数据库设计理论幻灯片.ppt

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1、数据库设计理论第1页，共107页，编辑于2022年，星期六友情提醒o15周/16周周五均有实验，请按时参加第2页，共107页，编辑于2022年，星期六outlineo关系模式可能存在的问题o异常原因分析o函数依赖o关系模式的规范形式o规范化步骤o模式分解及其指标第3页，共107页，编辑于2022年，星期六关系模式中可能存在的异常o示例oStudent(Sid,Sname,DName,DDirector,Cid,Cname,CScore)o其数据语义：n系和学生1：nn系和系主任1：1n学生与课程n:mn因此，主键（Sid，Cid）o可能异常n插入异常（插不进；插1个，却要求插多个）n删除异常（

2、删除时，删了其他信息；删除一个元组，却删除多个）n冗余（多次存储）n更新异常（修改一个，却要修改多个）第4页，共107页，编辑于2022年，星期六异常存在原因o数据依赖是实体属性间相互关系的语义决定的。函数依赖、多值依赖、连接依赖。o根源：属性间存在这些依赖关系o解决方法：分解；每个关系模式表达的概念单一，属性间的数据依赖关系单纯化，从而消除异常。o研究函数依赖是解决上述问题的重要课题第5页，共107页，编辑于2022年，星期六函数依赖o函数依赖，决定子（决定属性），依赖属性；部分依赖，传递依赖；平凡依赖oArmstrong公理系统；逻辑蕴含，函数依赖集的闭包；自反律；增广律；传递律；合并规则

3、；伪传递规则；分解规则；自含规则；第6页，共107页，编辑于2022年，星期六关系模式的规范形式o范式：关系模式的规范形式o规范化：关系模式的规范化过程。一般采用分解的办法，将低级的范式向高级范式转化，使关系的语义单纯化。o1nf，2NF，3NF,BCNF,4NF,5NFo1NF消除其中的部分函数依赖为2NF。即每个非键属性完全函数依赖于R的键。o是2NF，且任何一个非键属性不传递依赖任何候选键，为3NFo3NF消除主属性对键的部分和传递依赖为BCNFo函数依赖的范畴内，BCNF达到最高级别第7页，共107页，编辑于2022年，星期六函数依赖进一步讨论o自变量、应变量o函数依赖是具有时间独立性

4、的，即对关系变量所有合法值均成立o如果关系变量R满足A-B,而A不是候选码，则R中一定存在冗余第8页，共107页，编辑于2022年，星期六依赖集的闭包o函数依赖集S所蕴含的函数依赖的全体称为依赖集S的闭包，记作S+oArmstrong公理(定义直接证明)n自反律(reflexivity)，如果B是A的子集，则A-Bn增广律(augmentation),A-B,则AC-BCn传递律transitivity):A-B,B-C,则A-Co应用以上规则，推出其他规则n自含规则(self-determination):A-An分解规则（decomposition）：A-BC,则A-b,A-Cn合并规则（

5、union）:A-B,A-C,则A-BCn复合规则(composition)：A-B,C-D,则AC-BD第9页，共107页，编辑于2022年，星期六举例oR(A,B,C,D,E,F),A-BC,B-E,CD-EFo证明：AD-Fo思路上，有2种方法可以采用，一是证明F属于AD的F下加闭包，一是根据Armstrong公理证明。第10页，共107页，编辑于2022年，星期六属性集的闭包o原则上讲，反复使用以上规则，指导不在产生新的函数依赖为止，就可以计算函数依赖集的闭包-效率低，不可用o算法给定属性集Z，以及依赖集S，确定R中依赖Z的属性集oClosureZ,S:=Z；oDo forever;o

6、 for each FD X-Y in So doo if X belong in ClosureZ,So then ClosureZ,S:=ClosureZ,S union Yo endo if ClosureZ,S did not change on this iterationo then leave loopoEnd;第11页，共107页，编辑于2022年，星期六例子oR(A,B,C,D,E,F),A-BC,E-CF,B-E,CD-EFo计算A,B关于S的闭包o答案：A,B,C,D,E,Fo重要结论：可以方便判断函数依赖X-Y是否可以从S导出。Y属于X的闭包时，是属于的o超码判断，当最

