关系数据理论2016版-厦门大学数据库室

《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版厦门大学计算机科学系2016版林子雨厦门大学计算机科学系E-mail:[e-mail]主页：第6章关系数据理论（2016版）厦门大学计算机科学系本科生课程《数据库系统原理》《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版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模式的分解第6章关系数据理论《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版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6.1问题的提出《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版一、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6.1问题的提出《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版–关系：描述实体、属性、实体间的联系。–从形式上看，它是一张二维表，是所涉及属性的笛卡尔积的一个子集。–关系模式：用来定义关系。–关系数据库：基于关系模型的数据库，利用关系来描述现实世界。–从形式上看，它由一组关系组成。–关系数据库的模式：定义这组关系的关系模式的全体。6.1问题的提出•概念回顾《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版关系模式由五部分组成，即它是一个五元组：R(U,D,DOM,F)R：关系名U：组成该关系的属性名集合D：属性组U中属性所来自的域DOM：属性向域的映象集合F：属性间数据的依赖关系集合6.1问题的提出•关系模式的形式化定义《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版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2.数据依赖–是通过一个关系中属性间值的相等与否体现出来的数据间的相互关系–是现实世界属性间相互联系的抽象–是数据内在的性质–是语义的体现3.数据依赖的类型–函数依赖（FunctionalDependency，简记为FD）–多值依赖（MultivaluedDependency，简记为MVD）–其他6.1问题的提出•什么是数据依赖《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版–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6.1问题的提出•关系模式的简化表示《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版例：描述学校的数据库：学生的学号（Sno）、所在系（Sdept）系主任姓名（Mname）、课程名（Cname）成绩（Grade）6.1问题的提出•数据依赖对关系模式的影响｛Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade｝单一的关系模式：StudentU、FU＝《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版学校数据库的语义：⒈一个系有若干学生，一个学生只属于一个系；⒉一个系只有一名主任；⒊一个学生可以选修多门课程，每门课程有若干学生选修；⒋每个学生所学的每门课程都有一个成绩。6.1问题的提出•数据依赖对关系模式的影响U＝｛Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade｝属性组U上的一组函数依赖F：F＝｛Sno→Sdept,Sdept→Mname,(Sno,Cname)→Grade｝《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.1问题的提出•数据依赖对关系模式的影响SnoCnameSdeptMnameGrade《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.1问题的提出•关系模式StudentU,F中存在的问题学号Sno系主任Mname课程名Cname成绩Grade所在系Sdept95001李勇高数80IS95002李勇高数73IS95003王敏高数91MA95004李勇外语67IS《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.1问题的提出•关系模式StudentU,F中存在的问题⒈数据冗余太大浪费大量的存储空间例：每一个系主任的姓名重复出现⒉更新异常（UpdateAnomalies）数据冗余，更新数据时，维护数据完整性代价大。例：某系更换系主任后，系统必须修改与该系学生有关的每一个元组⒊插入异常（InsertionAnomalies）该插的数据插不进去例，如果一个系刚成立，尚无学生，我们就无法把这个系及其系主任的信息存入数据库。⒋删除异常（DeletionAnomalies）不该删除的数据不得不删例，如果某个系的学生全部毕业了，我们在删除该系学生信息的同时，把这个系及其系主任的信息也丢掉了。《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.1问题的提出结论：•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。•数据依赖对关系模式的影响《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版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模式的分解第6章关系数据理论《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.2规范化规范化理论正是用来改造关系模式，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。《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.2.1函数依赖一、函数依赖二、平凡函数依赖与非平凡函数依赖三、完全函数依赖与部分函数依赖四、传递函数依赖《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.2.1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。X称为这个函数依赖的决定属性集(Determinant)。Y=f(x)一、函数依赖《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.2.1函数依赖1.函数依赖不是指关系模式R的某个或某些关系实例满足的约束条件，而是指R的所有关系实例均要满足的约束条件。2.函数依赖是语义范畴的概念。只能根据数据的语义来确定函数依赖。例如“姓名→年龄”这个函数依赖只有在不允许有同名人的条件下成立3.数据库设计者可以对现实世界作强制的规定。例如规定不允许同名人出现，函数依赖“姓名→年龄”成立。所插入的元组必须满足规定的函数依赖，若发现有同名人存在，则拒绝装入该元组。说明：《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版例:Student(Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept)假设不允许重名，则有:Sno→Ssex，Sno→Sage,Sno→Sdept，Sno←→Sname,Sname→Ssex，Sname→SageSname→Sdept但Ssex→Sage若X→Y，并且Y→X,则记为X←→Y。若Y不函数依赖于X,则记为X→Y。6.2.1函数依赖《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.2.1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)→Cno于任一关系模式，平凡函数依赖都是必然成立的，它不反映新的语义，因此若不特别声明，我们总是讨论非平凡函数依赖。二、平凡函数依赖与非平凡函数依赖《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.2.1函数依赖定义6.2在关系模式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完全函数依赖于X，记作XｆY。若X→Y，但Y不完全函数依赖于X，则称Y部分函数依赖于X，记作XPY。三、完全函数依赖与部分函数依赖例:在关系SC(Sno,Cno,Grade)中，由于：Sno→Grade，Cno→Grade，因此：(Sno,Cno)ｆGrade《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.2.2码定义6.4设K为关系模式RU,F中的属性或属性组合。若KｆU，则K称为R的一个侯选码（CandidateKey）。若关系模式R有多个候选码，则选定其中的一个做为主码（Primarykey）。•主属性与非主属性•ALLKEY《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.2.2码•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。–主码又和外部码一起提供了表示关系间联系的手段。《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.2.3范式•范式是符合某一种级别的关系模式的集合。•关系数据库中的关系必须满足一定的要求。满足不同程度要求的为不同范式。•范式的种类：第一范式(1NF)第二范式(2NF)第三范式(3NF)BC范式(BCNF)第四范式(4NF)第五范式(5NF)《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.2.3范式•各种范式之间存在联系：•某一关系模式R为第n范式，可简记为R∈nNF。NF5NF4BCNFNF3NF2NF1《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.2.42NF•1NF的定义如果一个关系模式R的所有属性都是不可分的基本数据项，则R∈1NF。•第一范式是对关系模式的最起码的要求。不满足第一范式的数据库模式不能称为关系数据库。•但是满足第一范式的关系模式并不一定是一个好的关系模式。《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.2.42NF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)GradeSnoSdept(Sno,Cno)Sdept(?)SnoSloc(Sno,Cno)SlocSdeptSloc→f→→p→→p→《数据库系统原理》厦门大学计算机科学系林子雨[e-mail]2016版6.2.42NF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)G