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計算機四級《數(shù)據(jù)庫工程師》第五章考點匯總

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第五章關系數(shù)據(jù)庫邏輯設計

　　5.1 概述

　　5.2 基本概念

　　5.2.1 關系模型

　　1、關系模型采用一個二維表格在計算機中組織、存儲、處理和管理數(shù)據(jù)。

　　(1) 關系名(數(shù)據(jù)庫名)：由字母數(shù)字組成;

　　(2) 屬性名;

　　(3) 關系模式和關系：描述模式描述關系的靜態(tài)結構，由模式名、關系模式所包含的屬性及屬性值所滿足的條件組成模式定義。

　　(4) 元組：描述關系中的行;

　　(5) 域：它定義關系的每個屬性取值的類型;

　　(6) 主碼：能夠惟一標識關系中每一個元組的屬性或屬性組;

　　(7) 關系的數(shù)學定義：關系模式是建立在集合集論的基礎上的，用數(shù)學的概念定義關系有;

　　(A) 定義一：域是值的集合，同一個域中的值具有相同的數(shù)據(jù)類型;

　　(B) 定義二：

　　(D) 當關系引用了屬性名后關系具有以下屬性：

　　[1] 不能有重復的元組;

　　[2] 元組上下無序;

　　[3] 按屬性名引用時屬性左右無序;

　　[4] 所有屬性值都是原子項(不可再分);

　　(8) 總結：關系是一張二維表，表中的一行被稱為一個元組，一列稱為屬性，由一組域值組成。關系是元組的集合，關系中的每個元組在數(shù)學上被定義為這個關系所涉及的全部域值中笛卡兒積的一個元素。

　　5.2.2 關系數(shù)據(jù)庫

　　1、關系數(shù)據(jù)庫是按照二維表組織和存儲的相互關聯(lián)的關系的集合，關系數(shù)據(jù)庫模式是關系模式的集合;

　　5.2.3 關系的完整性

　　1、關系的完整性(完整性約束)：是對關系的某種約束規(guī)則和關系滿足的定義。通常這組約束規(guī)則用來限定和檢查數(shù)據(jù)庫所含實例的合法性和正確性;

　　2、完整性約束分靜態(tài)和動態(tài)兩種，靜態(tài)完整性約束是基于關系模式的，主要有主碼、外碼約束和域約束組成;動態(tài)完整性約束是基于企業(yè)的業(yè)務規(guī)則的。

　　3、靜態(tài)完整性約束規(guī)則：

　　(1) 主碼約束：主碼必須滿足：

　　(A) 惟一性：在一個關系中不存在兩個元組，它們具有相同的主碼值;

　　(B) 最小性：不存在從組成主碼的屬性集中去掉一個屬性，還仍能保持數(shù)據(jù)的惟一性;

　　(2) 外碼約束：

　　(3) 用戶定義的完整性：

　　5.3 關系數(shù)據(jù)庫設計理論

　　5.3.1 問題的提出

　　究竟一個關系數(shù)據(jù)庫包含哪些屬性是合理的，如何評價一個關系模式設計的優(yōu)劣?

　　5.3.2 函數(shù)依賴

　　函數(shù)依理論利用一個關系中屬性之間的依賴關系評價和優(yōu)化關系模式，以保證存儲到數(shù)據(jù)庫中的關系具有較好特性;

　　1、函數(shù)依賴：

　　(1) 設R(U)為一關系模式，X和Y為屬性全集U的子集，若對于R(U)的任意一個可能的關系r，r中不可能存在兩個元組在X上的屬性值相等，而在Y上的屬性值不等，則稱“X函數(shù)決定Y”或“Y函數(shù)依賴于X”，并記作X

　　Y，其中X稱為決定因素，因為根據(jù)函數(shù)依賴定義，給定一個X，就能惟一決定一個Y。

　　(2) 這里討論的函數(shù)關系與數(shù)學上的不同，是不能計算的，是一個關系中屬性之間存在的依賴關系;它是一種語義范疇的概念，只能根據(jù)兩個屬性之間的語義來確定一個函數(shù)依賴是否存在。