7、小时，候选码的选择第12页，共107页，编辑于2022年，星期六最小函数依赖集o蕴含、覆盖，等价的概念o最小函数依赖集n每个函数依赖的右边只有一个属性n每个函数依赖的左边是不可约的n删除S中任何一个依赖都将改变其闭包o计算最小函数依赖集的算法第13页，共107页，编辑于2022年，星期六例子oR(A,B,C,D),A-BC,B-C,A-B,AB-C,AC-Do右边写成单属性的函数依赖o观察左边，是否可以约间，o删除冗余的依赖o答案：A-B，B-C，A-D第14页，共107页，编辑于2022年，星期六关系数据理论的轮廓o问题提出n是数据库设计的要求。这里的数据库设计更多强调的是逻辑设计，并不是说

8、物理设计不重要，相反，是相当重要的。但物理设计依赖与特定的RDBMS，而逻辑设计独立与RDBMS，并有成型的理论，再者，物理设计可以成为独立的阶段。nRecall：数据库设计：概念设计使用工具是ER模型；逻辑设计工具就是规范化理论n什么是逻辑设计就是根据应用系统的要求，构建“合式”的数据模式。也就是说根据系统要求，构造关系及每个关系由哪些属性组成。-更像一门艺术，而不是科学。这也就是数据库设计的目的，保证正确的数据结构，完整性约束等，主要思想就是“独立性”第15页，共107页，编辑于2022年，星期六一些概念回顾o关系/o关系模式R（U,D,Dom,F)，与关系是型和值的关系o关系数据库o关系

9、数据库模式o关系系统(E.Codd,1969年提出)从不同角度认识“关系”。如关系就是表；是一个数学术语（略）；关系由列标题/行集构成；关系是讨论事物的事物。；我们走关系是“表”套路：关系模式就是关系的描述方式，关系数据库就是用表表示数据的数据库（习惯用数学集合术语定义：表或者关系变量的集合）；来自数学，有严格数学基础第16页，共107页，编辑于2022年，星期六关系系统o其形式化理论是关系数据模型。包括数据的三个方面理论：数据结构/数据完整性/数据操作o结构化方面就是关系（表）本身o完整性方面主要是主码和外码问题实体完整性/参照完整性/用户自定义完整性o操作方面就是操作符之类的问题数学上的关

10、系操作外，有选择/投影/连接/除等o是系统就是有封闭的特点第17页，共107页，编辑于2022年，星期六数据依赖o一个关系内部属性之间的约束关系，是现实世界属性间关系的抽象，是内在性质o函数依赖o多值依赖o其他第18页，共107页，编辑于2022年，星期六数据依赖对关系模式的影响o冗余问题o操作问题(查/插/删/改)，查最多是效率问题n插入异常n删除异常n更新异常第19页，共107页，编辑于2022年，星期六解决办法o也就是逻辑设计的问题，一定程度上克服上面的4个问题o规范化理论o分解，概念独立性，大表换成若干个小表（列的角度）-关系模式概念o要符合一定规则的：2个保持保持原信息系统的数据依赖

11、，满足信息系统检索要求等复原原信息的要求。第20页，共107页，编辑于2022年，星期六研究数据依赖函数依赖o函数依赖平凡的/非平凡的/传递的/部分的/完全的o决定属性，依赖属性，候选码，超码/码，外码/全码o主属性/非主属性o1NF，2NF，3NF，BCNFo研究了主属性和非主属性的关系，规范化理论这样看就是把低级范式转向高一级范式的理论o1-2，解决了关系模式的非主属性对码的部分依赖问题；2-3解决了关系模式中非主属性对码的传递依赖关系；oBCNF进一步深入，研究了主属性及非主属性的关系。非主属性对每一个码完全依赖；主属性对不包含它的码完全依赖；没有任何属性完全函数依赖非码的任何一组属性o

12、R是3NF，若R只有一个码，那么R也是BCNF第21页，共107页，编辑于2022年，星期六码o依赖集及依赖集的闭包oArmstrong公理：自反律（全集决定子集）；增广律（自变量和因变量两端同时增加因素，依赖不变）；传递律。o证明：自含规则AA;分解规则ABC,则AB,AC;合并规则（分解规则逆）；复合规则（AB,CD,则ACBD）o最小函数依赖集第22页，共107页，编辑于2022年，星期六例题o假设R有n目，该关系变量最多可以满足多少个函数依赖？o关系变量R（A,B,C,D,E,F）,F=ABC,CA,BCD,ACDB,BEC,CEFA,CFBD,DDF找出函数依赖集的最小函数依赖。o最

