数据库系统原理---6.

数据库系统原理第六章关系数据理论黄穗副教授主讲暨南大学信息学院计算机系2/40【教学目标】通过观察关系模式产生的四种典型问题了解规范化的必要性。掌握函数依赖的分析方法，掌握范式判断的标准和分析方法。掌握范式分解的基本步骤。【教学重点】函数依赖分析的步骤和方法，各个范式的判断标准，范式分解方法。【教学难点】函数依赖分析，范式标准的掌握与运用。范式分解所产生的问题。3/40第一节、规范化问题【教学目标】了解规范化理论针对的主要问题了解关系模式存在的函数依赖及分析方法教学进度4/40引言解决数据库的逻辑设计问题，即面对一个具体的应用需要，应当构造几个关系表？每个表中设置哪些属性？如何评价现有的关系模式？设计不当会造成哪些问题？关系数据理论的三大内容数据依赖、范式分析、模式设计。数据依赖概念关系中诸属性数据之间内在、固有的关联性，是语义的体现。分析数据依赖应从客观事物本身的规律和习惯着手，着重语义的分析与理解，不偏信部分数据。数据依赖中包括函数依赖和多值依赖。掌握函数依赖部分。函数依赖—象自变量与因变量一样的对应关系。例：公司与董事长（1-1），学号与姓名（1-m）。课程与老师（m-n），学号与选课（m-n）。5/40关系模式的四类问题数据冗余、插入异常、删除异常、修改复杂。例1：S(sno,sname,ssex,course,grade)关系模式中各属性分别代表学号、姓名、性别、课程和成绩。数据冗余以选课数目为基数，重复sno和sname；插入异常若某学生尚未选课，但无法插入表中；删除异常若需要删除某学生的成绩记录，则全失；修改复杂若修改学生姓名，则要修改所有相关记录。恰当的关系模式设计应当是：S(sno,sname,ssex)，C(sno,course,grade)。仍然有冗余。例2：教师/教室及其使用情况的数据定义如下关系模式：R(职工号，姓名，性别，年龄，职称，教室号，类型，座位数，使用时间)6/40存在的问题？冗余？插入？修改？删除？应当划分成几个表？R1(职工号，姓名，性别，年龄，职称)R2(教室号，类型，座位数)R3(职工号，教室号，使用时间)(码）7/40第二节、规范化【教学目标】掌握函数依赖分析方法掌握范式判断标准掌握范式分解方法8/40根据函数依赖的定义，可以找出下面规律：①在一个关系模式中，如果属性X、Y有1：1联系，则存在函数依赖XY、YX，可记作XY。设X，Y为关系中的属性或属性组，它们的所有可能取值组成两个集合。如果对于X中的任一具体值Y中至多有一个值与之对应，称X，Y这两个属性之间是一对一联系。例：在图书关系中，借书证号是唯一的，如果读者没有重名的，姓名与借书证号两个属性之间是1：1联系。另外，一本书有若干副本，它们有相同的书名、作者、分类号等，但每本书有唯一的书编号。书名与书编号之间是1：m②如果属性X、Y是1：m的联系，则存在函数依赖YX，但XY。③如果属性X、Y是n：m的联系，则X与Y之间不存在任何函数依赖。9/40几个函数依赖的概念函数依赖的记号：XY。非平凡的函数依赖、平凡的函数依赖、决定因素（自变量）、完全函数依赖、部分函数依赖、传递函数依赖（注意与直接依赖区别）。几个关键术语码（主码、候选码）、外码、全码、主属性、非主属性。K为R＜U，F＞中的属性或属性组合，若KfU，则K为R的候选码，候选码多于一个时选定其中一个为主码，主码通常就是属性个数最少的那个候选码。10/40码（关键字）定义：在关系模式R（U）中，K是U中的属性或属性组。如果K—U，则称K为关系R（U）的一个候选关键字。R（U）中若有一个以上的候选关键字，则选定其中一个作为主关键字。如果K是属性组，可称为组合关键字，或合成关键字。包含在任意一个候选关键字中的属性，称为主属性。不包含在任何候选关键字中的属性称为非主属性。11/40候选码具有的两个性质：(1)标识的唯一性：对于R（U）中的每一个元组，K的值确定后，该元组就相应确定了。