　　2、完全與部分函數(shù)依賴：

　　(1) 在關系模式R(U)中，如果XàY成立，并且對X的任何真子集X’不能函數(shù)決定Y，則稱Y對X是完全函數(shù)依賴，被記作X---f---àY。

　　(2) 若XàY，但Y不完全函數(shù)依賴于X，則稱Y對X是部分函數(shù)依賴，記作X--pàY;

　　3、傳遞函數(shù)依賴：

　　在關系R(U)模式中，如果X決定Y，(Y不屬于X)，Y不決定X，Y決定Z，則稱Z對X傳遞函數(shù)依賴。

　　4、平凡與非平凡函數(shù)依賴：

　　(1) 若X決定Y，但Y屬于X，則稱XàY是平凡函數(shù)依賴，否則稱非平凡函數(shù)依賴;

　　(2) 即平凡函數(shù)依賴，僅當其右邊的屬性集是左邊屬性集的子集時成立;

　　(3) 非平凡函數(shù)依賴，僅當其右邊的屬性集至少有一個屬性不屬于左邊有集合時成立;

　　(4) 完全非平凡函數(shù)依賴：僅當其右邊的屬性集中屬性都不在左邊的集合時成立;

　　5、碼：

　　(1) 在關系模式R(U)中，K為R的屬性或屬性組，若K函數(shù)決定A1.A2….An，則K為關系模式R的候選碼，包含在候選碼中的屬性稱為主屬性，否則為非主屬性;

　　(2) 若一個關系的候選碼不止一個，則選定其中一個作為關系R的主碼;

　　(3) 關系的碼屬性除了必須完全函數(shù)決定關系的所有其他屬性外，還必須滿足最小化規(guī)則，即在關系模式R(U)中，不存在一個K的真子集能夠函數(shù)決定R的其他屬性。

　　6、函數(shù)依賴的推理規(guī)則：

　　(1) 自反律：若Y(包含于)X(包含于)U，則XàY成立;

　　(2) 增廣律：若XàY，且Z(包含于)U，則XZàYZ成立;

　　(3) 傳遞律：若XàY，YàZ，則XàZ成立;

　　(4) 合并規(guī)則：若XàY，XàZ成立，則XàYZ;

　　(5) 分解規(guī)則：若XàY和Z(包含于)Y成立，則XàZ也成立;

　　(6) 偽傳遞規(guī)則：若XàY，YWàZ，則XWàZ成立;

　　7、屬性集閉包：

　　(1) 設F是屬性集U上的函數(shù)依賴集，X為U的一個子集，那么對于F，屬性集X關于F的閉包(用X+表示)為：X+={A|XàA}

　　(2) 由屬性集團包的定義可知，若想判斷函數(shù)依賴XàY是否成立，只要計算X關于函數(shù)依賴集F的閉包，若Y是X閉包中的一個元素則XàY成立;

　　8、確定關系的碼：

　　(1) 利用迭代算法計算X+，步驟如下：

　　(A) 選X作為閉包X+的初值X(0);

　　(B) 由X(i)計算X(i+1)時，它是由X(0)并上屬性集合A所組成，其中A滿足下列條件：Y(包含于)X(i)，且F中存在函數(shù)依賴YàZ，而A(包含于)Z。因為U是有窮的，所以會得到X(i)=X(i+1)，此時X(i)為所求的X+。

　　5.3.3 規(guī)范化設計方法

　　1、第一范式：

　　(1) 定義：設關系模式R(F，U)，如果R的每一個屬性都是不可分的數(shù)據(jù)項，則此關系模式為第一范式;

　　(2) 一個給定關系和第一范式(1NF)的區(qū)別：

　　(A) 一個關系中的`數(shù)據(jù)按照行和列的形式組織，每個元組具有相同數(shù)目的屬性個數(shù)，且每一個元組的屬性值具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)類型和長度;元組或屬性的排列與順序無關，每個元組必須通過一個屬性或屬性組惟一識別;

　　(B) 第一范式實際上對關系增加了一個約束，即關系中元組的每個屬性都只取一個值，第一范式是對關系模式的基本要求，不滿足第一范式的數(shù)據(jù)庫就不是關系數(shù)據(jù)庫。

　　2、第二范式：

　　(1) 定義：若關系模式R(F，U)是1NF，且每個非主屬性完全函數(shù)依賴于碼，則稱R為第二范式，即在2NF中不存在非主屬性對碼的部分依賴;