13、小函数依赖，右边单属性；左边不可约；删除任何一个将改变其闭包（最小）第23页，共107页，编辑于2022年，星期六第13周概括o关系数据库操作语言SQL，一款跨平台跨产品的语言o组成：数据定义（DDL）/数据操纵（DML）/数据控制（DCL）o故名思意：关系数据库操作语言，可想操作的对象/操作的结果都应该是关系，什么是关系？-集合。由此深入体会SQL语言与我们以前的计算机语言差异吧?第24页，共107页，编辑于2022年，星期六牢记SQL语言功能的关键动词o数据定义：创建、修改和撤销（create/alter/drop）o都有什么样数据需要定义？n数据库databasen表tablen索引in

14、dexn视图viewn存储过程procedureo接着再对每个对象问还有什么需要关注，需要在定义中表示，直到计算机能表示为止。n数据库是一个逻辑上概念，是其他元素的集合，直接定义就ok了n表由属性描述，属性就有属性的类型/宽度，主键/外键，属性约束（列上），表上等第25页，共107页，编辑于2022年，星期六表的定义数据库DDLCreate/alter/drop database 表1.Create table（列完整性约束，列完整性约束，。）表完整性约束又有哪些约束？主键/外键/unique/check/null2.Alter都操作什么？插入（增加）列/删除列/更改列（add/drop/mo

15、dify）3.撤销表drop table第26页，共107页，编辑于2022年，星期六关于索引o什么是索引？o带来的优点是什么，又会有什么缺点o由此引出建立索引的原则oSQL都会有什么操作（创建和撤销）o索引的类型：非聚集索引/聚集索引/唯一索引/复合索引/单列索引第27页，共107页，编辑于2022年，星期六关于视图o什么是视图？有什么好处？o关于操作？查看起来不错，那么更新/删除类该怎么办？因为他是虚的呀，如果解决了，sql是怎么做的？oVfp中级联/限制/忽略，sql中使用了with check option设置。第28页，共107页，编辑于2022年，星期六二、数据更新语言o查/插/删

16、/改：oinsert intovaluesoUpdate set whereoDelete from where第29页，共107页，编辑于2022年，星期六三/查oSelectfromwhereoSelect中可以修饰的：all,distinctoFrom后是视图或表oWhere是选择条件oGroup by/having 分组oOrder by排序o最重要的操作，就是信息检索。o单表查询，链接查询（等值/不等值/左外连接/右外连接），嵌套第30页，共107页，编辑于2022年，星期六四、控制语句o也是数据保护：安全性/完整性/并发/恢复o授权/撤销/拒绝访问权利grant/revoke/de

17、nyo都有什么权限：关键的无非是查插删改o都是什么对象无非是数据上（表/列/数据库/视图等）o对属性列和视图权限：select/insert/update/delete/all privilegeso对基本表：select/insert/update/delete/alter/index/all privilegeso数据库：create第31页，共107页，编辑于2022年，星期六关于关系代数o关系代数（relational algebra）与关系运算（relational calculus）是关系模型的两个查询语言，也是关系数据库理论的基础之一（设计理论是基础之二）o回想：朱老师曾经说计算

18、机学科的三个形态是什么？曾经还说第4个又是什么（抽象、理论、设计、实现）o对照数据库学习，作为计算机专业学生该考虑什么？怎么办？o曾说过，数据库系统总体情况，也就是我们这门课程应该讲的主要内容，完成的任务，我们着重学习的东西。第32页，共107页，编辑于2022年，星期六数据库应用部分数据库应用部分用户浏览器c/c+,PB,Delphi,Java 应用程序Web服务器CGI/ASP/JSP等程序ODBC/JDBC/OLE DB关系数据库管理系统DB数数 据据库库 原原理理 部部分分现实世界外模式1外模式2外模式3概念模式内模式数数 据据库库 设设计计 部部分分完整性限制故障恢复并发控制数据库安

19、全第33页，共107页，编辑于2022年，星期六关系代数操作符o2个概念：关系、代数，回想离散数学的相关内容，体会离散结构是计算机专业基础o在一个集合上定义了运算，参加者和运算结果都在这个集合中，构成了代数o所以在这里，从集合观点，关系代数运算符是关于集合之间（上）操作，运算结果为关系，不同于其他运算。想想矩阵、函数之类的代数系统o元，运算的元数，还记得么？o关系代数表达式，又该如何定义（学会定义，从形式上看，从集合的组成和或关系上看，我们见过了很多，如自动机/文法/数据库等）第34页，共107页，编辑于2022年，星期六关系代数运算符o基本操作符：选择selection,投影projecti

