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关系数据理论

关系数据理论. 要点. 关系规范化理论研究背景 数据依赖 规范化 (Normalization) 理论 1NF 、 2NF 、 3NF 、 BCNF 、 4NF 等范式 关系模式规范化的必要性及方法. 5.1 问题的提出. 问题提出： 针对一个具体问题，如何构造 合适的 ( 更好的 ) 数据模式，即如何更好地设计数据的逻辑结构？ 关系数据理论的研究背景 关系模型建立在严格的数据理论基础上，并可向别的数据模型转换，因此常以关系模型为背景来讨论这个问题. 背景知识. 数据模式 (schema)

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Presentation Transcript

  1. 关系数据理论

  2. 要点 • 关系规范化理论研究背景 • 数据依赖 • 规范化(Normalization)理论 • 1NF、2NF、3NF、BCNF、4NF等范式 • 关系模式规范化的必要性及方法

  3. 5.1 问题的提出 • 问题提出： • 针对一个具体问题，如何构造合适的(更好的)数据模式，即如何更好地设计数据的逻辑结构？ • 关系数据理论的研究背景 • 关系模型建立在严格的数据理论基础上，并可向别的数据模型转换，因此常以关系模型为背景来讨论这个问题

  4. 背景知识 • 数据模式(schema) • 数据库中全体数据的逻辑结构和特征描述，如数据记录的构成，数据间的联系，安全性、完整性要求等。常以某一种数据模型为基础 • 关系模型的形式化定义：R(U,D,dom,F)，本章简化为R(U, F) • 关系模型R的一个关系r：U上的一个关系r满足F 一组数据依赖 属性组

  5. 一个例子：学生-课程-成绩管理 • 客观存在的事实 • 一个系有若干学生，但一个学生只属于一个系；一个系只有一名负责人；一个学生可以选修多门课程，每门课程有若干学生选修；每个学生学习每一门课程有一个成绩 • 设计如下单个模式 • 属性组U = {学号SNO,系名SDEPT,系负责人MN,课程名CNAME,成绩G} • 数据依赖 • 该模式存在的问题？怎么改善这个模式？

  6. SNO CNAME G MN SDEPT 问题和改进 • 该模式存在的问题 • 插入异常：一个系无学生或未安排课程时，无法存入系与负责人删除异常：删除一个系的所有学生信息时，系与负责人也丢失 • 冗余太大：负责人姓名重复存入 • 更新异常：当某系负责人更换时，须更新该系所有学生信息中的信息，更新不完全时，易造成数据不一致 • 原因：数据依赖存在一些不合适的性质，需寻找更好的模式，如 S(SNO, SDEPT, ) SG(SNO, CNAME, G, ) DEPT(SDEPT, MN, )

  7. 5.2 规范化 • 意图 • 讨论一个关系属性间不同的依赖情况 • 讨论如何根据属性间依赖关系来判定关系是否有某些不合适的性质 • 数据依赖概念 • 反映客观世界数据间的相互关联 • 通过一个关系中属性间值的相等与否来体现 • 两种重要的数据依赖 • 函数依赖(Functional Dependency, FD) • 多值依赖(Multivalued Dependency, MVD)

  8. 5.2.1 函数依赖 • 定义1 • 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，记作 • 术语和记号 • ，但 ，则称 是非平凡的函数依赖 • ，但 ，则称 是平凡的函数依赖 • 若 ，则X叫做决定因素 • 若 ， ，则记作 • 若Y不函数依赖于X，则记作

  9. 对函数依赖的说明 • 换句话说：任何时候若某一关系中的两个元组中的X属性组的值相等，则元组中对应的属性组Y的值也相等，类似于函数概念，Y = f(X) • 需要指出的是：关系R中，如果属性组X是一个候选码或码，则属性组Y一定函数依赖于X（这与候选码的定义一致） • 事实上：如果关系R上有函数依赖XY，而属性X不是一个候选码，则R中可能存在一些数据冗余 • 例如：R(Sno, Sdept, MN, Cname, Grade)中有函数依赖Sdept->MN，而Sdept并不是候选码，表中数据有大量冗余出现

  10. F P 函数依赖 • 定义2 • 在R(U)中，如果 ，并且对于X的任何一个真子集X’, 都有 ，则称Y对X完全函数依赖，记作 • 若 ，但Y不完全函数依赖于X，则称Y对X部分函数依赖，记作 • 定义3 • 在R(U)中，如果 ，( ) ， ， ， • 则称Z对X传递函数依赖，记作 传递

  11. F 5.2.2 码 用函数依赖的概念来定义码 • 定义4 • 设K为R(U,F)中的属性或属性组合，若 则K为R的候选码(Candidate Key)。 • 若候选码多于一个，则选定其中的一个为主码(Primary Key) • 相关术语 • 包含在任何一个候选码中的属性，叫做主属性 • 不包含在任何码中的属性，叫做非主属性 • 整个属性组是码，称为全码

  12. 码 • 定义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)，也称为外码 ★ 主码与外码提供了一个表示关系间联系的手段 SC(Sno,Cno,Grade) Studen(Sno,Sname,….) Course(Cno, Cname,….)

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