　　(2) 僅滿足第一范式關系會存在種種問題，要消除必須用更高級的范式標準來設計，稱為標準化;

　　(3) 具體做法是將大的關系分解成多個小的關系，使分解后的關系滿足更高級范式的要求。

　　(4) 第二范式實際上對關系增加了一個約束，就是關系中的每一個屬性必須完全依賴于主碼，即在第一范式的基礎上，消除非主屬性對主碼的部分函數(shù)依賴可達到2NF;

　　3、第三范式：

　　(1) 定義：若關系R(U，F(xiàn))為第一范式，且不存在非主屬性對主碼的傳遞函數(shù)依賴，則稱R為第三范式;

　　(2) 第三范式是在第二范式的基礎上對關系又增加了一個約束，就是關系中的每一個非主屬性必須只依賴于主碼。即2NF的基礎上，消除非主屬性對主碼的傳遞函數(shù)依賴可達到3NF。

　　4、改進的第三范式：

　　(1) 定義：如果關系模式R是1NF，且每個屬性既不相存在部分函數(shù)依賴也不存在傳遞函數(shù)依賴于候選碼，則稱R是改進的第三范式(BCNF)。

　　5、多值依賴與4NF：

　　(1) 多值依賴：表示關系中屬性(如A、B、C)之間的依賴，對于A的每個值，都存在一個B或C的值的集合，而且B和C的值相互獨立，記為：AààB、AààC

　　(2) 第四范式：如果關系模式R屬于1NF，對于R的每個非平凡的多值依賴XàY(Y不屬于X)，X含有候選碼，則R是第四范式。即是從BCNF范式中消除主碼內的獨立依賴集(非平凡多值依賴)可達4NF;

　　6、連接依賴與5NF

　　(1) 連鎖依賴：設關系模式R，R的屬性子集為R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7….，當且僅當R的每個合法值等于R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7…的投影連接時，稱R滿足連接依賴;

　　(2) 第五范式：設R是一個滿足5NF的關系模式，當且僅當R的每一個非平凡連接依賴都被R的候選碼所蘊含，即從4NF中消除非候選碼所蘊含的連接依賴為5NF;

　　7、總結：

　　(1) 范式表達了關系模式滿足的條件，也是衡量關系模式設計優(yōu)劣的標準;

　　(2) 利用范式進行規(guī)范化設計的目的是消除數(shù)據(jù)冗余，避免出現(xiàn)異常，使結構更合理;

　　(3) 規(guī)范化設計的基本過程是對關系進行的分解，消除屬性間不合理的數(shù)據(jù)依賴，用一組等價的子關系代替原有的關系;

　　(4) 數(shù)據(jù)庫規(guī)范化的程序越高，其關系表就越多，從而增加了表之間連接運算的代價，影響了數(shù)據(jù)庫的執(zhí)行速度和性能。所以通常關系模式規(guī)范化工作僅做到3NF，這樣既使關系中不合理的屬性基本消除，規(guī)范化程度也不太高，保證數(shù)據(jù)庫有較好的性能。

　　5.4 數(shù)據(jù)庫模式設計

　　5.4.1 初始關系模式的設計

　　1、把ER圖轉換成關系模式：

　　(1) 把ER模型中的每個實體集轉換成一個同名的關系，實體集的屬性就是關系的屬性，實體集的碼就是關系的碼;

　　(2) 把ER模型中的每個聯(lián)系轉換成一個關系，與該聯(lián)系相連的各實體集的碼以及聯(lián)系的屬性轉換成為關系的屬性。

　　(A) 若聯(lián)系為1：1，則每個實體集的碼均是該關系的候選碼;

　　(B) 若聯(lián)系為1：n，則關系的碼為n端實體集的碼;

　　(3) 合并具有相同碼的關系

　　2、檢查確認對象：檢查轉換后的每個關系名和屬性名是否符合數(shù)據(jù)庫設計關于統(tǒng)一命名的約定;

　　5.4.2 優(yōu)化關系模式

　　1、模式分解原則：

　　(1) 分解具有無損連接性：分解后的關系能夠恢復成原來的關系;