20、on，并union，差difference，积cross producto附加的运算：连接join、除division，交o附加的可以通过基本的来表达，o上面这些运算的记号还记得么？就好比算术运算的运算名称和记号一样。类似算术运算，关系运算逐步完成的，即基于顺序，这样必然有运算量大问题，时间和空间问题，这就是数据库系统中重要的查询优化问题，要生成一个查询计划。第35页，共107页，编辑于2022年，星期六两个运算单独说说o连接操作：条件连接/等连接/自然连接/外连接(相对的，前面三个就是内连接)nR cS=c(RS)SQL：select。From R cross join S where c

21、n等值连接，c只能取等号。Select-from R,S where cn自然连接：select from R natural join S 或者select-from R,S where cn外连接：左外连接left outer join,右外连接right outer join,全连接full outer join;外连接也属于自然连接。外连接的运算符记法o除运算：R/S=x(R)x(x(R)S)-R）第36页，共107页，编辑于2022年，星期六我们来学习关系代数表达查询oP71案例第37页，共107页，编辑于2022年，星期六第14周学习计划o13周实验基本学习了第7章o关系数据库设计

22、o第6章网络数据库第38页，共107页，编辑于2022年，星期六数据库设计概述o数据库设计特点（与一般软件设计相比）n软件是什么（产品/服务/数据结构+算法）n三分技术、七分管理，12分基础数据n结构设计与行为设计相结合（早期相分离）o数据库设计方法n新奥尔良n基于ER模型n3NFn对象定义语言第39页，共107页，编辑于2022年，星期六数据库设计基本步骤o需求分析o概念设计o逻辑设计（逻辑结构及其优化）o物理结构设计（设计及评价）o实施o运行和维护注意：1、分析设计实现；想想学科3形态2、各个阶段对数据和处理描述的工具有哪些？P1443、三级模式在设计中的体现p145第40页，共107页，

23、编辑于2022年，星期六概念设计阶段需要强调的o基本概念及其在ER图中表示、在转换为关系时的对应o实体/实体集/实体型/实体值o属性/简单属性/复合属性/单值属性/多值属性/派生属性o键o联系/联系类型：1-n；n-1;n-m/联系实例/参与者/参与度（关系之间，不是实体之间的）第41页，共107页，编辑于2022年，星期六ER模型o以上基本概念在ER图上的表示o矩形/双线矩形：实体/弱实体o椭圆形框/双椭圆形/派生属性：属性/多值属性/虚椭圆形框o复合属性：属性的属性o菱形/虚菱形：反映联系的实体状况，弱实体联系的用虚的，虚实体是全部参与o联系的参与者：全部和部分，全部使用双线，在线上标明联

24、系类型o参与度是参与联系的实体集数量，也称作元o属性下划线：键的表示o多元联系转向2元联系（ER图描述时不需要转化，在设计时可以转化）o特殊化和概括：半个菱形ISA第42页，共107页，编辑于2022年，星期六ER图到关系模式o关系模式中概念单一：关系，关系中属性oER图中有E/R/A，而且每一个又有许多具体的特点，关于转化，关键是寻找其中映射关系就ok了，其次知道他们转化步骤o常规情况下转化：1、一个实体对应一个关系，实体的属性变成关系的属性；2、联系：1-1的，将联系的属性及1方关键字纳入任何一个1方即可，不要单独形成关系；1-n的，将联系属性及1方关键字归到n方；n-m联系单独成立关系，

25、关系属性为联系属性加上相关联实体的键第43页，共107页，编辑于2022年，星期六一般规则o1、常规实体集转化为一个关系，原实体属性转化为关系属性，主键是关系主键o2、弱实体转化为一个关系，属性为弱实体属性加上依赖实体的主键构成，主键为依赖实体主键+弱实体的键o3/联系（非isa）转化成一个关系，属性由联系的属性加与其相关的实体的主键构成，主键为相关实体的主键合成o4/多值属性转化为关系，属性由多值属性和实体的键组成，该关系主键为二者合成o5、ISA联系：各个层的实体都创建一个关系模式，底层实体属性再加入高层实体的主键，该关系模式的主键是高层模式的主键；或者高层下移，将其属性分配到底层的各个实

26、体中，然后各个底层实体按照实体的转换方法转化o6、关系模式合并，相同主键的关系模式合并第44页，共107页，编辑于2022年，星期六关于做图o用专业工具做。或许各个专业工具的记号不一样，但每一个是一致的。在行文时要使用专业工具，至少是visio，掌握powerdesigno表的个数问题：折中，关于查找不宜太多，关于冗余，不希望表太大，就是矛盾o全局模式主要从系统的时间效率/空间效率/维护性等方面考虑第45页，共107页，编辑于2022年，星期六外模式设计o即视图设计，就是用户的看到的数据模样o外模式设计应该考虑的问题是用户的方便和习惯o内模式/模式更多面向计算机，为存储时的空间省，为运算时运算

