《数据库原理与应用 第3章 关系数据库规划和设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据库原理与应用 第3章 关系数据库规划和设计（179页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 关系数据库规划和设计,【本章导读】,本章主要讲述关系数据库的规范化理论、关系数据库的标准语言SQL、关系数据库的设计、关系数据库的保护以及数据库的最新技术。,【本章要点】,关系数据库理论 关系规范化的方法和步骤 SQL的功能 数据库的安全性、完整性、备份和恢复的原理及方法 数据库设计的内容、任务、步骤和方法 数据库技术的发展以及与其他技术的结合,第3章 关系数据库规划和设计,3.1 关系数据库理论 3.2 关系数据库标准语言SQL 3.3 数据库保护 3.4 数据库设计 3.5 数据库新技术,3.1 关系数据库理论,3.1.1 函数依赖 3.1.2 范式 3.1.3 数据依赖的公理系统
2、 3.1.4 关系模式的规范化,3.1.1 函数依赖,1函数依赖 定义3.1 设R(U)是一个关系模式，U是R的属性集合，X和Y是U的子集。对于R(U)的任意一个可能的关系r，如果r中不存在两个元组，它们在X上的属性值相同，而在Y上的属性值不同，则称X函数确定Y或Y函数依赖于X，记作XY。,说明,（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。 （3）XY，但Y X，则称XY是非平凡函数依赖。XY，但Y X，则称XY是平凡函数依赖。若不特别声明，总是讨论非平凡函数依赖
3、。,说明,（4）若XY，则X称为这个函数依赖的决定属性集。 （5）若XY，并且YX，则记为XY。 （6）若Y不函数依赖于X，则记为X Y。,2完全函数依赖与部分函数依赖,定义3.2 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X Y。若XY，但Y不完全函数依赖于X，称Y部分函数依赖于X，记作X Y。,例如，在选课关系SC(学号S#, 课程号C#, 成绩G)中，学生的成绩由学号和课程号共同决定，代表该学生的一次选课，所以函数依赖为：(S#, C#)G，但是单独由学号不能决定一门课的成绩，单独由课程号也不能决定某个学生的成绩，即S# G、C#
4、 G，所以(S#, C#) G。,3传递函数依赖,定义3.3 在关系模式R(U)中，如果XY（Y X），Y X，YZ，则称Z传递函数依赖于X，记作 X Z。 例如，在关系SD(学号S#, 所在系SDEPT, 系主任姓名MNAME)中，学号决定学生所在系，即S#SDEPT，学生所在系决定系主任姓名SDEPTMNAME，则S# MNAME。,传递,传递,4码,定义3.4 设K为关系模式RU, F中的属性或属性组合。若K U，则称K为R的一个候选码（Candidate Key）。若关系模式有多个候选码，则选定其中的一个作为主码（Primary Key）。,举例,学生关系STUDENT(学号SNO,
5、姓名SNAME, 性别SSEX, 年龄SAGE, 所在系SDEPT)的主码是学号SNO，因为学号SNO能决定姓名、性别、年龄、所在系这几个属性，即SNO U。选课关系SC(学号S#, 课程号C#, 成绩G)的主码是(S#, C#)，因为(S#, C#) G，则(S#, C#) (S#, C#, G)，即(S#, C#) U。,包含在任何一个候选码中的属性称为主属性（Prime Attribute） 不包含在任何候选码中的属性称为非主属性（Nonprime Attribute）或非码属性（Non-key Attribute）。 最简单的情况下，候选码只包含一个属性。在最极端的情况下，关系模式的所
6、有属性组都是这个关系模式的候选码，称为全码（All-key）。,例如，选课关系SC(学号S#, 课程号C#, 成绩G)的主码是(S#, C#)，主属性是主码的各个属性，即S#、C#，非主属性是G。,3.1.2 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。满足的要求不同，则范式不同。 范式的概念最早是由E.F.Codd提出的，他从1971年相继提出了三级规范化形式，即满足最低要求的第一范式（1NF），在1NF基础上又满足某些特性的第二范式（2NF），在2NF基础上再满足一些要求的第三范式（3NF）。,1974年，E.F.Codd和Boyce共同提出了一个新
7、的范式概念，即Boyce-Codd范式，简称BC范式（BCNF）。 1976年Fagin提出了第四范式（4NF），后来又有人定义了第五范式（5NF）。 至此，在关系数据库规范中建立了一个范式系列：1NF、2NF、3NF、BCNF、4NF和5NF。 通常把某一关系模式R为第n范式简记为RnNF。,11NF,定义3.5 如果一个关系模式的所有属性都是不可分的基本数据项，则R1NF。 任何一个关系模式都是1NF，不满足第一范式的数据库模式不能称为关系数据库。 满足第一范式的关系模式不一定是一个好的关系模式。如关系模式SLC(学号SNO, 学生所在系SDEPT, 学生住处SLOC, 课程号CNO, 成
8、绩GRADE)，假设每个系的学生住在同一个楼上。SLC满足第一范式，每个属性都不可分。,SLC的码是(SNO, CNO)，函数依赖有： (SNO, CNO) GRADE， SNOSDEPT，(SNO, CNO) SDEPT， SNOSLOC，(SNO, CNO) SLOC， SDEPTSLOC。,SLC关系模式存在的问题如下：,（1）插入异常。 （2）删除异常。 （3）更新异常。 （4）冗余度大。,22NF,定义3.6 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。 2NF不允许关系模式的属性之间有这样的函数依赖：XY，其中X是码的真子集，Y是非主属性。显然，码只包
