾個(gè)單獨(dú)屬性。 或者只允許輸入一個(gè)副主任。,2020/8/22,43,二、第二范式 如果關(guān)系模式R(U)中的所有非主屬性 都完全函數(shù)依賴于任一候選關(guān)鍵字（即設(shè) 法消除部分依賴），則稱關(guān)系R是第二范 式的關(guān)系，記為R2NF。,2020/8/22,44,例子： 設(shè)有關(guān)系模式 SC（S#，C#，GRADE，CREDIT），關(guān)鍵字是 (S#，C#)。 存在函數(shù)依賴:(S#，C#) GRADE (S#，C#) CREDIT， 通過投影把它分解為以下兩個(gè)關(guān)系模式: SC1(S#，C#，GRADE) 2NF SC2(C#，CREDTT) 2NF,f,p,2020