27、量少，不出现异常考虑o外模式是为应用用户的数据库视角，应该考虑用户的特点和要求，深刻体会这些观点，做好数据库的应用第46页，共107页，编辑于2022年，星期六练习题oP207oT 17-20第47页，共107页，编辑于2022年，星期六第5章数据库保护总结o完整性问题（核心掌握）o安全性问题o并发性问题（事务问题核心掌握）o故障及回复问题oSql server的定义方法第48页，共107页，编辑于2022年，星期六并发控制o并发操作引发的问题（明确认识以下问题产生的原因，能根据某并发情况，确认引发的问题）n丢失修改lose updaten不可重复读Nonrepeatable readn读“脏

28、”数据dirty reado调度及可串行化n可串行化是确认并发操作正确的一种依据o封锁机制及其可能导致问题死锁及其判定，封锁及其判定o封锁协议n1级封锁协议，在修改前必须加X锁，直到事务结束才释放，可防止丢失修改n2级封锁协议：一级协议+在读之前加S锁，读完后释放。进一步可以防止读脏n3级封锁协议：一级协议+在读之前加S锁，事务完成后释放。进一步可以防止不可重复读n两段锁协议第49页，共107页，编辑于2022年，星期六第6章 网络数据库o见ppto网络数据库工作模式C/S，B/So网络数据库访问技术：ODBC/OLE DB/JDBC第50页，共107页，编辑于2022年，星期六15周讲解内容

29、o深入学习规范化理论o查询优化相关内容o数据库新技术第51页，共107页，编辑于2022年，星期六一、规范化理论o核心讨论“好”的数据库模式，自然要立个标杆形成关系规范化理论o问题引入思考路线（量大角度和操作角度考虑）n量大，数据冗余问题；操作4个，都会给哪些操作带来麻烦，所谓异常问题。4个问题o原因分析解决方法n属性之间的关系所致数据依赖n不好的模式就是因为对数据依赖的不恰当处理o如何解决n主要存在哪些依赖属性集之间的1-1，1-n，n-mn函数依赖多对一；多值依赖、连接依赖一对多的关系n核心问题：如何判断？-范式级别；如何解决？-分解n本科段核心掌握函数依赖的解决方案o规范化理论解决这些问

30、题提供理论支持和算法的理论，是设计的基础，是数据库设计必须掌握的重要环节第52页，共107页，编辑于2022年，星期六2、函数依赖和范式o概念：有不同表述，研究的是关系模式属性之间一对多的关系，记着数学上的函数概念。n如定义方式，X论域中一个元素，在Y中有唯一一个元素与之对应；n还可以说，X中2个相同的元素，Y中对应的一定相同。o需要注意到是，这里的X，Y是属性U的任意子集，表现出来就是出现在表的一行。第53页，共107页，编辑于2022年，星期六3、函数依赖几个基本概念o决定因素；相互依赖；不依赖o平凡依赖；非平凡依赖o完全函数依赖；部分函数依赖o传递依赖（XY，YZ,Y不决定X，则XZ）o

31、主属性，非主属性o码、全码、外码第54页，共107页，编辑于2022年，星期六4、范式o1NFo2NF（1nF+消除非主属性对码的部分依赖）o3NF（2NF+消除非主属性对码的传递依赖）oBCNF（1NF+每个决定因素都含有码）n所有非主属性对码完全依赖n所有主属性对每个不包含它的码完全函数依赖n没有任何属性完全函数依赖非码的任何属性o在函数依赖范畴内，BCNF达到最高级别，3NF不彻底表现为可能存在主属性对码的部分和传递依赖第55页，共107页，编辑于2022年，星期六5、数据依赖公理系统o函数依赖集的逻辑蕴含o函数依赖集闭包o函数依赖的推理规则Armstrong公理n自反律：Y是X子集，则

32、XY；n增广律:Z是W子集，XY,则XWYZ；n传递律:XY,YZ,则XZn合并规则；分解规则；伪传递规则第56页，共107页，编辑于2022年，星期六属性闭包与F逻辑蕴含o属性闭包oF逻辑蕴含(转化为求属性的闭包，即判断一个函数依赖是否为F逻辑蕴含，转化为看依赖属性集是否属于决定属性集的F下的闭包)o求属性集闭包的算法oArmstrong公理是正确的、完备的o函数依赖集的等价和最小函数依赖集o最小函数依赖的求法（函数依赖右部单一属性；去掉冗余属性；去掉多余函数依赖）第57页，共107页，编辑于2022年，星期六例子，闭包算法o设F=ABC,CA,BCD,ACDB,DEG,BEC,CGBD,C