9、含一个属性的关系模式，如果属于1NF，那么它一定属于2NF。,关系模式SLC的码是(SNO, CNO)，主属性是SNO和CNO，非主属性是SDEPT、SLOC、GRADE。分析SLC的函数依赖，可以看到： (SNO, CNO) SDEPT (SNO, CNO) SLOC 存在非主属性对码的部分函数依赖，不满足第二范式的要求，所以SLC只能达到1NF。,解决的办法是把关系模式SLC分解成为两个关系模式：SC(SNO, CNO, GRADE)和SL(SNO, SDEPT, SLOC)。 SC的码是(SNO, CNO)，函数依赖是(SNO, CNO) GRADE。 SL的码是SNO，函数依赖是SNO
10、SDEPT、SNOSLOC、SDEPTSLOC。 由此可见，分解后的两个关系模式不存在非主属性对码的部分函数依赖，都达到了2NF，即SC2NF，SL2NF。,33NF,定义3.7 如果关系模式RU, F中不存在候选码X、属性组Y以及非主属性Z（Z Y），使得XY（Y X），YZ成立，则R3NF。 由定义3.7可以证明，若R3NF，则R的每一个非主属性既不部分函数依赖于候选码，也不传递函数依赖于候选码。显然，如果R3NF，则R也是2NF。,研究分解后的关系模式SL(SNO, SDEPT, SLOC)，SL的码是SNO，主属性是SNO，非主属性是SDEPT和SLOC，存在非主属性SLOC对主属性S
11、NO的传递函数依赖，所以达不到3NF的要求，可以将SL分解为： SD(SNO, SDEPT) DL(SDEPT, SLOC) 分解后的SD和DL不再存在传递函数依赖，所以SD3NF，DL3NF。,4BCNF,BCNF（Boyce Codd Normal Form，鲍依斯科得范式）是由Boyce和Codd共同提出的，比上述的3NF又进了一步，通常认为BCNF是修正的第三范式，有时也称为扩充的第三范式。 定义3.8 设关系模式RU, F1NF。若XY且Y X时X必含有码，则RU, F BCNF。 也就是说，关系模式RU, F中，若每一个决定因素都包含码，则RU, FBCNF。,由BCNF的定义可以
12、得到结论，一个满足BCNF的关系模式有： （1）所有非主属性对每一个码都是完全函数依赖。 （2）所有主属性对每一个不包含它的码是完全函数依赖。 （3）没有任何属性完全函数依赖于非码的任何一组属性。,2NF、3NF分别消除了非主属性对码的部分函数依赖和传递函数依赖，而BCNF在3NF的基础上消除了主属性对码的部分函数依赖，因此如果RBCNF，则R3NF，反之则不成立。,假设有系别管理关系DEPT(系别D, 教研室R, 教师数C, 系主任M)，其中C表示教研室中的教师数。一个系里只有一个主任，可以有多个教研室。这个数据库表中存在如下函数依赖： (D, R)(M,C)，(M, R)(D, C) 所以
13、，(D, R)和(M, R)都是DEPT的候选关键字，表中的唯一非关键字为C，它是符合3NF的。但是，由于存在如下函数依赖： DM，MD 即存在关键字段决定关键字段的情况，所以其不符合BCNF范式。,它会出现如下异常情况： （1）插入异常。当没有提供教研室的信息时，无法插入此系及主任的信息。 （2）更新异常。如果系更换了主任，则表中此系的所有行的主任列都要修改，造成修改操作的复杂化。 （3）删除异常。如果要删除某系所有教研室的信息，则系别和主任的信息也将被删除，造成删除异常。,解决的办法是把DEPT关系表分解为下面两个关系表：系别管理DEPT(D, M)和教研室管理 REAC(D, R, C)
14、。这样的数据库表是符合BCNF范式的，消除了删除异常、插入异常和更新异常。,5多值依赖（Multivalued Dependency，MVD）,研究下面的关系模式Teaching(课程C, 教员T, 参考书B)，一门课程可以由多个教员讲授，使用相同的一套参考书。一个教员可以讲授多门课程。一本参考书可以供多门课程使用。表3-1所示的示例数据表示了C、T、B之间的关系。,表3-1 Teaching 表,关系模式Teaching具有唯一候选码(C, T, B)，即全码。因而TeachingBCNF。 但是当某一课程（如物理）增加一名讲课教员，如李兰时，由于存在多本参考书，所以必须插入多个元组：（物理
15、，李兰，普通物理学）、（物理，李兰，光学原理）、（物理，李兰，物理习题集）。同样，要去掉一门课，也需要删除多个元组。 在这个例子中，存在着称为多值依赖的数据依赖。,定义3.9 设R(U)是属性集U上的一个关系模式。X、Y、Z是U的子集，并且Z=UXY。关系模式R中多值依赖XY成立，当且仅当对于R的任一关系r，给定的一对(x, z)值，有一组y的值，这组值仅仅决定于x值而与z值无关。,在上述的关系模式Teaching中，T多值依赖于C，即CT。即对于一个（物理，光学物理）有一组T值（李勇，王军），这组值仅仅决定于课程C上的值，即物理。这就是多值依赖。 若XY，而Z=F，即Z为空，则称 XY为平凡的多值依赖；反之即为非平凡的多值依赖。,多值依赖的主要性质如下： （1）多值依赖具有对称性。即若XY，则XZ，其中Z=UXY。 （2）多值依赖的传递性。即若XY，YZ，则XZY。 （3）函数依赖可以看作是多值依赖的特殊情况。即若XY，则XY。这是因为当XY时，对X的每一个值x，Y有一个确定的值y与之对应，所以XY。 （4）若XY，XZ，则XYZ。 （5）若XY，XZ，则XYZ。 （6）若XY，XZ，则XYZ，XZY。,64NF,多值依赖对关系模式会产生怎样的影响呢？研究下面的关系模式R=仓库(W)，保管员(S)，商品(C)，假定每个仓库有若干保管员、若干商