(2)无冗余性：当K是属性组的情况下，K的任何一部分都不能唯一标识该元组。这是定义中的完全函数依赖的意义。例：确定下述关系的函数依赖、码，主属性和非主属性1、人员（员工号，姓名，性别，部门号，工资号）依赖：员工号姓名、性别部门号决定工作部门，工资号决定收入。码：员工号非属性：姓名、性别、部门号、工资号2、学生（学号，姓名，性别，身份证号，班级号，宿舍）依赖：学号姓名、性别、身份证号、班级号、宿舍码：学号、身份证号（假如身份证号不重复）12/403、借书（借书证号，姓名，性别，书名，书号，分类号，出版社）依赖：借书证号姓名、性别书号书名、分类号、出版社码：（借书证号，书号）4、化验单（科室，姓名，化验项目，化验时间，结果，正常值）依赖：化验项目正常值（科室，姓名，化验项目，化验时间）结果码：（科室，姓名，化验项目，化验时间）5、供应（商户编号，商户名称，商户所在地，供应零件号，供应量）商户编号商户名称、商户所在地（商户编号，供应零件号）供应量码：（商户编号，供应零件号）6、送货（顾客名，顾客地址，商品名，供应商名，供应商地址）依赖：顾客地址顾客名码：（供应商名，供应商地址，商品名，顾客地址）顾客名顾客地址商品名供应商名供应商地址陈牛津中山一路122号405房电视机H23－T海尔中贸城702杜子腾陇西街33号之一102房冰箱BCD233H西门子和平街266号1203费红忠江城南路255号306房洗衣机JD690金羚金顺商贸城210913/40范式的关系INF2NF3NFBCNF4NF5NF。通过模式分解可将低级范式转换为高级范式。分解后的模式与原来的模式存在三种关系：A、分解具有无损连接；B、分解保持函数依赖；C、分解既要无损连接，又要保持函数依赖。1NF2NF3NF4NF、BCNF各级范式的关系14/40第一范式（INF）每一个分量必须是不可分的数据项。例1：科室（科室编号、科室名称、科室成员、科主任）是1NF吗？不是1NF，因为“科成员”属性设置不当（科成员包含科主任），为什么不认为“科主任”设置不当呢？若将关系模式改成：科室（科室编号、科室名称、科室成员）合适吗？例2：如何将下述数据规范成1NF？15/40第一种方法是重复存储职工号和姓名。第二种方法是保留职工号的关键字地位，把电话号码拆分成单位电话和住宅电话两个属性。第三种方法是保留职工号的关键字地位。维持原模式不变，但强制每个元组只能录入一个电话号码。以上三种选择，第一种最不可取，后两种选择可根据应用需要确定一种。职工号姓名电话号码1001李明7012633（O）7146688（H）1002张敏50012871003刘大维2533886（O）2046543（H）1004章良弟56789011005何为民504799616/40部分依赖的例子例:关系模式SLC(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)Sloc为学生住处，假设每个系的学生住在同一个地方。函数依赖包括：(Sno,Cno)fGradeSno→Sdept(Sno,Cno)PSdept部分依赖Sno→Sloc(Sno,Cno)PSloc部分依赖Sdept→Sloc17/40SLC的码为(Sno,Cno)非主属性Sdept和Sloc部分函数依赖于码(Sno,Cno)SLC为第1范式。SnoCnoGradeSdeptSlocSLC关系18/40SLC不是一个好的关系模式(1)插入异常假设Sno＝95102，Sdept＝IS，Sloc＝N的学生还未选课，因课程号是主属性，因此该学生的信息无法插入SLC。(2)删除异常假定某个学生本来只选修了3号课程这一门课。现在因身体不适，他连3号课程也不选修了。因课程号是主属性，此操作将导致该学生信息的整个元组都要删除。19/40SLC不是一个好的关系模式(3)数据冗余度大如果一个学生选修了10门课程，那么他的Sdept和Sloc值就要重复存储了10次。(4)修改复杂例如学生转系，在修改此学生元组的Sdept值的同时，还可能需要修改住处（Sloc）。