数据库幻灯片

转换过程示意图,E-R图,关系模型,DBMS,上讲复习：,关系代数,传统的集合操作 关系代数 专门的关系操作,软件公司商品表,编号 软件名称 盘数 单价 开发单位 0001 KV3000 7 100.00 金山公司 0002 金山词霸 5 28.00 金山公司 0003 金山快译 2 28.00 金山公司 0004 虚拟人生 1 38.00 清华大学 0005 教学软件 9 300.00 清华大学 0006 超级解霸 6 38.00 清华大学,选择和投影举例,设有关系数据库，它由三个关系 组成，它们的模式是： S（S#，SN，SD，SA） 学号 姓名 系名 年龄 C（C#，CN，PC#） 课程号 课程名 先修课程号 SC（S#，C#，G） 成绩 1.检索先修课程号为001的课程号 C# ( PC#=“001”(C),选择、投影和连接举例,2.检索课程号为001，成绩为A的所有学生姓名 SN ( C#=“001”G=“A”(SC) × S) 3.检索姓名为王辉的学生修读的所有课程名及先修课程号 CN, PC#( SN=“王辉“ (S) × SC × C) 4.检索至少修读课程号为学生李枚所修的一门课的学生姓名, SN ( ( S# ( C# ( SN=“李枚“ (S) × SC ) × SC) × S),设有关系数据库，它由三个关系组成，它们的模式是： 病区(病区号,名称,所在位置,病房号,医生姓名) 医生(医生职编,医生姓名,年龄,职称,管辖病房号) 病人(病人编号,病人姓名,患何病科,病房号) 请用关系代数语言作如下查询： 1) 找出外科病区的所有医生姓名； 2) 找出管辖13号病房的医生所在病区； 3) 找出管辖病员李维德的医生姓名； 4) 找出内科病区患冠心病病人的姓名。,作业：,6. 关系数据库设计理论,数据库设计是建立数据库应用系统的核心问题。设计的关键是如何使设计的数据库能合理地存储用户的数据，方便用户进行数据处理。 1) 数据库设计中的问题 2) 函数依赖 3) 关系模式的规范化,1) 数据库设计中的问题,开发一个具体的数据库应用系统的核心问题是设计数据库结构。 如何根据设计的对象去构造一个好的关系数据库结构？ 每个关系由哪些属性组成？ 好坏如何评价？,例如,某学校要建立一个学生管理数据库， 有如下属性： 学号，系名，系主任，成绩，课程 可以组成一个关系名为UN的关系模式： UN(学号，课程，成绩，系名，系主任) 一个系有若干学生，但一个学生只属于一个系； 一个系只有一名系主任； 一个学生可以选修多门课程，每门课程可有若干学生选修； 每个学生学习每门课程有一个成绩。,学号 课程 成绩 系名 系主任 9914001 C语言 85 管理系 张盟 9914001 数据库 90 管理系 张盟 9914001 管理信息系统 88 管理系 张盟 9914002 C语言 70 管理系 张盟 9914002 数据库 75 管理系 张盟 9914002 管理信息系统 80 管理系 张盟 9909011 C语言 83 计算机系 王宏 9909011 数据库 95 计算机系 王宏 9909011 软件工程 76 计算机系 王宏 9909021 C语言 77 计算机系 王宏 9909021 数据结构 90 计算机系 王宏 9909021 软件工程 85 计算机系 王宏,数据冗余 每个系主任的姓名和系名与该系每个学生所选修的每一门课程的成绩出现的次数一样多，将造成存储空间的浪费和维护代价太高。 例如：该系有100名学生，每个学生平均选30门课，则该系名和系主任名要重复100*30=3000次。 数据重复存放造成空间浪费称为“数据冗余” 修改异常 修改过程中的疏忽会造成数据的不一致性，从而破坏了数据的完整性，这称为“修改异常”,插入异常 实体完整性要求：主键的特性不能为空或部分为空。若为空，则元组不能存入数据库中，否则就会因为失去标识而使关系中存在相同的元组。 例如：如果一个系刚成立，尚无学生，或者有了学生但还未选课，就无法将该系的系名和系主任插入到数据库中。 删除异常 例如：若某个系的学生全部毕业了，在删除该系学生及其选课信息的同时，会把系名和系主任的信息同时删除。,问题的解决办法,因为关系中属性之间存在不好的联系。若将上例关系模式分解为SD、DM、SG三个关系模式，可以解决上述问题。 SD(学号，系名) DM(系名，系主任) SG(学号，课程，成绩) 用几个简单的关系去取代原来结构复杂的关系，这种分解过程叫关系的规范化。,学号 课程 成绩 9914001 C语言 85 9914001 数据库 90 9914001 管理信息系统 88 9914002 C语言 70 9914002 数据库 75 9914002 管理信息系统 80 9909011 C语言 83 9909011 数据库 95 9909011 软件工程 76 9909021 C语言 77 9909021 数据结构 90 9909021 软件工程 85,SG,学号 系名 9914001 管理系 9914002 管理系 9909011 计算机系 9909021 计算机系,SD,系名 系主任 管理系 张盟 计算机系 王宏,DM,2) 函数依赖 (Functional DependencyFD),在信息世界中，在实体内部属性值之间存在着相互依赖，相互制约的联系。