33、EAG,求（BD）+o参考答案：ABCDEGo已知关系模式R(U,F),U=A,B,C,D,E,F=ABD,BCD,DEB,CD,DA,求（AB）+o参考答案：ABCD第58页，共107页，编辑于2022年，星期六例子，最小函数依赖集o设关系模式R(U,F),U=C,D,E,F=CDE,DE,CD,CDE,求F最小函数依赖o参考做法：按照定义分3步做。CD,DE第59页，共107页，编辑于2022年，星期六6、关系模式分解方法o模式分解概念n子模式属性集之并是模式属性集；n一个子模式属性集不会是另一个子模式属性集的子集；n子模式函数依赖集是F在子模式属性集上的投影,（注意这里的投影不是仅在给定

34、的F上查找，而是该子模式的依赖为F所蕴含的投影）o分解的无损联接性：每个关系都可以通过各个模式的经过投影和连接得到，则该分解就是无损分解第60页，共107页，编辑于2022年，星期六无损分解的判定算法第61页，共107页，编辑于2022年，星期六例子，无损分解判定o设R（B,O,I,S,Q,D）,F=SD,IB,ISQ,BO，R的一个分解SD,IB,ISQ,BO，这个分解是无损联接性么？o严格执行以上算法判定。理解算法含义o设R（H,I,J,K,L）,F=HJ,JK,IJ,JLH，R的一个分解HK,HI,IJ,JKL,HL，这个分解是无损联接性么？第62页，共107页，编辑于2022年，星期六

35、分解为两个模式的判定o无损联接的充要条件R1R2R1-R2F+或者R1R2R2-R1F+第63页，共107页，编辑于2022年，星期六函数依赖保持的判定o什么是函数依赖保持？是指函数依赖的加闭包与各个子模式函数依赖的并集的加闭包相等，则说保持了。o判定算法n检验任一个函数依赖XYF是否可以有各个子模式函数依赖的并根据Armstrong公理导出，即判断Y是否属于各个函数依赖并的加闭包。n检验任一个函数依赖XYG是否可以由F根据Armstrong公理导出。即判断Y是否属于F的加闭包。n若以上同时成立，则他们相等。第64页，共107页，编辑于2022年，星期六例子,函数依赖保持性o关系模式R(U,F

36、)，其中U=A,B,C,D,F=AB,BC,CD,DA，分解AB,BC,CD是否具有函数依赖保持。o解：首先确定各个子模式的函数依赖。F1=AB,BA,F2=BC,CB,F3=CD,DC 并集G。显然G包含着F闭包中。又A是属于D的G闭包，所以F必定包含于G的闭包。因此二者闭包相等，故保持了函数依赖。第65页，共107页，编辑于2022年，星期六关系模式的分解算法o一般而言n若要求连接不失真，分解可以达到BCNFn若要求函数依赖保持，分解可达3NF，但不一定能达BNCFn若同时满足连接不失真，函数依赖保持，分解可达3NF，但不一定能达BNCF第66页，共107页，编辑于2022年，星期六满足3

37、NF的函数依赖保持算法第67页，共107页，编辑于2022年，星期六例子o关系模式R（U,F），U=A,b,C,D,E,F,G,函数依赖F=BCDA,BCE,AF,FG,CD,AG,求R的一个满足3NF的函数依赖保持分解。o解：第一步，求最小函数依赖集覆盖 Fm=BCAE,AF,FG,CD第二部，根据以上算法有ABCE,AF,FG,CD第68页，共107页，编辑于2022年，星期六满足3NF函数依赖和连接保持算法第69页，共107页，编辑于2022年，星期六例子o对上例做3NF保持函数依赖和无损联接分解o解：第一步，根据上例已经得到保持函数依赖的3NF分解为：=ABCE,AF,FG,CD 第二

38、步，确定R的一个候选码。（这步很繁琐，要不断不断求，求一些属性的加闭包），最后有(BC)+=ABCDEFG,所以BC为一个候选码。第三步，判断是否包含BC。所以该分解保持了无损联接。第70页，共107页，编辑于2022年，星期六问题o求解原关系模式的候选码运算量太大了。o码值理论n对属性根据依赖F分4类：L类，R类；N类；LR类。n定理：对于给定关系模式R及其依赖函数集F，若X是L类的，则一定是R的候选码。n定理：对于给定关系模式R及其依赖函数集F，若X是N类的，则一定是R的候选码。n定理：对于给定关系模式R及其依赖函数集F，若X是R类的，则一定不在任何的R的候选码中。n定理：对于给定关系模式

