1、第五章關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論 5.1 數(shù)據(jù)依賴5.2 范式 5.3 關(guān)系模式的規(guī)范化 5.1 數(shù)據(jù)依賴 5.1.1 關(guān)系模式中的數(shù)據(jù)依賴 完整的關(guān)系模式的描述：R(U，D，DOM，F(xiàn)) lR關(guān)系名 lU屬性組 lD是U的取值范圍，是域的集合 lDOM是屬性向域映象的集合 lF是屬性間數(shù)據(jù)的依賴關(guān)系集合 關(guān)系模式是靜態(tài)的、穩(wěn)定的；關(guān)系是動態(tài)的，不同時刻關(guān)系模式中的關(guān)系可能不同，但關(guān)系都必須滿足關(guān)系模式中數(shù)據(jù)依賴關(guān)系集合F指定的完整性約束 影響數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計的主要是U和F，所以一般關(guān)系模式簡化為：R（U， F） 5.1.2 數(shù)據(jù)依賴對關(guān)系模式的影響l 數(shù)據(jù)依賴有: 函數(shù)依賴、多值依賴和連接依賴 q一個

2、關(guān)系模式示例 USno,Sdept,Mname,Cname,Grade FSno-Sdept, Sdept-Sname, (Sno,Cname)-Gradel 該關(guān)系模式存在如下問題 : 數(shù)據(jù)冗余太大：系主任名字重復(fù)出現(xiàn)，和所有學(xué)生的所有課程成績次數(shù)一樣 更新異常：更換系主任必須修改每一個學(xué)生信息 插入異常：剛成立的系如果還沒有招生就無法存儲系主任信息 刪除異常：某個系的學(xué)生全部畢業(yè)刪除時會丟失系主任信息 5.1.3 相關(guān)概念 函數(shù)依賴函數(shù)依賴R（U）是一個關(guān)系模式，U是R的屬性集合，X和Y是U的子集，對于R（U）的任意一個可能的關(guān)系r，如果r中不存在兩個元組w，v，使得wX=vX而wYvY，

3、稱X函數(shù)決定Y，或Y函數(shù)依賴于X，記X-Y 平凡的和非平凡的函數(shù)依賴平凡的和非平凡的函數(shù)依賴關(guān)系模式R（U）， X和Y是U的子集，如果X-Y，且YX，則稱X-Y是非平凡的函數(shù)依賴，否則稱平凡的函數(shù)依賴，我們討論的都是非平凡的函數(shù)依賴 l 完全函數(shù)依賴和部分函數(shù)依賴完全函數(shù)依賴和部分函數(shù)依賴關(guān)系模式R（U），如果X Y，且對于任意的X的真子集X都有X Y，則稱Y完全函數(shù)依賴于X，記X f Y。反之則Y不完全依賴于X,稱Y部分依賴于X，記X P Y l 傳遞函數(shù)依賴傳遞函數(shù)依賴關(guān)系模式R（U），如果XY，YZ，且Y X，則稱Z傳遞函數(shù)依賴于X，記X t Z l 碼的重新定義碼的重新定義關(guān)系模式R（

4、U,F），K為屬性組合，若K f U，則K是一個候選碼。 5.2 范式 l 范式定義數(shù)據(jù)依賴滿足某種條件級別的關(guān)系模式的集合 l 目前共6種范式:1NF2NF3NFBCNF4NF5NF 5.2.1 第一范式（1NF）l 1NF定義如果一個關(guān)系模式R的所有屬性都是原子的，即不可再分的基本數(shù)據(jù)項，則R1NF例：SCL(S, SN, SA, CLS, MON, C, CN, CRD, GR) 屬于1NF它有以下問題: 數(shù)據(jù)冗余大，如MON，CRD等 插入異常，當(dāng)無課程時學(xué)生信息無法插入 刪除異常，當(dāng)某個學(xué)生的選課信息全部刪除時無法保留學(xué)生基本信息 SCL存在的函數(shù)依賴關(guān)系 (S#,C#) f GR

5、(S#,C#) P SN S# f SN(S#,C#) P SA S# f SA (S#,C#) P CLS S# f CLS(S#,C#) P CN C# f CN (S#,C#) P CRD C# f CRD CLS MON S# t MON 5.2.2 第二范式（2NF）l 2NF定義 如果一個關(guān)系模式R1NF，并且每一非主屬性都完全依賴于R的碼，則R2NF。 顯然碼只包含一個屬性的R如果是1NF，則必是2NF例：S_L(S#,SN,SA,CLS,MON) C(C#,CN,CRD) S_C(S#,C#,GR)都屬于2NF存在問題： 數(shù)據(jù)冗余大，如MON 插入異常，無學(xué)生信息無法插入班長信

6、息 刪除異常，當(dāng)學(xué)生的信息刪除無法保存班長函數(shù)依賴關(guān)系：S# f SA S# f CLS S# f SN CLS MON S# t MON C# f CN C# f CRD (S#,C#) f GR5.2.3 第三范式（3NF）l 3NF定義 如果一個關(guān)系模式R中不存在非主屬性對碼的傳遞依賴，則R3NF 例：S（S，SN，SA，CLS） L（CLS，MON） C（C，CN，CRD） S_C（S，C，GR）都屬于3NF5.2.4 BC范式（BCNF）l BCNF定義 如果一個關(guān)系模式R（U,F）1NF，對R中的任意一個非平凡的函數(shù)依賴XY，X都含有候選碼，則RBCNF 例：STC（S，T，C）

