数据库范式课堂ppt

1AnIntroductiontoDatabaseSystem广东工业大学计算机学院数据库系统概论AnIntroductiontoDatabaseSystem第六章关系数据理论2AnIntroductiontoDatabaseSystem内容概述详细讲解关系数据理论，主要是关系数据库规范化理论。包括关系数据库逻辑设计可能出现的问题，数据依赖的基本概念（包括，函数依赖、平凡函数依赖、非平凡的函数依赖、部分函数依赖、完全函数依赖、传递函数依赖的概念；码、候选码、外码的概念；多值依赖的概念），范式的概念、1NF、2NF、3NF、BCNF、4NF的概念和判定方法。数据依赖的Armstrong公理系统。本章内容分为基本要求部分（《概论》6.1-6.3）和高级部分（《概论》6.4）。前者是计算机大学本科学生应该掌握的内容。后者是研究生应该学习掌握的内容。本章目标关系数据理论既是关系数据库的重要理论基础也是数据库逻辑设计的理论指南和有力工具。要掌握规范化理论和优化数据库模式设计的方法。3AnIntroductiontoDatabaseSystem重点：了解什么是一个“不好”的数据库模式。什么是模式的插入异常和删除异常。规范化理论的重要意义。牢固掌握数据依赖的基本概念，范式的概念，从1NF到4NF的定义，规范化的含义和作用。需要举一反三的：四个范式的理解与应用，各个级别范式中存在的问题（插入异常、删除异常、数据冗余）和解决方法。难点：能够根据应用语义，完整地写出关系模式的数据依赖集合，并能根据数据依赖分析某一个关系模式属于第几范式。各个级别范式的关系及其证明。本章内容的理论性较强。要通过具体例子和习题练习理解和掌握理论知识。4AnIntroductiontoDatabaseSystem第六章关系数据理论6.1问题的提出6.2规范化6.3数据依赖的公理系统*6.4模式的分解6.5小结5AnIntroductiontoDatabaseSystem6.1问题的提出关系数据库逻辑设计针对具体问题，如何构造一个适合于它的数据模式数据库逻辑设计的工具──关系数据库的规范化理论6AnIntroductiontoDatabaseSystem问题的提出一、概念回顾二、关系模式的形式化定义三、什么是数据依赖四、关系模式的简化定义五、数据依赖对关系模式影响7AnIntroductiontoDatabaseSystem一、概念回顾关系关系模式关系数据库关系数据库的模式8AnIntroductiontoDatabaseSystem二、关系模式的形式化定义关系模式由五部分组成，即它是一个五元组：R(U,D,DOM,F)①R：关系名②U：组成该关系的属性名集合③D：属性组U中属性所来自的域④DOM：属性向域的映象集合⑤F：属性间数据的依赖关系集合9AnIntroductiontoDatabaseSystem三、什么是数据依赖?1.完整性约束的表现形式限定属性取值范围：例如学生成绩必须在0-100之间定义属性值间的相互关连（主要体现于值的相等与否），这就是数据依赖，它是数据库模式设计的关键10AnIntroductiontoDatabaseSystem什么是数据依赖（续）2.数据依赖一个关系内部属性与属性之间的约束关系现实世界,一个事物内部属性间相互联系的抽象数据内在的性质语义的体现11AnIntroductiontoDatabaseSystem什么是数据依赖（续）3.数据依赖的类型共有三种:①函数依赖（FunctionalDependency，简记为FD）②多值依赖（MultivaluedDependency，简记为MVD）③连接依赖（JoinDependency,简记为JD）其中最重要的是函数依赖和多值依赖。12AnIntroductiontoDatabaseSystem四、关系模式的简化表示关系模式R（U,D,DOM,F）简化为一个三元组：R（U,F）当且仅当U上的一个关系r满足F时，r称为关系模式R（U,F）的一个关系13AnIntroductiontoDatabaseSystem五、数据依赖对关系模式的影响[例1]建立一个描述学校教务的表：学生的学号（Sno）、所在系（Sdept）、系主任姓名（Mname）、课程名（Cname）、成绩（Grade）单一的关系模式：StudentU、FU＝｛Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade｝问题：什么样的关系模式是一个好的关系模式？14AnIntroductiontoDatabaseSystem数据依赖对关系模式的影响（续）根据语义分析属性组U上的一组函数依赖F：F＝｛Sno→Sdept,Sdept→Mname,(Sno,Cname)→Grade｝SnoCnameSdeptMnameGrade15AnIntroductiontoDatabaseSystem关系模式StudentU,F中存在的问题1.数据冗余太大2.更新异常（UpdateAnomalies）3.插入异常（InsertionAnomalies）4.删除异常（DeletionAnomalies）16AnIntroductiontoDatabaseSystem数据依赖对关系模式的影响（续）结论：Student关系模式不是一个好的模式。“好”的模式：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原因：由存在于模式中的某些数据依赖引起的解决方法：通过分解关系模式来消除其中不合适的数据依赖17AnIntroductiontoDatabaseSystem分解关系模式把这个单一模式分成3个关系模式：1.S（Sno，Sdept，Sno→Sdept）;2.SC（Sno，Cno，Grade，（Sno，Cno）→Grade）;3.DEPT（Sdept，Mname，Sdept→Mname）18AnIntroductiontoDatabaseSystem第六章关系数据理论6.1问题的提出6.2规范化6.3数据依赖的公理系统*6.4模式的分解6.5小结19AnIntroductiontoDatabaseSystem6.2规范化规范化理论正是用来评价、改造关系模式，通过分解关系模式来消除其中不合适的数据依赖，以解决插入异常、删除异常、更新异常和数据冗余问题。