《数据库系统原理与应用 教学课件 ppt 作者 孟彩霞 1_ 第五章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据库系统原理与应用 教学课件 ppt 作者 孟彩霞 1_ 第五章（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第五章 关系数据库规范化 理论,2,第5章 关系数据库规范化理论,5.1 问题的提出 5.2 函数依赖 5.3 规范化 5.4 函数依赖的公理系统 5.5 关系模式的分解,3,5.1 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，每个关系模式应由哪些属性组成等。(不同处理，往往会导致数据管理的效率相差很远) 数据库逻辑设计的工具关系数据库的规范化理论。 如何设计出“好”的关系模式呢？也即关系数据库规范化要讨论的问题,4,5.1 问题的提出(续),一、概念回顾： 关系：描述实体、属性、实体间的联系。 关系模式：用来描述关系。 关系数据库
2、：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集合。,5,5.1 问题的提出(续),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) R：关系名 U：组成该关系的属性名集合 D：属性组U中属性所来自的域的集合 DOM：属性向域的映象集合 F：属性间数据的依赖关系集合,6,5.1 问题的提出(续),三、关系模式的简化表示 简化为一个三元组： R 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,7,5.1.1 关系模型可能存在的异常,数据依
3、赖 是通过一个关系中属性间值的相等（关联）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 数据依赖的类型 函数依赖(Functional Dependency，简记为FD) 多值依赖(Multivalued Dependency,简记为MVD) 其他,8,5.1.1 关系模型可能存在的异常(续),函数依赖普遍存在于现实生活中。 例如：设计一个用于学生管理的数据库，该数据库涉及的属性包括学号（Sno）、姓名（Sname）、所在系（Sdept）、住处（Loca）、课程号（Cno）、成绩（Grade）。 假设用一个单一关系模式 SLC 来表示该数据库，
4、则该关系模式为： U = Sno，Sname，Sdept，Loca，Cno，Grade,9,5.1.1 关系模型可能存在的异常(续),假设有以下语义： （1）学生的学号是唯一的。 （2）一个系有若干个学生，但一个学生只能在一个系学习。 （3）同一个系的学生住在同一个区域。 （4）一个学生可以选修多门课程，每门课程可以被多个学生选修。 （5）每个学生选修一门课程有一个成绩。,10,5.1.1 关系模型可能存在的异常(续),关系模式 SLC U = Sno，Sname，Sdept，Loca，Cno，Grade F Sno Sname, Sno Sdept, Sdept Loca, (Sno, Cn
5、o) Grade ,函数依赖表示方法,11,5.1.1 关系模型可能存在的异常(续),上述关系存在以下几个方面的问题： 数据冗余太大 更新异常 插入异常 删除异常 结论： SLC关系模式不是一个好的关系模式 好的关系模式：应该不会发生插入异常、更新异常和删除异常，并且数据库的冗余要尽可能地少。,12,5.1.2 异常原因分析,在关系模式SLC中，（Sno，Cno）为主键。SLC中U上的一组函数依赖F： F = Sno Sname, Sno Sdept, Sdept Loca, (Sno, Cno) Grade 可表示成如图5.1所示：,13,5.1.2 异常原因分析(续),在关系模式SLC中：
6、 Grade完全由主键（Sno，Cno）决定 Sname、Sdept的值由Sno(主键的一部分)决定 Loca的值由Sdept决定，与Sno无直接联系 关系SLC中存在的这些函数依赖就是问题的根本所在，即关系模式中的属性并非完全是由主键确定，有一部分属性只与键的一部分有关。把无直接联系的属性放在一起构成关系模式，必然会产生上述的异常情况。,14,5.1.2 异常原因分析(续),将SLC改造为以下3个关系模式： S（Sno，Sname，Sdept，SnoSname，SnoSdept） L（Sdept，Loca，SdeptLoca） SC（Sno，Cno，Grade，（Sno，Cno）Grade）
7、 这3个关系模式都不会发生插入异常、更新异常和删除异常的情况，并且数据的冗余也得到了较好的控制。,15,5.2.1 函数依赖的定义,定义5.1 设R(U)是属性集U上的关系模式。X和Y是U的子集。若对于R(U)上的任意一个可能的关系r，如果 r 中不可能存在两个元组，它们在 X 上的属性值相等，而在 Y 上的属性值不等，则称X函数决定Y或 Y 函数依赖于 X，记作XY。 其中X 称为这个函数依赖的决定属性组，或称为决定因素，Y 称作被决定因素。 若Y不函数依赖于X，记作X Y。 若XY，且YX，则记作XY。,16,5.2.1 函数依赖的定义(续),对于函数依赖，有以下几点具体说明： （1）函数
8、依赖不是指关系模式R的某个或某些关系满足的约束条件，而是指R的所有关系均要满足的约束条件。 （2）函数依赖是语义范畴的概念，只能根据语义来确定一个函数依赖。例如，SnameSno这个函数依赖只有在学生不重名的情况下才能成立。如果允许有重名，则Sno就不能函数依赖Sname。 （3）现实中，设计者可以作出强制性的规定以满足需要的函数依赖关系。例如，可以规定不允许同名学生存在，从而保证SnameSno成立。,17,5.2.2 几种特殊的函数依赖,一、平凡函数依赖与非平凡函数依赖 定义5.2 在关系模式R(U)中，对于U的子集X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
