数据库-规范化理论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2007,年,4,月,19,日星期四,兰州理工大学计算机与通信学院,*,数据库设计,规范化理论,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,1,兰州理工大学计算机与通信学院,关系数据库设计中存在的问题,示例,:,考虑为管理职工的工资信息而设计一个关系模式。,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,2,兰州理工大学计算机与通信学院,在表,中,包含着两类信息：,职工个人的工资信息；,各个级别的工资数额。,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,问题：,如果我希望知道在这个单位,8,级工的工资是多少，能否查询到？,2007,年,4,月,19,日星期四,3,兰州理工大学计算机与通信学院,问题：,插入异常：,如果没有职工具有,8,级工资，则,8,级工资的工资数额就难以插入,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,删除异常：,如果仅有职工赵明具有,4,级工资，如果将赵明删除，则有关,4,级工资的工资数额信息也随之删除了。,2007,年,4,月,19,日星期四,4,兰州理工大学计算机与通信学院,数据冗余：,职工很多，工资级别有限，每一级别的工资数额反复存储多次。,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,更新异常：,如果将,5,级工资的工资数额调为,620,，则需要找到每个具有,5,级工资的职工，逐一修改。,2007,年,4,月,19,日星期四,5,兰州理工大学计算机与通信学院,解决之道：,分解,!,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,6,兰州理工大学计算机与通信学院,有关学生的关系模式,S(,学号,姓名,系号,主任,课程编号,成绩,),它有哪些数据冗余？,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,7,兰州理工大学计算机与通信学院,规范化理论,问题的提出,针对一个具体问题，如何构造一个合适的数据模式。即应该构造几个关系模式（表），每个关系有那些属性组成？,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,8,兰州理工大学计算机与通信学院,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,定 义：,设,R(U),是属性集,U,上的关系模式。,X,，,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,，记为,XY,。,记号,xy,称,x,函数确定,y,，或,y,函数依赖于,x,。,称,X,为决定因素。,如 学号 姓名，（学号，课程）成绩,2007,年,4,月,19,日星期四,9,兰州理工大学计算机与通信学院,注 意：,函数依赖是语义范畴的概念，我们只能根据语义来确定函数依赖。例如在没有同名的情况下，,姓名年龄,是成立的，而在有同名的情况下，这个函数依赖就不成立了。,平凡函数依赖：,如果,X Y,，但,Y,不是,X,的子集，则称其为非平凡的函数依赖，否则称为平凡的函数依赖。,如,（学号，姓名）,姓名,是平凡的函数依赖,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,10,兰州理工大学计算机与通信学院,函数依赖可分为三类：,完全函数依赖，部分函数依赖和传递函数依赖,。,定 义：,在,R(U),中有,X,、,Y,U,，如果,XY,，并且对于,X,的任何一个真子集,X,，都有,Y,不函数依赖于,X,，则称,Y,对,X,是完全函数依赖的。,定 义：,在,R(U),中，如果,XY,，并且对于,X,的某个真子集,X,，有,XY,，则称,Y,对,X,部分函数依赖。,定 义：,在,R(U),中，如果,XY,（,Y,不包含于,X,，,X,不依赖于,Y,），且,YZ,，则称,Z,对,X,传递函数依赖。,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,11,兰州理工大学计算机与通信学院,例,1,：某单位有一资料室，它管理的数据有,读者信息、图书信息、借阅信息,。,读者信息,：,借书证号，读者姓名，性别，部门，学历，部门电话，个人电话，电子信箱等；,图书信息,：,图书编号，分类号，书名，作者，出版社，单价等；,借阅信息,：借书证号，图书编号，书名，借出日期，应还日期等。