如果这个学生选修了K门课，则必须无遗漏地修改K个元组中全部Sdept、Sloc信息。20/40原因Sdept、Sloc部分函数依赖于码。解决方法SLC分解为两个关系模式，以消除这些部分函数依赖SC（Sno，Cno，Grade）SL（Sno，Sdept，Sloc）21/402NF的定义若关系模式R∈1NF，并且每一个非主属性都完全函数依赖于R的码，则R∈2NF。前面的例子：SLC(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)∈1NFSLC(Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade)∈2NFSC（Sno，Cno，Grade）至少∈2NFSL（Sno，Sdept，Sloc）至少∈2NF22/40采用投影分解法将一个1NF的关系分解为多个2NF的关系，可以在一定程度上减轻原1NF关系中存在的插入异常、删除异常、数据冗余度大、修改复杂等问题。将一个1NF关系分解为多个2NF的关系，并不能完全消除关系模式中的各种异常情况和数据冗余。关键是寻找码，分清主属性与非主属性，然后判断有无部分函数依赖的情况，最后进行分解。注意：码—既包括主码和也含候选码。两个推论：1、全码情况必符合2NF；2、码均为单一属性，必符合2NF。23/402NF例子例1、工程预算（工程号、材料号、数量、单价、开工日期、完工日期）。确定依赖关系、码、范式，并将模式分解为更高的范式。工程号材料号数量单价开工日期完工日期A023001JT0120105.602－5－2102－6－30A023001BR03292126.502－5－2102－6－30B030233TJ03561526.7003－8－103－12－3C026780CE1266320002－6－702－6－1824/40依赖分析：工程号开工日期、完工日期，材料号单价。（工程号，材料号）数量码：（工程号，材料号）部分依赖：开工日期、完工日期与工程号，单价与材料号。属于1NF。存在的问题：工程暂时不用材料不能录入。宜分解为：（工程号、开工日期、完工日期）（材料号、单价）和（工程号、材料号、数量）例2、已知R={S,D,I,B,O,}有依赖F{SD,IB,BO,OI}。分析码、函数依赖、范式，并合理地分解模式。码(S，I)、(S，B)、(S，O)，D部分依赖于S。属于1NF分解为：(S，D)、（S，I）、（I，B，O）25/40例3、设有关系模式选课SCl(S#，C#，GRADE，CREDIT)其中，S#表示学号，C#表示课程号，GRADE表示成绩，CREDIT表示学分。S#C#GRADECREDITS#C#GRADECREDITS1C1904S1C2853S1C3702S2C2803S2C3752S2C4953S3C2853S#或C#都不能单独确定成绩GRADE。GRADE只能由属性组合(S#，C#)来确定。课程学分CREDIT是C#决定的，C#CREDIT。由此可知：因此存在部分依赖只属于INF。分解为：R1（S＃，C＃，GRADE）R2（C＃，CREDIT）(S#，C#)fGRADE(S#，C#)pCREDIT26/403NF定义：若关系模式R∈2NF，且关系模式R（U，F）中的所有非主属性对任何候选码都不存在传递依赖，则称此关系模式只是第三范式的。记为R3NF。每一个非主属性既不部分依赖于码，也不传递依赖于码。在2NF基础上查验有无传递依赖，注意区别直接依赖。例：关系T（课程名、教师名、教师职称）设：一课一师。依赖：课程名教师名，教师名教师职称码：课程名，传递依赖：课程名与教师职称。2NF。分解为（课程名、教师名）和（教师名、职称）考虑：一课多师？关系名排课表？可排教师表？码：(课程名，教师名)，教师职称是部分依赖，1NF。27/40关系W（工号、姓名、工种、定额）设：一人一工种。依赖：工号姓名，工种；工