数据库基础教程(SQL Server平台)[顾韵华]第6章

数据库基础教程(SQL Server平台)[顾韵华]

第六章 关系规范化理论— 关系数据库设计理论基础

6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

数据冗余与操作异常问题 函数依赖 范式 数据依赖公理系统 模式分解

电子工业出版社(《数据库基础教程(SQL Server平台)》配套电子教案)

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6.1 数据冗余与操作异常问题 客观事物的联系可以分为两个层面： ― 一是实体与实体之间的联系， ― 二是实体内部特征(即属性)之间的联系。 实体间联系表现为数据的逻辑结构，由数据模型予以形 式化说明和描述； 实体内部属性间联系则表现为数据的语义关联，由数据 模式进行意义上的刻画和解释。在关系模型中，这种实 体内部属性间联系就表现为语义约束。 因此，我们不能随意将一些属性组合在一起形成关系模 式；否则，就会带来一系列问题，最主要的问题是数据 冗余和操作异常。电子工业出版社(《数据库基础教程(SQL Server平台)》配套电子教案)

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6.1.1 数据冗余与操作异常 数据冗余(Data Redundancy)是指同一数 据在一个或多个数据文件中重复存储。 数据冗余不仅会占用大量系统存储资源，造 成不必要的开销，而且更严重的是，会带来 数据库操作的异常，对数据库性能发挥造成 不好的影响

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一个例子【例】 设有一个关系模式R(U),其中U为属性集{客户编号， 客户姓名，客户性别，出生日期，客户所在省市，联系电 话，商品编号，商品名称，单价，订购时间，需要日期， 数量}。 给定关系R的语义如下： ① 一位客户只有一个客户编号，一种商品名称只有一个商品 编号。 ② 每位客户在特定的订购时间订购的每一种商品都有一个数 量。 ③ 每位客户可以订购同一种商品多次。 ④ 每一种商品可由多位客户订购。 ⑤ 每位客户只属于一个省市。电子工业出版社(《数据库基础教程(SQL Server平台)》配套电子教案)

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关系模式R(U)的存在问题 首先，数据存在大量冗余。

其次，数据冗余将会导致数据操作的异常。① 插入异常：如果某位客户尚未订购任何商品，则他的信息 无法插入到表中。同样，如果某商品尚未有任何客户订购， 则其信息也无法插入到表中。 ② 删除异常：若某商品售完，需将其信息删除，则会将之前 订购过该商品的客户信息也一起删除。 ③ 修改异常：若某客户的联系电话改换了，则要修改多个元 组。如果一部分修改，而另一部分不修改，将会出现数据 间的不一致。电子工业出版社(《数据库基础教程(SQL Server平台)》配套电子教案)

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6.1.2 问题原因分析 更新异常问题产生的原因是数据冗

余 。 数据冗余的产生有着较为复杂的原因。从数据 结构角度考察，有两个层面的问题：― 一是对多个文件之间联系的处理； ― 二是同一个文件中数据之间的联系处理。

对于第一个层面的问题，数据库系统(特别是 关系数据库)已经较好地解决了；但第二个层 面的问题，并非可以由关系数据库系统自动解 决，它依赖于关系数据模式的设计。电子工业出版社(《数据库基础教程(SQL Server平台)》配套电子教案)

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6.2 函数依赖 数据依赖是客观世界实体集内部或实体集之间 属性相互联系的抽象。 为了描述这些联系，人们提出了多种类型的数 据依赖，最重要的是： ― 函数依赖(Functional Dependency,FD) ― 多值依赖(Multivalued Dependency,MD)

数据依赖实际上反映了属性之间的相互约束关 系。

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6.2.1 函数依赖的基本概念 定义6.1 设R(U)是属性集U上的关系模式，X和 Y 是 U的子集， r 是 R(U)中任意给定的关系实例。 若对于r中的任意两个元组 s和t,当s[X] = t[X] 时有s[Y] = t[Y],则称属性子集X函数决定属性 子集Y,或称Y函数依赖于X,记为X→Y。否则， 就称X不函数决定Y,记为X Y。 如果有函数依赖X→Y,则称X为决定因素。如 果X→Y,并且Y→X,则记为X←→Y。

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6.2.2 函数依赖的分类函数依赖有三种类型： (1)平凡与非平凡函数依赖 (2)部分与完全函数依赖 (3)传递函数依赖

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(1) 平凡与非平凡函数依赖定义6.2 对于函数依赖X→Y,若 Y X ,则称该函 数依赖为平凡函数依赖(Trivial Functional Dependency)。对于函数依赖X→Y,若Y X, 则称该函数依赖为非平凡函数依赖(Nontrivial Functional Dependency)。 注意：当Y是X的子集时，Y必函数依赖于X,这 种依赖不反映任何新的语义，因此这种依赖没 有实际意义。 所研究的函数依赖通常都是指非平凡依赖。电子工业出版社(《数据库基础教程(SQL Server平台)》配套电子教案)

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(2) 部分与完全函数依赖定义6.3 如果X→Y,且对于X的任一真子集X ,都 有X Y,则称Y完全函数依赖(Full Functional Dependency)于X,记为X Y;否则称Y部分函 数依赖(Partial Functional Dependency)于X, 记为X Y。 如果Y对X部分依赖，那么X中的“部分”就可以 确定对Y的关联。从数据依赖观点来看，X中存在 冗余属性。

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(3) 传递函数依

赖定义6.4 若X→Y,Y→Z, X,则 Y X ,且Y 称Z传递函数依赖(Transitive Functional Dependency)于X。 注意：若X不函数依赖于Y,意味着X与Y不是 一一对应的；否则Z就是直接函数依赖于X,而 不是传递依赖于X。

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完全、部分和传递函数依赖关系

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6.2.3 函数依赖与数据冗余 根据函数依赖的定义，以及对部分函数 依赖和传递函数依赖的分析可知，部分 函数依赖存在冗余属性，而传递依赖反 映出属性间的间接依赖，是一种弱数据 依赖。这是关系数据库产生数据冗余的 主要原因。

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一个例子 【例】 设有关系模式R(U), 其中U为属性集{客户编号， 客户姓名，联系电话，商 品编号，商品名称，单价， 生产厂家，厂家地址，订 购时间，数量}。该关系模 式具有唯一候选码(客户 编号，商品编号，订购时 间),此时各个属性间的 关系如图所示。

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