9、, 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 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。,18,5.2.2 几种特殊的函数依赖(续),二、完全函数依赖与部分函数依赖 定义5.3 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 X Y, 则称Y完全函数依赖于X，记作X Y。 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X P Y。
10、例: 在关系SC(Sno, Cno, Grade)中， 由于：Sno Grade，Cno Grade， 因此：(Sno, Cno) Grade,19,5.2.2 几种特殊的函数依赖(续),三、传递函数依赖 定义5.4 在关系模式R(U)中，如果XY，YZ，且YX，YX，则称Z传递函数依赖于X，记作X t Z。 注：如果XY，YX，则XY，实际上XZ就是直接函数依赖，而不是传递函数依赖。 例如，在关系模式SLC（Sno，Sname，Sdept，Loca，Cno，Grade）中，（Sno，Cno） f Grade 是完全函数依赖；（Sno，Cno） p Sname是部分函数依赖；由于 SnoSde
11、p，SdeptLoca，所以Sno t Loca是传递依赖依赖。,20,5.2.3 键,定义5.5 设K是关系模式R中的属性或属性组合，若K f U，则K为R的候选键（Cadidate Key）。若候选键多于一个，则选定其中的一个为主键（Primary Key）。 主属性：包含在任何一个候选键中的属性 全键：整个属性组是键,21,5.2.3 键(续),定义5.6 关系模式R中属性或属性组X并非R的键，但X是另一个关系模式的键，则称X是R的外部键（Foreign Key），简称外键。 关系间的联系，可以通过同时存在于两个或多个关系中主键和外键的取值来建立。 所以，主键和外键提供了一个表示关系间联
12、系的途径。,22,5.3 规范化,规范化的基本思想 减少关系模式中存在的数据冗余 消除数据依赖中存在的不合理的部分 解决插入异常、更新异常和删除异常问题。 这就要求在数据库设计时，关系模式应满足一定的条件。,23,5.3.1 范式及其类型,范式：为不同程度的规范化设立的不同标准。 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) “第几范式”是表示关系的某一种级别，所以称某一关系模式R为第几范式,24,5.3.1 范式及其类型(续),现在把
13、范式理解成是符合某一种级别的关系模式的集合。 某一关系模式R为第n范式，可简记为RnNF。 各种范式之间存在以下的关系：,规范化： 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集合，这个过程就叫规范化。,25,5.3.2 第一范式(1NF),定义5.7 如果关系模式R的所有属性都是不可分的数据项，则称R属于第一范式，记为R1NF。 在关系数据库中，第一范式是对关系模式的最低要求，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。,26,5.3.2 第一范式(1NF)(续),关系模式SLC（Sno，Sname，Sdept，
14、Loca，Cno，Grade），由于每个属性不可再分，所以SLC1NF。 我们知道，该模式存在着数据冗余、插入异常、更新异常和删除异常。,原因是含有不合适的函数依赖：,27,5.3.2 第一范式(1NF)(续),（Sno，Cno） f Grade （Sno，Cno） p Sname, Sno Sname （Sno，Cno） p Sdept, Sno Sdept （Sno，Cno） p Loca, Sno Loca 函数依赖中，只有属性Grade对键（Sno，Cno）是完全函数依赖，而其它非主属性对键都是部分函数依赖，导致数据操作中出现了异常问题。 所以需要对关系模式SLC进行投影分解，向高一级
15、范式转化。,函数依赖：,28,5.3.3 第二范式(2NF),定义5.8 若关系模式R1NF ，并且每一个非主属性都完全函数依赖于R的码，则 R2NF。,关系模式SLC中，Sno、Cno为主属性，Sname、Sdept、Loca、Grade均为非主属性。只有Grade对键是完全函数依赖，其余非主属性对键均为部分函数依赖，所以SLC2NF。,29,5.3.3 第二范式(2NF)(续),采用投影分解法，将部分函数依赖从SLC中分离出来，得到以下两个关系模式： SC（Sno，Cno，Grade） SL（Sno，Sname，Sdept，Loca） 其中，SC的键为（Sno，Cno），SL的键为Sno。
16、,30,5.3.3 第二范式(2NF)(续),分解后关系模式SC和LC中的非主属性对键都是完全函数依赖，所以： SC2NF， SL2NF。 显然，在SLC模式中存在的一些异常问题在一定程度上得到了解决。,但是，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。,31,5.3.3 第三范式(3NF),定义5.9 关系模式R 中若不存在这样的键X、属性组Y及非主属性Z(Z Y), 使得XY，YZ，成立，且YX，则称R3NF。,可以证明：若R3NF ，则每一个非主属性既不部分函数依赖于码，也不传递函数依赖于码。,32,5.3.3 第三范式(3NF)(续),由定义5.9可知： SC(Sno，Cno，Grade，(Sno，Cno) Grade)3NF SL(Sn
