关系数据库设计范式 PPT课件
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关系数据库模型与关系数据库设计精品PPT课件
– 域（Domain）
属性的取值范围。
– 关系模式
是对关系的描述，格式如下： 关系名（属性1，属性2，…，属性n） 学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）
关系数据模型的数据结构
实体及实体间的联系的表示方法
– 实体型：直接用关系（二维表）表示。 – 属性：用属性名（列名）表示。 – 一对一联系：隐含在实体对应的关系中。 – 一对多联系：隐含在实体对应的关系中。 – 多对多联系：直接用关系表示。
4
数据结构
4
编译
4
PASC AL 2
性别
女 男 男 女 男
班级代号 年龄
1001
19
1001
20
1001
20
1002
20
1002
19
学生选课
学号
课程号
成绩
801
04
92
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03
78
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02
85
802
03
82
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04
90
803
04
88
2.1.2关系模型的数据操纵
查询、插入、删除、更新 数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都
是关系，即若干元组的集合
2.1.3关系模型的完整性约束
实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性
1. 实体完整性
实体完整性规则（Entity Integrity） 若属性A是基本关系R的主属性，则属性 A不能取空值 例：学生（学号，姓名，年龄，性别，班级代号）
实体完整性(续)
关系模型必须遵守实体完整性规则的原因 (1) 实体完整性规则是针对基本关系而言的。一个基本表通常对应现
关系数据模型的数据结构(续)
属性的取值范围。
– 关系模式
是对关系的描述，格式如下： 关系名（属性1，属性2，…，属性n） 学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）
关系数据模型的数据结构
实体及实体间的联系的表示方法
– 实体型：直接用关系（二维表）表示。 – 属性：用属性名（列名）表示。 – 一对一联系：隐含在实体对应的关系中。 – 一对多联系：隐含在实体对应的关系中。 – 多对多联系：直接用关系表示。
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数据结构
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编译
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性别
女 男 男 女 男
班级代号 年龄
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学生选课
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2.1.2关系模型的数据操纵
查询、插入、删除、更新 数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都
是关系，即若干元组的集合
2.1.3关系模型的完整性约束
实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性
1. 实体完整性
实体完整性规则（Entity Integrity） 若属性A是基本关系R的主属性，则属性 A不能取空值 例：学生（学号，姓名，年龄，性别，班级代号）
实体完整性(续)
关系模型必须遵守实体完整性规则的原因 (1) 实体完整性规则是针对基本关系而言的。一个基本表通常对应现
关系数据模型的数据结构(续)
第5章 关系数据库设计PPT教学课件
• 对于例5-1，分解为三个新的关系模式：
学生-系（学号，姓名，系名） 学生成绩（学号，课程号，成绩）
系-系主任（系名，系主任名）
2020/12/11
5
• 那么如何判断分解后的三个关系模式是否是 “好”模式呢？
• 这就需要从理论上来解决这个关系数据库的 逻辑设计问题。
• 这个理论就是关系规范化理论，通过分解关 系模式来消除其中不合适的数据依赖，以解 决插入异常、删除异常、更新异常和数据冗 余问题。
• 关系数据库设计需要找到一个“好”的 关系模式，避免数据冗余、避免数据更 新时的各种异常。
2020/12/11
2