,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,12,兰州理工大学计算机与通信学院,函数依赖关系,（读者信息）,：,借书证号,读者姓名,借书证号,性别,借书证号,部门,借书证号,学历,部门,部门电话,借书证号,个人电话,借书证号,电子信箱,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,13,兰州理工大学计算机与通信学院,函数依赖关系,（图书信息）,：,图书编号,分类号,图书编号,书名,图书编号,作者,图书编号,出版社,图书编号,单价,函数依赖关系,（借阅信息）,：,图书编号,书名,借书证号、图书编号，借出日期,应还日期,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,14,兰州理工大学计算机与通信学院,多值依赖,函数依赖关系是一种关系模式内属性间较为明显的依赖关系，但是随着人们对关系模式的了解越来越深刻，发现尚有另外的一些依赖关系存在，多值依赖就是其中的一种。例如，有一个课程关系,COURSE,（如下表所示）。,课程名,CNAME,教师名,TEACH,选用参考书,BOOK,数据库原理,李勇,张明,王阳,数据库管理系统,数据库系统,数据结构,任学琴,李瑞,张文其,数据结构习题集,算法分析,数据结构上机指导,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,15,兰州理工大学计算机与通信学院,CNAME,TEACH,BOOK,数据库原理,李勇,数据库管理系统,数据库原理,李勇,数据库系统,数据库原理,张明,数据库管理系统,数据库原理,张明,数据库系统,数据库原理,王阳,数据库管理系统,数据库原理,王阳,数据库系统,数据结构,任学琴,数据结构习题集,数据结构,任学琴,算法分析,数据结构,任学琴,数据结构上机指导,数据结构,李瑞,数据结构习题集,数据结构,李瑞,算法分析,数据结构,李瑞,数据结构上机指导,数据结构,张文其,数据结构习题集,数据结构,张文其,算法分析,数据结构,张文其,数据结构上机指导,从这个关系中可以看出两点,:,(1),该关系的数据冗余很大。,(2),该关系的属性间有一种有别于函数依赖的依赖关系存在。,2007,年,4,月,19,日星期四,16,兰州理工大学计算机与通信学院,范式理论,1NF,：,任一属性不能同时具有多个值（,关系中每一分量不可再分。即不能以集合、序列等作为属性值,）。,2NF,：,属性必须完全依赖唯一标识符。,3NF,：,属性间不存在传递依赖。,BCNF,：,每一个决定因素都包含码。,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,17,兰州理工大学计算机与通信学院,例,2,：,R,(,学号，姓名，课程编号，课程名称，学分，成绩,),唯一标识符,(Key),：,(,学号，课程编号,),数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,不符合,2NF,依赖关系：,学号姓名，课程编号 课程名称，,课程编号学分，,(,学号，课程编号,),成绩,2007,年,4,月,19,日星期四,18,兰州理工大学计算机与通信学院,例,3,：,S,(,学号，姓名，性别，学院，院长,),。,唯一标识符,(Key),：,学号,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,不符合,3NF,依赖关系：,学号姓名，学号性别，学号学院，,学院院长,2007,年,4,月,19,日星期四,19,兰州理工大学计算机与通信学院,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,问题的解决办法：,拆分关系（表）,2007,年,4,月,19,日星期四,20,兰州理工大学计算机与通信学院,关于例,2,R(,学号,，姓名，,课程编号,，课程名称，学分，成绩,),R1(,学号,，,姓名,),R2(,课程编号,，,课程名称，学分,),R3(,学号,，,课程编号,，,成绩,),学号,姓名，课程编号,课程名称，课程编号,学分,(,学号，课程编号,),成绩,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,21,兰州理工大学计算机与通信学院,关于例,3,S(,学号,，姓名，性别，学院，院长,),S1(,学号,，姓名，性别，学院,),S2(,学院,，院长,),学号,姓名，学号,性别，学号,学院，学院,院长,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,22,兰州理工大学计算机与通信学院,例,4,：某部队拟建立干部档案，数据项有：,编号，姓名，现军衔，现任职务，入伍日期，最高学历，低级军衔及获得日期，曾担任职务及任命日期，所取得各学历及取得日期。