20AnIntroductiontoDatabaseSystem6.2规范化6.2.1函数依赖6.2.2码6.2.3范式6.2.42NF6.2.53NF6.2.6BCNF6.2.7多值依赖6.2.84NF6.2.9规范化小结21AnIntroductiontoDatabaseSystem6.2.1函数依赖函数依赖平凡函数依赖与非平凡函数依赖完全函数依赖与部分函数依赖传递函数依赖22AnIntroductiontoDatabaseSystem引例关系模式内部各属性间的依赖关系在student(sno,sname,sex,dept)中，姓名可能重名。属性sno、sname之间存在关系：sname=f(sno)或sno→sname此时，任意两个元组，如果在sno分量上的值不同，则在sname分量上的值也一定不相同。类似的关系在其它元组中还存在，如sno→sname、sno→dept等。23AnIntroductiontoDatabaseSystem一、函数依赖定义6.1设R(U)是一个属性集U上的关系模式，X和Y是U的子集。若对于R(U)的任意一个可能的关系r，r中不可能存在两个元组在X上的属性值相等，而在Y上的属性值不等，则称“X函数确定Y”或“Y函数依赖于X”，记作X→Y。即：由X上的值可以确定Y上的值。思考：为什么概念不表述为“r中两个元组如果在X上的属性值相等，则在Y上的属性值也相等”？24AnIntroductiontoDatabaseSystem说明1.关系模式需要满足的即所有关系实例均要满足，而不是某一关系满足2.语义范畴的概念3.数据库设计者可以对现实世界作强制的规定如规定：姓名不能重名等25AnIntroductiontoDatabaseSystem二、平凡函数依赖与非平凡函数依赖在关系模式R(U)中，对于U的子集X和Y，如果X→Y，但YX，则称X→Y是非平凡的函数依赖若X→Y，但YX,则称X→Y是平凡的函数依赖例：在关系SC(Sno,Cno,Grade)中，非平凡函数依赖：(Sno,Cno)→Grade平凡函数依赖：(Sno,Cno)→Sno(Sno,Cno)→CnoP173约定：若不特别声明，总是讨论非平凡函数依赖。26AnIntroductiontoDatabaseSystem平凡函数依赖与非平凡函数依赖（续）若X→Y，则X称为这个函数依赖的决定属性组，也称为决定因素（Determinant）。若X→Y，Y→X，则记作X←→Y。若Y不函数依赖于X，则记作X→Y。27AnIntroductiontoDatabaseSystem三、完全函数依赖与部分函数依赖定义6.2在R(U)中，如果X→Y，并且对于X的任何一个真子集X’，都有X’Y,则称Y对X完全函数依赖，记作XFY。若X→Y，但Y不完全函数依赖于X，则称Y对X部分函数依赖，记作XPY。思考：平凡函数依赖与部分函数依赖之间的关系？28AnIntroductiontoDatabaseSystem完全函数依赖与部分函数依赖（续）[例1]中(Sno,Cno)→Grade是完全函数依赖，(Sno,Cno)→Sdept是部分函数依赖：因为Sno→Sdept成立，且Sno是（Sno，Cno）的真子集FP29AnIntroductiontoDatabaseSystem四、传递函数依赖定义6.3在R(U)中，如果X→Y，(YX),Y→X，Y→Z，ZY则称Z对X传递函数依赖。记为：X→Z注:1）YX：强调是非平凡函数依赖，进而排除了部分函数依赖。2）Y→X：如果Y→X，即X←→Y，则Z直接依赖于X。3）ZY:例:在关系Std(Sno,Sdept,Mname)中，有：Sno→Sdept，Sdept→MnameMname传递函数依赖于Sno传递30AnIntroductiontoDatabaseSystem6.2规范化6.2.1函数依赖6.2.2码6.2.3范式6.2.42NF6.2.53NF6.2.6BCNF6.2.7多值依赖6.2.84NF6.2.9规范化小结31AnIntroductiontoDatabaseSystem6.2.2码定义6.4设K为RU,F中的属性或属性组合。若KU，则K称为R的侯选码（CandidateKey）。若候选码多于一个，则选定其中的一个做为主码（PrimaryKey）。F注意：K→U的理解。F【引理】XA１A２···Aｎ成立的充要条件是XAi成立。（i=1、2···n）32AnIntroductiontoDatabaseSystem码（续）主属性与非主属性包含在任何一个候选码中的属性，称为主属性（Primeattribute）不包含在任何码中的属性称为非主属性（Nonprimeattribute）或非码属性（Non-keyattribute）全码整个属性组是码，称为全码（All-key）33AnIntroductiontoDatabaseSystem码（续）[例2]关系模式S(Sno,Sdept,Sage)，单个属性Sno是码，SC（Sno，Cno，Grade）中，（Sno，Cno）是码[例3]关系模式R（P，W，A）P：演奏者W：作品A：听众一个演奏者可以演奏多个作品某一作品可被多个演奏者演奏听众可以欣赏不同演奏者的不同作品码为(P，W，A)，即All-Key34AnIntroductiontoDatabaseSystem外部码定义6.5关系模式R中属性或属性组X并非R的码，但X是另一个关系模式的码，则称X是R的外部码（Foreignkey）也称外码如在SC（Sno，Cno，Grade）中，Sno不是码，但Sno是关系模式S