5.1 关系数据库设计中出现的问题
【例5-1】试分析以下关系模式是否存在问题。
学生信息（学号，姓名，系名，系主任名， 课程号，成绩），
该关系模式包含如下语义：书71页
通过分析，确定主键为（学号，课程号），但 这是一个“不好”的关系模式。该关系模式主 要存在以下问题：
2020/12/11
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5.3关系模式的规范化
1、第一范式 定义8 如果一个关系模式R的所有属性都是不
可分的基本数据项，则R∈1NF。
2020/12/11
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2、第二范式
定义11 如果R∈1NF，且每一个非主属性完全 函数依赖于候选码，则R∈2NF。
• 由定义可以看出2NF在1NF基础上消除了非主 属性对候选码的部分函数依赖。
• 因此，关系模式学生-系不属于第三范式。将
其投影分解，将传递依赖的属性分离出来。分 解为：
学生（学号，姓名，系名）
系（系名，系主任名）
2020/12/11
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5.4 数据库设计过程
• 数据库设计是软件工程的一个部分，主 要包括6个阶段：需求分析阶段、概念 结构设计阶段、逻辑结构设计阶段、数 据库物理设计阶段、数据库实施阶段、 数据库运行和维护阶段。
学生-系（学号，姓名，系名） 学生成绩（学号，课程号，成绩）
系-系主任（系名，系主任名）
2020/12/11
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• 那么如何判断分解后的三个关系模式是否是 “好”模式呢？
• 这就需要从理论上来解决这个关系数据库的 逻辑设计问题。
• 这个理论就是关系规范化理论，通过分解关 系模式来消除其中不合适的数据依赖，以解 决插入异常、删除异常、更新异常和数据冗 余问题。
• 关系数据库设计需要找到一个“好”的 关系模式，避免数据冗余、避免数据更 新时的各种异常。
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5.1 关系数据库设计中出现的问题
【例5-1】试分析以下关系模式是否存在问题。
学生信息（学号，姓名，系名，系主任名， 课程号，成绩），
该关系模式包含如下语义：书71页
通过分析，确定主键为（学号，课程号），但 这是一个“不好”的关系模式。该关系模式主 要存在以下问题：
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5.3关系模式的规范化
1、第一范式 定义8 如果一个关系模式R的所有属性都是不
可分的基本数据项，则R∈1NF。
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2、第二范式
定义11 如果R∈1NF，且每一个非主属性完全 函数依赖于候选码，则R∈2NF。
• 由定义可以看出2NF在1NF基础上消除了非主 属性对候选码的部分函数依赖。
• 因此，关系模式学生-系不属于第三范式。将
其投影分解，将传递依赖的属性分离出来。分 解为：
学生（学号，姓名，系名）
系（系名，系主任名）
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5.4 数据库设计过程
• 数据库设计是软件工程的一个部分，主 要包括6个阶段：需求分析阶段、概念 结构设计阶段、逻辑结构设计阶段、数 据库物理设计阶段、数据库实施阶段、 数据库运行和维护阶段。
第2章关系数据库设计理论PPT课件
R ABC 123 456 789
S ABC 123 258 704
T ABC 456 789
3、交运算（Intersection） 设有关系R和S，它们具有相同的关系模式，
并且对应属性的作用域相同，R与S的交运算结 果生成一个新的关系，由既属于R同时也属于S 的元组组成。记作：
R∩S={t|t∈R∧t∈S}
▲关系操作集合 ➢选择、投影、连接 ➢并、差、交、除 ➢插入、删除、更新、查询
▲关系的完整性约束 ➢关系模型的数据完整性是指数据库中数据的
正确性、相容性和一致性。 ➢数据的完整性由完整性规则来维护，关系模
型的完整性规则是对关系的某种约束，也称为完 整性约束。
➢完整性性约束是为了保证数据库中数据的完 整性对关系模型提出的某种约束条件和规则。
▲关键字（码、键）
能唯一识别一个元组的属性或属性的组合称为 该关系的关键字（在数据表中即为字段或字段的 组合）。
关键字可分为：
➢候选关键字（候选码）
如果一个关系关系中的一个关键字移去了其中 任何一个属性，它就不再是这个关系的关键字， 则称这样的关键字为该关系的候选关键字。
➢主关键字（主码）
