http://online.hhu.edu.cn/jpkc/POD/N3/%BD%B2%CA%DA%CC%E1%B8%D9/LO-C10-%CA%FD%BE%DD%D2%C0%C0%B5%D3%EB%B9%D8%CF%B5%C4%A3%CA%BD%B9%E6%B7%B6%BB%AF.htm10.1
关系设计方法学概述
一、 | 何谓数据库的安全 |
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| DB主要用于支持数据密集型应用(Data Intensive Applications)
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| 数据密集型应用的核心问题是: DB设计
| | DB设计 ----结构方面:
目标 :设计一个“好的”(Good)关系模式。But, What is a good relational schema? |
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二、 | “不好的”(Bad)关系模式:问题 & 原因 |
| 考察关系模式:R(SNO, CNO, G, TEACHER, DEPT),其一个实例是:
| 问题 : | |
| 冗余(Redundancy):
| | 重 复多次:“C01”课的教师是“张乐” ;“张乐”是“计算机”系的教师. |
| 异常(Anomalies):
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| 更新异常(Update Anomalies) : | | “张乐”调到“土木”系,而只改了其中一个元组的值,出现数据不一致。
“M03”课的教师换成“杨萍”, 而只改了其中一个元组的值,出现数据不一致。 |
| 删除异常(Delete Anomalies) : | | “C01”课不开了,需删除前三个元组,“张乐”是“计算机”系的教师的信息也随着被删除。 |
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| 原因:
| | 关系模式中数据的“语义”不单纯。
在此,“语义”专指问题空间中固有的、相对稳定的数据依赖 (DD)关系。
e.g. 函数依赖 (Functional Dependency,FD):一个/组属性X的值是否决定另一个/组属性Y的值。
多值函数依赖 (Multivalued Dependency,MVD);
连接依赖 (Join Dependency,JD)。
对以上模式R,有以下三个函数依赖:
1. SNO,CNO→G
2. CNO→T
3. T→DEPT
相应的表示了三个事实,为何不用三个模式呢?
1. R1(SNO,CNO,G)
2. R2(CNO,T)
3. R3(T,DEPT)
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三、 | 如何设计“好的”关系模式:规范化, 模式分解 & 范式 |
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| 规范化(Normalization) :
| | 将一个关系模式按“语义单纯化”的原则进行合理的分解----称模式分解(Decomposition) ,以最终达到
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| 模式分解的条件 / 准则 : | | ― 起码 :分解是无损的(Lossless) :分解前后要等价,即对任何相同的查询总是产生相同的结果。(可通过“连接”分解后的诸关系重构原关系)。
― 理想 :分解是保持依赖的(Preserving Dependencies) : 这需进一步论述。 |
| 范式(Normal Form) :
| | 规范化(即模式分解)程度的一种测度。
一个关系模式R达到x范式的程度称:R is in xNF, 记为:R∈xNF;否则,称:R violates xNF condition, 记为:R
xNF。
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四、 | 权衡:规范化 & 性能 |
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| 规范化程度并非越高越好 :
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| 程度 : | | 一般到BCNF/3NF已足够。
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| 策略 : | |
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一、 | 函数依赖
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| [定义]
| 函数依赖 / 决定子(Determinant)
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| 分裂/合并规则(The Splitting/Combining Rule) :
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[定义]
| 平凡依赖 / 非平凡依赖 / 完全非平凡依赖
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| 平凡依赖规则(The Trivial-dependency Rule) : | |
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[定义]
| 传递依赖
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| 传递规则(The Transitive Rule) : | |
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[定义]
| 完全依赖 / 部分依赖
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二、 | 范式
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| [定义]
| 1NF
| | 设有一个关系模式R,若R的任一关系实例r中的属性值均是原子数据,则称R属于1NF,记为R∈1NF。[注]
| 1NF条件是传统关系数据库系统的基本要求,目前大多数RDBMS均要求如此。 |
| 突破这一条件称非第一范式(non-first normal form, NF2)条件。 |
| E/R中的非原子属性在转化为关系时要这样处理:对集合属性:纵向展开; 对元组属性:横向展开。 |
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[定义]
| 2NF
| | 设有一个关系模式R∈1NF,若R的每个非主属性均完全函数依赖于键,则称R属于2NF,记为R∈2NF。[注]
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[定义]
| 3NF
| | 设有一个关系模式R∈1NF,
若R的任一非平凡函数依赖X
A满足下列两个条件之一:
(1) X是超键, (2)A是主属性,
则称R属于3NF,记为R∈3NF。 [注]
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[定义]
| BCNF
| | 设有一个关系模式R∈1NF,
若R的任一非平凡函数依赖X
A满足下列条件:
决定子X必是超键,
则称R属于BCNF,记为R∈BCNF。[注]
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| BCNF消除了(非主/主)属性对键的部分依赖和传递依赖。
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| 关系模式达到BCNF后,在函数依赖范畴内已彻底规范化了,并消除了冗余和异常。
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| 任何全键关系模式必属于BCNF。
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| 任何两属性关系模式必属于BCNF。
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| 关系模式无损分解成BCNF的策略(启发式算法) :
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| [例]
| M(title, year, length, color, star, star-gender, star-add, studio, studio-add, studio-class) | |
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待续
[定义]
| 逻辑蕴涵
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[定义]
| F的闭包(Closure)F+
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| Armstrom公理(Armstrong’s axioms): 三条基本推理规则
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| F+ 可由Armstrong公理从F导出。
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[定义]
| 关系模式R的一个分解 / 关系r在Ui 上的投影 / 函数依赖集F在Ui 上的投影
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[定义]
| 无损分解(lossless decomposition)
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[定义]
| 保持依赖分解(preserve-dependency decomposition)
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| 分解的条件 / 准则:
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| 无损分解 ------起码 :决定能否分解;
保持依赖分解 ------理想 :决定分解的好坏。
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| 结论:
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| 总有将一个关系模式分解成3NF 的无损、且保持依赖 的分解。
总有将一个关系模式分解成BCNF (甚至4NF )的无损 的分解。
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[附]
| Properties of Normal Forms and Their Decompositions:
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Source: J.D.Ullman, A First Course in Database Systems. Prentice Hall, 1997. Page 164.
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[定理]
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Source: 萨师煊,数据库系统概论(第二版)。高教,1991。Page 178。
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[定理]
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Source: 王能斌,数据库系统。电子工业,1995。Page 396。
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