,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,23,兰州理工大学计算机与通信学院,函数依赖关系：,编号,姓名，编号现军衔，编号现任职务，编号入伍日期，编号最高学历，编号之前军衔，,(,编号,低级军衔,),获得日期，编号曾担任职务，,(,编号,曾担任职务,),任命日期，编号各学历，,(,编号,各学历,),取得日期,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,24,兰州理工大学计算机与通信学院,表,1,（,编号,，姓名，现军衔，现任职务，入伍日期，最高学历）,表,2,（,编号,，,低级军衔,，获得日期）,表,3,（,编号,，,曾担任职务,，任命日期）,表,4,（,编号,，,学历,，取得日期）。,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,25,兰州理工大学计算机与通信学院,规范化步骤,2NF 3NF,BCNF 4NF,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,规范化的目的就是构造合适的关系模式。,2007,年,4,月,19,日星期四,26,兰州理工大学计算机与通信学院,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,范式之间的关系,定 理,:,3NF,2,NF,。,反证：若,R,3NF,，但,R,2,NF,，则按,2NF,定义，一定有非主属性部分依赖于码；,设,X,为,R,的码，则存在,X,的真子集,S,，以及非主属性,Z,（其中,S,不包含于,Z,），,使得,S,Z,成立；,于是在,R,中存在码,X,，属性组,S,，以及非主属性,Z,，使得,X,S,，,S,Z,成立，进而有,S,X,成立；,这与,R,3NF,矛盾，所以,R,2,NF,。,2007,年,4,月,19,日星期四,27,兰州理工大学计算机与通信学院,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,定 理：,关系模式,R(U),若满足,BCNF,，则必定满足,3NF,。,证明略，请大家看参考书。,2007,年,4,月,19,日星期四,28,兰州理工大学计算机与通信学院,模式分解中的问题,实例,表（职工，级别，工资）可以有两种分解途径，,分解一：（职工，工资），（工资，级别）,姓名,级别,工资,赵,4,500,钱,5,600,孙,6,700,李,7,600,姓名,工资,赵,500,钱,600,孙,700,李,600,级别,工资,4,500,5,600,6,700,7,600,丢失函,数依赖,分解二：（职工，级别），（工资，级别）,不同行业机构的不同工资级别会有相同工资数额。按分解一，有可能导致同一职工对应不同的工资级别，从而丢失了有关职工工资级别的信息（,丢失了函数依赖：职工,级别,）,。,2007,年,4,月,19,日星期四,29,兰州理工大学计算机与通信学院,R(A,B,C),A,B,C,1,1,2,2,2,1,A,B,1,1,2,2,B,C,1,2,2,1,A,B,C,1,1,2,2,2,1,AB,(R),BC,(R),AB,(R),BC,(R),R(A,B,C),A,B,C,1,1,1,2,1,2,A,B,1,1,2,1,B,C,1,1,1,2,A,B,C,1,1,1,1,1,2,2,1,1,2,1,2,AB,(R),BC,(R),AB,(R),BC,(R),有损分解,无损分解,2007,年,4,月,19,日星期四,30,兰州理工大学计算机与通信学院,将,R,分解为,R1,和,R2,的分解是无损连接分解的条件是，,R1R2 R1,，或,R1R2 R2,。,如果有,R,上的,函数依赖,X Y,成立，且,X Y,是空,集，则分解,R,Y,和,X Y,是无损连接分解。,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,31,兰州理工大学计算机与通信学院,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,判定一个分解是否为依赖保持分解的算法比较复杂。请看参考文献。,2007,年,4,月,19,日星期四,32,兰州理工大学计算机与通信学院,设计目标,：,无损连接、保持依赖、,x,NF,无损连接是分解的一个必要条件。,BCNF,不一定能保持依赖，但,3NF,可以保证分解是保持依赖的。,因此，在工程中一般分解到,3NF,。,此外，有时需要对表进行水平分解。,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,33,兰州理工大学计算机与通信学院,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,小结,规范化理论为数据库设计提供了理论和方法。但是，客观世界是复杂的，在构造模式时尚需考虑到其他的多种因素。在实际应用中，必须结合应用环境和现实世界的具体情况，合理地选择数据库模式。,2007,年,4,月,19,日星期四,34,兰州理工大学计算机与通信学院,谢谢,!,数据库原理与应用,P,rinciple and,A,pplication of,D,ataBase,2007,年,4,月,19,日星期四,35,兰州理工大学计算机与通信学院,