一个关系中往往有多个候选关键字，若选定其 中一个用来唯一标识该关系的元组，则称这个被 指定的关键字为该关系的主关键字。
Select gh , xm , zc From js （2）从kc表中查询kcdm和kcmc信息。
Select kcdm , kcmc From kc
3、笛卡尔积运算（Cartrdisn Product）
若需对两个结构不同的关系模式进行合并操作，
则可以用笛卡尔积表示。设关系R有n个属性、p行
R ABC 123 456 789
关系数据库设计理论PPT教学课件
2020/12/09
3
2.1.2 关系模型 关系模型是用二维表格结构来表示实体及实体间
联系的模型。 关系模型由关系数据结构、关系操作集合和完整
性规则三部分组成。
关系模型的特点： (1) 关系必须规范化，指关系模型中的每一个关系 模式都必须满足一定的要求； (2) 模型概念单一； (3) 集合操作，操作对象和结果都是元组的集合， 即关系。
3. 集合的交运算 设有关系R、S(R、S具有相同的关系模式)，二者的“交”运
算定义为： R∩S={ t|t ∈ R ∧ t ∈ S } 式中“∩”为交运算符，结果R∩S为一个新的与R、S同类的
关系，该关系是由属于R而且属于S的元组构成的集合，即两者所 有的相同的那些元组的集合。
2020/12/09
关系的描述称为关系模式(relation schema)。它可以形式化 地表示为：
R(U，D，Dom，F) 其中R为关系名，U为组成关系的属性名集合，D为属性组 U中属性所来自的域，Dom为属性向域的映像集合，F为属性 间数据依赖关系的集合。
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2.3 关系代数
关系数据操作就是关系的运算。关系的基本运算有两类：传 统的集合运算(并、交、差等)和专门的关系运算(选择、投影、联 接)，关系数据库进行数据查询时有时需要几个基本运算的组合。
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2.2 关系数据结构及形式化表示
在关系模型中，无论是实体还是实体之间的联系都由单一 的结构类型关系来表示。
2.2.1 关系数据结构
(1) 笛卡儿积(Cartesian Product) 设有一组域D1，D2，…，Dn，这些域可以部分或者全部相同。 域D1，D2，…，Dn的笛卡儿积定义为如下集合： D1×D2 × … × Dn={(d1,d2, …,dn)|di∈Di，i=1，2， …，n} 其中每一个元素(d1,d2, …,dn)称为一个n元组(或简称元组)，元素 中的每一个值称为一个分量。
最新数据库第6章-关系范式规范化理论ppt课件
数据库第6章-关系范式规范 化理论
6. 关系数据理论
6.1 问题的提出 6.2 规范化
6.1 问题的提出
关系数据库的逻辑设计
针对具体问题，如何构造一个适合于它的数 据模式 数据库逻辑设计的工具──关系数据库的规 范化理论
二、关系模式的形式化定义
一个关系模式由五部分组成，即是一个五元组： R（U， D， DOM， F）
解决方法如下：
☺把关系模式 S <U, F>分解为3个关系模式：
S（Sno，Sdept，Sno Sdept）； SG（Sno,Cname,Grade,(Sno,Cname)Grade)；
Dept（Sdept，Mname，SdeptMname）
6.2 规范化
规范化理论 正是用来改造关系模式，通过分解 关系模式来消除其中不合适的数据依赖，以解 决插入异常、删除异常，和数据冗余问题。
1. 数据冗余太大 ➢ 在每个学生元组中，系主任姓名重复出现浪费大量存储
空间
☺另外，如果某个系的系主任换人了，就要更改每个学生
的元组，维护代价很大
2. 插入异常
☺如果一个系刚成立尚无学生（没有Sno），就无法把这个
系及其系主任的信息存入数据库
3. 删除异常
☺如果某个系的学生全部毕业了，Sno将被全部删除，同时
规范化：通过分析关系（关系模式）中存在的 弱点，将该关系分解为若干个高一级的关系。
范式：关系规范化的程度称为范式，1NF， 2NF，3NF，BCNF
6.2.1 函数依赖
一、函数依赖 二、平凡函数依赖与非平凡函数依赖 三、完全函数依赖与部分函数依赖 四、传递函数依赖
一、函数依赖
定义6.1 设R(U)是一个属性集U上的关系模式 ,X和Y是U的子集。 若对于R(U)的任意一个可 能的关系r，r中不可能存在两个元组在X上的 属性值相等， 而在Y上的属性值不等， 则称 “X函数确定Y” 或 “Y函数依赖于X”，记作 X→Y。
6. 关系数据理论
6.1 问题的提出 6.2 规范化
6.1 问题的提出
关系数据库的逻辑设计
针对具体问题，如何构造一个适合于它的数 据模式 数据库逻辑设计的工具──关系数据库的规 范化理论
二、关系模式的形式化定义
一个关系模式由五部分组成，即是一个五元组： R（U， D， DOM， F）
解决方法如下：
