中国科学技术大学：《数据库基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 关系数据库设计理论

第四章关系数据库设计理论 4.1数据依赖 4.2范式 4.3关系模式的规范化

第四章关系数据库设计理论 4.1 数据依赖 4.2 范式 4.3 关系模式的规范化

4.1数据依赖 4.1.1关系模式中的数据依赖 -完整的关系模式的描述：R(U,D,DOM,F) ●R关系名 ●U属性组 ●D是U的取值范围，是域的集合 ●DOM是属性向域映象的集合 ●F是属性间数据的依赖关系集合 一关系模式是静态的、稳定的；关系是动态的，不同时 刻关系模式中的关系可能不同，但关系都必须满足关 系模式中数据依赖关系集合F指定的完整性约束 影响数据库模式设计的主要是U和F,所以一般关系 模式简化为：R(U,F)

4.1 数据依赖 4.1.1 关系模式中的数据依赖 – 完整的关系模式的描述：R(U，D，DOM，F) ⚫R关系名 ⚫U属性组 ⚫D是U的取值范围，是域的集合 ⚫DOM是属性向域映象的集合 ⚫F是属性间数据的依赖关系集合 – 关系模式是静态的、稳定的；关系是动态的，不同时 刻关系模式中的关系可能不同，但关系都必须满足关 系模式中数据依赖关系集合F指定的完整性约束 – 影响数据库模式设计的主要是U和F，所以一般关系 模式简化为：R（U， F）

4.1.2数据依赖对关系模式的影响 ●数据依赖有： 一函数依赖、多值依赖和连接依赖 口一个关系模式示例 U={Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade} F={Sno->Sdept,Sdept->Mname,(Sno,Cname)->Grade) ●该关系模式存在如下问题 数据冗余太大：系主任名字重复出现，和所有学生 的所有课程成绩次数一样 更新异常：更换系主任必须修改每一个学生信息 插入异常：刚成立的系如果还没有招生就无法存储 系主任信息 -删除异常：某个系的学生全部毕业删除时会丢失系 主任信息

4.1.2 数据依赖对关系模式的影响 ⚫ 数据依赖有: – 函数依赖、多值依赖和连接依赖 ❑一个关系模式示例 U＝{Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade} F＝{Sno->Sdept, Sdept->Mname, (Sno,Cname)->Grade} ⚫ 该关系模式存在如下问题 : –数据冗余太大：系主任名字重复出现，和所有学生 的所有课程成绩次数一样 –更新异常：更换系主任必须修改每一个学生信息 –插入异常：刚成立的系如果还没有招生就无法存储 系主任信息 –删除异常：某个系的学生全部毕业删除时会丢失系 主任信息

4.1.3相关概念 >函数依赖 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w,V,使得wX]=vX]而 w[Y]◇v[Y],称X函数决定Y,或Y函数依赖于X, 记X->Y >平凡的和非平凡的函数依赖 关系模式R(U),X和Y是U的子集，如果X->Y, 且YX,则称X->Y是非平凡的函数依赖，否则称 平凡的函数依赖，我们讨论的都是非平凡的函数依 赖

4.1.3 相关概念 ➢ 函数依赖 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w，v，使得w[X]=v[X]而 w[Y]<>v[Y]，称X函数决定Y，或Y函数依赖于X， 记X->Y ➢ 平凡的和非平凡的函数依赖 关系模式R（U）， X和Y是U的子集，如果X->Y， 且YX，则称X->Y是非平凡的函数依赖，否则称 平凡的函数依赖，我们讨论的都是非平凡的函数依 赖

·完全函数依赖和部分函数依赖 关系模式R(U),如果XY,且对于任意的X的真子 集X都有X十Y,则称Y完全函数依赖于X,记XY。 反之则Y不完全依赖于X,称Y部分依赖于X,记XPY ●传递函数依赖 关系模式R(U),如果X一>Y,Y一>Z,且Y十+X,则 称Z传递函数依赖于X,记X,Z ●码的重新定义 关系模式R(U,F),K为属性组合，若KEU,则K是 个候选码

⚫ 完全函数依赖和部分函数依赖 关系模式R（U），如果X Y，且对于任意的X的真子 集X’都有X’ \ Y，则称Y完全函数依赖于X，记X f Y。 反之则Y不完全依赖于X,称Y部分依赖于X，记X P Y ⚫ 传递函数依赖 关系模式R（U），如果X－>Y，Y－>Z，且Y \ X，则 称Z传递函数依赖于X，记X t Z ⚫ 码的重新定义 关系模式R（U,F），K为属性组合，若K f U，则K是一 个候选码

4.2范式 ●范式定义 数据依赖满足某种条件级别的关系模式的集合 。日前共6种范式： INF-2NF-3NF-BCNF-4NF-5NF

4.2 范式 ⚫ 范式定义 数据依赖满足某种条件级别的关系模式的集合 ⚫ 目前共6种范式: 1NF2NF3NFBCNF4NF5NF

4.2.1第一范式(1NF) ●INF定义 -如果一个关系模式R的所有属性都是原子的，即不可 再分的基本数据项，则R∈INF 例：SCL(S#,SN,SA,CLS,MON,C#,CN,CRD,GR) 属于1NF它有以下问题： ·数据冗余大，如MON,CRD等 ·插入异常，当无课程时学生信息无法插入 删除异常，当某个学生的选课信息全部删除时无法 保留学生基本信息

4.2.1 第一范式（1NF） ⚫ 1NF定义 –如果一个关系模式R的所有属性都是原子的，即不可 再分的基本数据项，则R1NF 例：SCL(S＃, SN, SA, CLS, MON, C＃, CN, CRD, GR) 属于1NF它有以下问题: ▪ 数据冗余大，如MON，CRD等 ▪ 插入异常，当无课程时学生信息无法插入 ▪ 删除异常，当某个学生的选课信息全部删除时无法 保留学生基本信息

SCL存在的函数依赖关系 (S#,C#)fGR (S#,C#)P→SN S#f+SN (S#,C#)-PSA S# f+SA (S#,C#)P→CLSS#fCLS (S#,C#)P→CNC# fCN (S#,C#)P→CRDC#ECRD CLS→MONS#t,MON

SCL存在的函数依赖关系 (S#,C#) f GR (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

4.2.2第二范式(2NF) ●2NF定义 -如果一个关系模式R∈INF,并且每一非主属性都完全 依赖于R的码，则R∈2NF。 -显然码只包含一个属性的R如果是1NF,则必是2NF 例：SL(S#,SN,SA,CLS,MON)C(C#,CN,CRD) SC(S#,C#,GR)都属于2NF 存在问题： -数据冗余大，如MON 一插入异常，无学生信息无法插入班长信息 删除异常，当学生的信息删除无法保存班长

4.2.2 第二范式（2NF） ⚫ 2NF定义 – 如果一个关系模式R1NF，并且每一非主属性都完全 依赖于R的码，则R2NF。 – 显然码只包含一个属性的R如果是1NF，则必是2NF 例：S_L(S#,SN,SA,CLS,MON) C(C#,CN,CRD) S_C(S#,C#,GR)都属于2NF 存在问题： – 数据冗余大，如MON – 插入异常，无学生信息无法插入班长信息 – 删除异常，当学生的信息删除无法保存班长

函数依赖关系： S#fSA S#fCLS S#-f+SN CLS→MONS#t+MON C#f+CN C#CRD (S#,C#)￡→GR

函数依赖关系： S# f SA S# f CLS S# f SN CLS MON S# t MON C# f CN C# f CRD (S#,C#) f GR