《关系数据理论s》ppt课件

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1、1,数据库系统概论 An Introduction to Database System,2,第六章 关系数据理论,3,3,第六章 关系数据理论,6.1 问题的提出 6.2 规范化 6.3 小结,4,4,6.1 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，即应该构造几个关系模式，每个关系由哪些属性组成等。 数据库逻辑设计的工具关系数据库的规范化理论。,5,5,一、概念回顾 二、关系模式的形式化定义 三、什么是数据依赖 四、数据依赖对关系模式影响,6.1 问题的提出,6,6,一、概念回顾,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

2、属性的笛卡尔积的一个子集。 关系模式：用来定义（描述）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。,7,7,二、关系模式的形式化定义,在本章中，把关系模式看成是一个三元组： R(U, F) R： 关系名 U： 组成该关系的属性名集合 F： 属性间数据的依赖关系集合 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,8,8,三、什么是数据依赖,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。 数据依赖是一个关系内部属性与属性之间的约束关系。

3、定义属性值间的相互关连（主要体现于值的相等与否），它是数据库模式设计的关键。,9,9,四、数据依赖对关系模式的影响,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）、课程号（Cno） 成绩（Grade） 单一的关系模式 ： Student U Sno, Sdept, Mname, Cno, Grade,10,10,数据依赖对关系模式的影响（续）,学校数据库的语义： 一个系有若干学生， 一个学生只属于一个系； 一个系只有一名主任； 一个学生可以选修多门课程， 每门课程有若干学生选修； 每个学生所学的每门课程都有一个成绩。 于是得到属性组U上的一组函数依

4、赖F： F Sno Sdept, Sdept Mname, (Sno, Cno) Grade ,11,11,数据依赖对关系模式的影响（续）,于是得到属性组U上的一组函数依赖F： F Sno Sdept, Sdept Mname, (Sno, Cno) Grade ,主码为(sno,cno),12,12,数据依赖对关系模式的影响（续）,13,13,关系模式Student中存在的问题, 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 更新异常（修改复杂） 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,14,14,关系模式Student中存在的问题, 插入异常：该插

5、的数据插不进去 例，如果一个系刚成立，尚无学生，主关键字为空，我们就无法把这个系及其系主任的信息存入数据库。 删除异常：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。,15,15,数据依赖对关系模式的影响（续）,16,16,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：由于模式中存在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。,17,17,关系模式Student分解成三个关

6、系模式： S(Sno, Sdept, Sno Sdept) SG(Sno, Cno, Grade, (Sno, Cno) Grade) DEPT(Sdept, Mname, Sdept Mname) 这三个模式都不会发生插入异常、删除异常的毛病，数据的冗余也得到了控制。,数据依赖对关系模式的影响（续）,18,18,6.2 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。,19,19,6.2.1 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,20,2

7、0,一、函数依赖,回顾：函数熟悉的概念。 Y=f(x)：x和Y之间数量上的对应关系。给定x值，Y值与之对应。称x函数决定Y，或Y函数依赖于x。 在关系数据库中讨论函数或函数依赖注重的是语义上的关系。 如：省=f(城市),21,21,一、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XY。,22,22,说明：,1. 函数依赖是指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

8、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。,23,23,函数依赖（续）,例1: 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 Sage Sname Sdept 若XY，并且YX, 则记为XY。,24,24,函

9、数依赖（续）,例2:有一个关于学生选课、教师任课的关系模式： R（S#，SNAME，C#，GRADE，CNAME，TNAME，TAGE） 属性分别表示学生学号、姓名、选修课程的课程号、成绩、课程名、任课教师姓名和教师年龄。 如果规定，每个学号只能有一个学生姓名，每个课程号只能决定一门课程，那么可写成下列FD形式： S#SNAME C#CNAME 每个学生每学一门课程，有一个成绩，那么可写出下列FD： （S#，C#）GRADE 还可以写出其他一些FD： C#（CNAME，TNAME，TAGE） TNAMETAGE,25,25,二、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