7、S學(xué)生 T教師 C課程（S，C）T（S，T）C TC所以STC不是BCNF分解為：ST（S，T），TC（T，C）則都屬于BCNF 5.2.5 第四范式（4NF）l 多值依賴 關(guān)系模式R（U）屬性集U，X、Y和Z是U不相交的子集，且ZUXY，若關(guān)系模式R的任一關(guān)系r對于X的一個給定值，存在Y的一組值與之對應(yīng)，且Y的這一組值與Z無關(guān)，稱Y多值依賴于X，記XY。當(dāng)Z非空時稱非平凡的多值依賴 l 4NF定義 如果一個關(guān)系模式R（U,F）1NF，對R中的任意一個非平凡的多值依賴XY，X都含有候選碼，則R4NF 例：CTX（C，T，X） C 課程, T 教師, X 參考書候選碼：（C，T，X）CT，CX，

8、C不是候選碼，故CTX不屬于4NF分解為CT（C，T），CX（C，X），則都滿足4NF 5.2.6 第五范式（5NF）l 定義 關(guān)系模式R，其屬性集U，X1，X2.Xn分別為U的子集，XiU，如果對于R的每一個關(guān)系r都有rXi，則稱連接依賴（JD）在關(guān)系模式R上成立，記為*（X1，X2，.Xn）,若某個Xi就是R，稱平凡的連接依賴。l 定義 如果一個關(guān)系模式R（U,F）1NF，對R中的任意一個連接依賴都都由候選碼蘊涵，則R5NF l 例：關(guān)系A(chǔ)FP AF Pa1f1p1a1f1p2a1f2p1a2f1p2a2f3p2AFa1f1a1f2a2f1a2f3FPf1p1f1p2f2p1f3p2APa

9、1p1a1p2a2p2AFPAFFPAPAF Pa1f1p1a1f1p2a1f2p1a2f1p1a2f1p2a2f3p2AFFPAF Pa1f1p1a1f1p2a1f2p1a2f3p2a2f1p1AFFPAP=AFP只有AF、FP、AP 三個關(guān)系連接才可以得到AFP，因此稱AFP具有連接依賴JD*(A,F,P)5.3 關(guān)系模式的規(guī)范化 5.3.1 關(guān)系模式的規(guī)范化步驟 1NF 2NF 3NF BCNF 4NF 5NF 消除非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴關(guān)系 消除非主屬性對碼的傳遞函數(shù)依賴關(guān)系 消除主屬性對碼的部分函數(shù)依賴關(guān)系 消除非主屬性的非平凡的多值依賴 消除非候選碼蘊涵的連接依賴 消除決定屬性

10、集非碼的非平凡函數(shù)依賴 5.3.2 關(guān)系模式的分解 l 關(guān)系模式的規(guī)范化 通過對關(guān)系模式的分解來實現(xiàn)的 把低級別的關(guān)系模式分解為高級別的關(guān)系模式 分解不唯一，只有保證分解后的關(guān)系模式與原關(guān)系模式等價，才有意義 l 例：關(guān)系模式SL（Sno，Sdept，Sloc）SnoSdept，SdeptSloc, SnoSloc設(shè)SL有如下關(guān)系 SnoSdeptSloc95001CSA95002ISB95003MAC95004ISB95005PHBl 分解方法一：SN(Sno)、SD(Sdept)、SO(Sloc)SN、SD、SO都是很高的范式，屬于5NF，但分解后丟失很多信息SNSDSOSnoSdeptS

11、loc95001CSA95002ISB95003MAC95004 95005PH l 分解方法二：NL(Sno，Sloc)、DL(Sdept，Sloc)NLDLSnoSlocSdeptSloc95001ACSA95002BISB95003CMAC95004BPHB95005B分解后的關(guān)系NL和DL的自然連接結(jié)果 SnoSdeptSloc95001CSA95002ISB95002PHB95003MAC95004ISB95004PHB95005ISB95005PHBl NL和DL的自然連接結(jié)果多出三個元組，而實際上無法確定哪個是多余的，因此丟失了信息 l 定義如果關(guān)系模式R（U，F(xiàn)）在分解為若干個

12、關(guān)系模式Ri（Ui，F(xiàn)i）后（其中UUi），若Ri的自然連接和原關(guān)系相等，則稱該分解具有無損連接性 l 分解方法三ND(Sno，Sdept)、NL(Sno，Sloc)分解后關(guān)系NDNLSnoSdeptSnoSloc95001CS95001A95002IS95002B95003MA95003C95004IS95004B95005PH95005Bl NL和DL的自然連接結(jié)果 和原關(guān)系相同，但當(dāng)某個學(xué)生轉(zhuǎn)系后需要修改兩個表，如95005轉(zhuǎn)為CS系后需PHCS，BA。原因是分解時丟失了SdeptSloc的函數(shù)依賴關(guān)系。l 定義如果在分解過程中原函數(shù)依賴F被每個分解后的某個關(guān)系函數(shù)依賴Fi所邏輯蘊涵，則稱該分解是保持函數(shù)依賴的 l 分解方法四 ND(Sno，Sdept)、DL(Sdept，Sloc)分解后關(guān)系NL和DL的自然連接結(jié)果和原關(guān)系相同，該分解是保持函數(shù)依賴的 NDDLSnoSdeptSdeptSloc95001CSCSA9