39、R及其依赖函数集F，若X是L类或N类属性组成的集合，且X包含了R的全部属性，则X是R的唯一候选码。第71页，共107页，编辑于2022年，星期六例子o设有关系模式R(A,B,C,D,E,P)，F=AD,ED,DB,BCD,DCA，求R的候选码。o解：第一步，求L和N属性。L属性E,C,N类属性P 第二步，(CEP)+=CEADBP 所以CEP是唯一候选码。下面，练习一下分解问题：1）求最小函数依赖Fm=第72页，共107页，编辑于2022年，星期六二/查询优化o查询优化必要性n关系代数表达式的优化问题同一个查询，可以用不同关系表达式表达，而运算效率差异很大n有可能优化。等价变换规则oP63-6

40、5第73页，共107页，编辑于2022年，星期六数据库理论与设计联系起来o了解数据库理论，尤其规范化理论的内容o了解数据库设计，尤其ER图到关系模式的设计o深刻体会二者之间的关系，从理论上证明我们的设计满足的级别，如证明按照教材的关系模式生成方法，回答你设计的模式到达哪个级别，是否保持了函数依赖和或无损分解。第74页，共107页，编辑于2022年，星期六一个证明o学生课程成绩设计oER图如图o关系模式n学生(学号A，姓名B，性别C，年龄D)n课程（课程号E，课程名F，学分G，周学时H）n考试（学号，课程号，成绩I）o该分解达到哪个级别？是否保证2个不变？（依赖分析略）o3NF，也到达了BCNF

41、，保持了函数依赖和无损联接。第75页，共107页，编辑于2022年，星期六三、数据库技术发展趋势o教材1.5节o面临挑战：环境变化；数据类型变化；数据来源变化；数据管理要求变化o发展特点：数据模型发展；与其他相关技术结合；面向领域的设计o发展趋势：信息集成；移动数据管理；网格数据管理；传感器数据库；DBMS的自适应性管理。第76页，共107页，编辑于2022年，星期六16周内容o数据库设计系统讨论o全书总结o课程应该提交材料：实验o考试的基本内容第77页，共107页，编辑于2022年，星期六关于模式分解o码对于关系模式的分析和分解具有重要意义和作用o讨论一个关系模式级别时，首先确定关系模式中所

42、有候选码，然后区分主属性和非主属性，通过分析属性与码之间的依赖关系，判定关系模式的级别o理论和设计之间关系。判定无损联接、函数保持的算法，最小依赖集对分解的作用。第78页，共107页，编辑于2022年，星期六关系模式分解概念及举例o关系模式R（U,F）的一个分解是若干个关系模式的集合，其中，nU=Ui,n对每个i，j，Ui不是Uj子集nFi是F在Ui上投影，即Fi=XYF+XY是Ui子集o关系模式的一个分解必须从2个方面衡正确性，即分解与原关系模式R之间是否具有“等价性”。数据等价，即是否表示同样的数据；函数依赖等价，即是否保持了相同函数依赖。o2个判定：无损连接性判定和函数依赖保持判定。第7

43、9页，共107页，编辑于2022年，星期六无损联接的判定o算法见上周ppto举例设R（B,O,I,S,Q,D）,F=SD,IB,ISQ,BO，R的一个分解SD,IB,ISQ,BO，这个分解是无损联接性么？第80页，共107页，编辑于2022年，星期六解法o首先根据模式分解的定义，属性是否变化，是否有子集，即包含o判断无损连接的算法o黑板演算o演算的含义解释第81页，共107页，编辑于2022年，星期六总结o了解数据库应用系统设计中目前的重要性，体现在毕业设计时，信息管理系统类的毕业设计较多，数据库设计是基础o数据库设计是针对一个给定的应用环境，根据用户的需求，构建一个性能良好的数据模式，建立数

44、据库及其应用系统，使之能够有效存储数据，满足各种用户的信息要求和处理要求。第82页，共107页，编辑于2022年，星期六设计人员应该具备的素质o计算机学科的基本素质，基础知识和程序设计基础o数据库理论知识。如三个世界2个模型，数据库的三级模式2级映像，数据库历史发展，关系模式，函数依赖/规范化理论，数据库管理系统的具体特征等o软件工程的思想和技术o应用领域的知识第83页，共107页，编辑于2022年，星期六数据库设计内容o数据库结构设计o数据库行为设计第84页，共107页，编辑于2022年，星期六数据库设计方法o直观方法凑，适应简单的，数据库开发人员厉害的o规范设计方法明确阶段，各个阶段任务，