10、和Y，如果XY，但Y X，则称XY是非平凡的函数依赖。 若XY，但Y X, 则称XY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 我们总是讨论非平凡函数依赖。,26,26,三、完全函数依赖与部分函数依赖,定义6.2 在关系模式R(U)中，如果XY，并且对于X的任何一个真子集X，都有XY, 则称Y完全函数依赖于X，记作XY。 若XY，但Y不完全函数依赖于X，则称Y部分函数依赖于X，记作XY。,F,P,27,27,完全函数依赖与部分函数依赖（续）

11、,例: 在关系SC(Sno, Cno, Grade)中， 由于：Sno Grade，Cno Grade， 因此：(Sno, Cno) F Grade,28,28,四、传递函数依赖,定义6.3 在关系模式R(U)中，如果XY，YZ，且Y X，YX，则称Z传递函数依赖于X。 注: 如果YX， 即XY，则Z直接依赖于X。 例: 在关系Std(Sno, Sdept, Mname)中，有：Sno Sdept，Sdept Mname, Sdept Sno，Sdept Sno 则，Mname传递函数依赖于Sno。 记作Sno Mname,传递,29,29,例： 学生关系模式中：非平凡函数依赖 学号姓名 学号

12、系 系系主任 （学号，课程）成绩 教室（课程，班级，时间，教室）完全函数依赖 （课程，班级，时间）教室 教师（姓名，职务，职务工资）传递函数依赖 姓名职务 职务职务工资 （+2个条件） 则姓名 职务工资,举例,F,传递,30,30,6.2.2 码,现实世界的每一实体集合，都有一关键字（码），即唯一确定各个实体的一组属性。 定义6.4 设K为关系模式R中的属性或属性组合。若K F U，则K称为R的一个侯选码。若关系模式R有多个候选码，则选定其中的一个做为主码。 主属性与非主属性 全码（ALL KEY）：整个属性组是码。,31,31,例: 在关系S(Sno, Sdept, Sage)中，Sno是码

13、 在关系SC(Sno, Cno, Grade)中， (Sno, Cno)是码。 在关系R(演奏者，作品，听众)中，假设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。听众也可以欣赏不同演奏者的不同作品，这个关系模式的码为(演奏者，作品，听众),6.2.2 码,32,32,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（Foreign key）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。,33,33,外部码,如在SC(SNO,CNO,G)中，SNO不是码，但SNO是关系模式S(SNO,SDEPT,SAGE)的码，

14、则SNO是关系模式SC的外部码。,34,34,6.2.3 范式,关系模式的好与坏，用什么标准衡量？这个标准就是模式的范式（Normal Forms，简记为NF）。 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。,35,35,6.2.3 范式,36,36,6.2.3 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RnNF。 一个低一级范式的关系模式，通过模式分解可以转换为若干个高一级范式的关系模式的集合，这种过程就叫规范化。,37,37,6.2.3 范式,38,38,6.2.4 2NF,1NF的定义 如果一个关系模式

15、R的所有属性都是不可分的基本数据项，则R1NF。 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。,39,39,2NF,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。 这里码为(Sno, Cno)。函数依赖包括： (Sno, Cno) f Grade Sno Sdept， (Sno, Cno) P Sdept Sno Sloc， (Sno, Cno) P Sloc Sdept Sloc,40,40,2NF,SLC的码为

16、(Sno, Cno) SLC满足第一范式。 非主属性Sdept和Sloc部分函数依赖于码(Sno, Cno),虚线表示部分函数依赖,41,41,SLC不是一个好的关系模式,关系模式SLC(Sno, Sdept, Sloc, Cno, Grade) (1) 插入异常 假设Sno95102，SdeptIS，SlocN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。,42,42,SLC不是一个好的关系模式,(3) 数据冗余度大 如果一个学生