对于属性值之间的这种联系，称为数据依赖。 最重要的数据依赖有两种：函数依赖和多值依赖。 例如：关系S(学号,姓名,年龄,性别)，当学号确定后，其姓名，年龄和性别的属性值也就随之确定，因此称“学号”为决定因素， “学号”函数决定了姓名，年龄和性别属性的内容，而姓名，年龄和性别属性函数依赖 “学号”，记为： 学号 （姓名，年龄，性别）,(定义),假设有一关系R，R中有若干个属性，R中的关系键(一个或多个属性组成)用X代表，用Y来代表除X之外其他任意的属性或属性组，即Y代表的属性不包括在X中，那么该关系记为R(X,Y)。 如果X是由多个属性组成，则用X'代表组成关系键的属性值中任意的属性。 当X函数决定Y(或Y函数依赖X)，记作XY； 当X函数不决定Y(或Y不函数依赖X)，记作XY；,完全函数依赖(完全FD),(定义) 若XY， XY，则X Y 其中， 表示完全函数依赖 例如：关系SG(学号,课程,成绩)中， 学号 成绩 课程 成绩 (学号,课程) 成绩,部分函数依赖(部分FD),(定义) 若XY， 一个X'， Y' ，X'Y'，则X Y 其中， 表示部分函数依赖 例如：UN(学号，课程，成绩，系名，系主任) 学号 系名 (学号,课程) 系名,传递函数依赖(传递FD),(定义) Y1,Y2Y，若XY1， Y1Y2，但Y2X， 则X Y2 ，其中， 表示传递函数依赖 例如：G(工号,姓名,工种,定额) 工号 姓名,工种 工种 定额 而定额工号 工号 定额,3) 关系模式的规范化,范式(Normal FormNF) 1NF (定义)若关系模式R的每一个分量是不可再分的数据项，即称R满足第一范式。记为R1NF 一般将满足第一范式的关系称为规范化关系。 不满足1NF的关系只要去掉组项，将其分成数个属性即可。,第一规范式：如果一个关系模式中的属性都是单纯的 （即不可再分为更小的属性），则称该 模式是属于第一规范式（First Normal Form , 即 1NF ）。,2NF,(定义)若关系模式R1NF，而且每个非主属性完全函数依赖于关系键，则称R满足第二范式。记为R2NF 即R中不存在非主属性对关系键的部分函数依赖。 例如： R(职工编号,姓名,设备编号,设备名,熟练程度) 职工编号姓名 设备编号设备名 (职工编号,设备编号) 熟练程度 (职工编号,设备编号) 姓名 (职工编号,设备编号) 设备名 非主属性“姓名”和“设备名”部分函数依赖关系键 R2NF,第二规范式：如果一个关系模式属于1NF，并且所有 的非关键字都完全地依赖于关键字（即 不存在部分依赖），则称该关系模式属 于第二规范式, 即 2NF 。,例如： UN(学号，课程，成绩，系名，系主任) 学号 系名 系名系主任 (学号,课程) 成绩 (学号,课程) 系名 即非主属性“系名”部分函数依赖关系键 UN2NF 当1NF的关系消除了非主属性对关系键的部分函数依赖，即可成为满足2NF的关系。 当R2NF，插入异常、删除异常和修改复杂的问题会有所改善。,(定义)若关系模式R2NF，而且在R中不存在对关系键的传递函数依赖，则称R满足第三范式。记为R3NF 例如：G(工号,姓名,工种,定额) 工号 姓名,工种 工种 定额 而定额 工号 工号 定额 G3NF 满足3NF的关系中的所有属性不但要能够唯一地被主关系键所标识，而且它们之间还必须相互独立，不存在部分函数依赖和传递函数依赖。 3NF关系可以从满足2NF的关系中消除非主属性对关系键的传递函数依赖后获得。 当R3NF，插入异常、删除异常和修改复杂等问题可以得到有效解决。,3NF,第三规范式：如果一个关系模式属于2NF，并且不存 在非关键字传递地依赖于关键字，则称 该关系模式属于第三规范式（3NF）。,规范化程度越高,数据冗余,更新异常,连接运算时间,查询时间,效率,规范化和模式分解,规范化 (定义)把一个低一级范式的关系模式转换为若干个高一级范式的关系模式的过程叫做规范化。 模式分解 把一个关系模式分解为n个关系模式，称为关系模式的分解。 例如：求关系UN(学号，课程，成绩，系名，系主任)的范式等级，同时分解使之达到3NF。 UN(学号，课程，成绩，系名，系主任),分析A： 各属性都是不可分的数据项 存在部分函数依赖， 例如(学号,课程) 系名 结论A： UN1NF ，UN 2NF 解决A：采用投影运算使UN由1NF规范化为2NF。即将 UN中属性间的部分函数依赖分解为SG和SDM。 SG(学号,课程,成绩) SDM(学号,系名,系主任) 分析B： SG不存在部分函数依赖和传递函数依赖。 SDM不存在部分函数依赖，但存在传递函数依赖，学号系名，系名学号，系名系主任 结论B：SG 3NF ，SDM 3NF,SDM 3NF带来的问题： 系主任仍要重复存储，若要更换 系主任，仍需要修改较多的记录 当某系没有招生或学生全部毕业，系主任和系名信息将丢失，所以仍有插入、删除和修改异常 解决B：将SDM分解成SD和DM。 SD(学号，系名) DM(系名，系主任) 最终结论： SG 3NF， SD 3NF， DM 3NF SG ， SD ， DM均用一个关系模式表示单个实体，即选课实体，学生实体和系实体。,关系模式规范化过程就是用一组小关系框架等价地代替原有框架的过程。这一过程可用如下流程图表示： 非规范化关系