45、与软件工程结合，由外向内，由上到下，逐步求精n基于ER模型设计方法n基于3NF的设计方法（是指需求分析阶段收集了所有的属性及属性间关系，将他们组织在一个单一的关系模式中，然后再分析模式中的不符合3NF的约束，将其分解投影，规范成若干个3NF）n基于视图的设计方法为每个应用建立自己视图，然后再将这些视图汇总合并成整个数据库的概念模式。o计算机辅助设计方法PD，designo自动化设计方法第85页，共107页，编辑于2022年，星期六基本步骤从分体现计算机学科的3+1学科形态o需求分析就是抽象的过程o概念设计理论指导下的设计o逻辑设计o物理设计o数据库实施o运行与维护第86页，共107页，编辑于2

46、022年，星期六充分理解以上各个阶段o工作内容o技术描述手段o重要图表o工作方法o如需求阶段主要技术工具：信息处理的数据流图，数据字典；概念设计阶段ER图之类的，逻辑设计阶段关系模式设计；物理设计阶段存储方法、访问方法、系统配置之类的；实施阶段数据库装入，应用程序编制和运行，运行维护的安全性，转储，改进等。第87页，共107页，编辑于2022年，星期六数据库管理系统o从数据库发展历史，认识数据库管理系统的基本功能，与操作系统关系oDBMS主要功能：数据定义、数据操纵、数据库运行与管理、数据存储管理、数据库保护、数据库与维护o数据库系统定义/主要组成、功能o数据库体系结构三级模式二级映像，数据独

47、立性o数据模型三要素第88页，共107页，编辑于2022年，星期六关系数据库o关系模型o关系操作：关系代数、元组演算、域演算o关系完整性约束o关系模式概念模式、内模式和外模式o关系概念模式是对每个关系的说明，包括关系名、属性名、属性取值范围的说明，关系之间的联系是通过连接属性实现，不必专门指出。o关系的内模式就是基本表o关系的外模式是概念模式的子集，是用户与计算机接口，就是视图。第89页，共107页，编辑于2022年，星期六关系代数o8种运算，5个基本运算o根据语义会写出关系运算。第90页，共107页，编辑于2022年，星期六SQL语言o熟练掌握o3大功能定义/操纵/控制o9个关键动词：cre

48、ate/alter/drop/select/update/insert/delete/grant/revoke第91页，共107页，编辑于2022年，星期六数据库保护o完整性约束o事务与并发调度o封锁机制o故障与回复方法第92页，共107页，编辑于2022年，星期六实验要求o17周前统一提交实验报告o实事求是写，只要曾经努力了，有进步就好o实验报告一方面体现“技术”，自己做的，另外一方面就是文字功夫，希望不要忽略，即严肃的撰写规范的报告，是课程设计，毕业论文，直至专业学科进一步发展的初步训练o是文字功夫，是读者看着文字理解你的意思的功夫，希望珍惜。第93页，共107页，编辑于2022年，星期六

49、设计样例o思路上：需求分析概念设计逻辑设计数据库装入应用程序设计/视图设计等o前一个是后一个输入，从数学角度讲，要理解前一个和后一个的内容，再理解变换手段，即论域/值域/映射关系。o上一步没做好，很难做好下一步，或者，严肃点讲，是不可能。当然经验不可少o如，调研经过抽象形成需求报告，概念设计就是在需求报告中抽取实体及属性，以及他们之间关系，并表示出来，就这个道理，不能多也不能少，当然可以反馈回去，进一步修正。o学好理论，是理性的实践，只有理论的参与，我们才能做的更好。第94页，共107页，编辑于2022年，星期六招聘系统开发数据库设计o需求（略）o概念设计从需求中导出来的，不是另外单独开始的。

50、第95页，共107页，编辑于2022年，星期六Visio的图第96页，共107页，编辑于2022年，星期六续o从CDM到PDM，即从概念设计到逻辑设计，获得的SQl server 2000的关系结构为第97页，共107页，编辑于2022年，星期六关系模式优化o是否达到3NF，每个关系模式是否有部分依赖、传递依赖第98页，共107页，编辑于2022年，星期六生成的表截图第99页，共107页，编辑于2022年，星期六医院管理系统oER图第100页，共107页，编辑于2022年，星期六物理模型第101页，共107页，编辑于2022年，星期六超市关系系统o需求描述o超市有若干个仓库，若干了连锁商店，供