☺把关系模式 S <U, F>分解为3个关系模式：
S（Sno，Sdept，Sno Sdept）； SG（Sno,Cname,Grade,(Sno,Cname)Grade)；
Dept（Sdept，Mname，SdeptMname）
6.2 规范化
规范化理论 正是用来改造关系模式，通过分解 关系模式来消除其中不合适的数据依赖，以解 决插入异常、删除异常，和数据冗余问题。
1. 数据冗余太大 ➢ 在每个学生元组中，系主任姓名重复出现浪费大量存储
空间
☺另外，如果某个系的系主任换人了，就要更改每个学生
的元组，维护代价很大
2. 插入异常
☺如果一个系刚成立尚无学生（没有Sno），就无法把这个
系及其系主任的信息存入数据库
3. 删除异常
☺如果某个系的学生全部毕业了，Sno将被全部删除，同时
规范化：通过分析关系（关系模式）中存在的 弱点，将该关系分解为若干个高一级的关系。
范式：关系规范化的程度称为范式，1NF， 2NF，3NF，BCNF
6.2.1 函数依赖
一、函数依赖 二、平凡函数依赖与非平凡函数依赖 三、完全函数依赖与部分函数依赖 四、传递函数依赖
一、函数依赖
定义6.1 设R(U)是一个属性集U上的关系模式 ,X和Y是U的子集。 若对于R(U)的任意一个可 能的关系r，r中不可能存在两个元组在X上的 属性值相等， 而在Y上的属性值不等， 则称 “X函数确定Y” 或 “Y函数依赖于X”，记作 X→Y。
数据库第四章 关系数据库设计理论PPT课件
影响数据库模式的主要是U和F，因此，关系简化三元 组为R（U，F）
4-
5
4.1 数据依赖
4.1.1 关系模式的形式化定义 4.1.2 函数依赖与存储异常 4.1.3 有关概念
4-
6
4.1.2 函数依赖与存储异常
数据依赖：通过一个关系中属性间值的相等与 否体现出来的数据间的相互关系的抽象，是数 据内在的性质，是语义的体现。
4-
20
4.2.1 1NF
例.SCL(Sno,Sdept,Sloc学生住处,Cno,Grade)假 设每个系学生住在同一地方.
该关系满足1NF
存在问题:
(1)插入异常 若要插入
3.插入异常:如一个系刚成立,尚无学生,则无法把系信息 存入
4.删除异常:如某系学生全毕业,学生全删,则系信息也丢 了.
鉴于以上种种,Student不是一个好的模式
以上四个问题称为存储异常
4-
9
4.1.2 函数依赖与存储异常
一个”好”的模式应当不会发生存储来自常：插入异常 更新异常 删除异常 数据冗余多
Y X,YZ, 则称Z对X传递函数依赖；
例：上例中SnoSdept SdeptMname 则 SnoMname
4-
15
4.1.3 有关概念
5.码（关键字） 定义:设K为R<U,F>中的属性或属性组合，若 K F U，则K为R的侯选码(Candidate key). 若
侯选码多于一个，则选定其中的一个为主码 (Primary key). 例：student中Sno F U（完全决定），则Sno为 主关键字
(Sno,Cname)Grade
4-
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4.1.2 函数依赖与存储异常
4-
5
4.1 数据依赖
4.1.1 关系模式的形式化定义 4.1.2 函数依赖与存储异常 4.1.3 有关概念
4-
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4.1.2 函数依赖与存储异常
数据依赖：通过一个关系中属性间值的相等与 否体现出来的数据间的相互关系的抽象，是数 据内在的性质，是语义的体现。
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4.2.1 1NF
例.SCL(Sno,Sdept,Sloc学生住处,Cno,Grade)假 设每个系学生住在同一地方.
该关系满足1NF
存在问题:
(1)插入异常 若要插入
3.插入异常:如一个系刚成立,尚无学生,则无法把系信息 存入
4.删除异常:如某系学生全毕业,学生全删,则系信息也丢 了.
鉴于以上种种,Student不是一个好的模式
以上四个问题称为存储异常
4-
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4.1.2 函数依赖与存储异常
一个”好”的模式应当不会发生存储来自常：插入异常 更新异常 删除异常 数据冗余多
Y X,YZ, 则称Z对X传递函数依赖；
例：上例中SnoSdept SdeptMname 则 SnoMname
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4.1.3 有关概念
5.码（关键字） 定义:设K为R<U,F>中的属性或属性组合，若 K F U，则K为R的侯选码(Candidate key). 若
侯选码多于一个，则选定其中的一个为主码 (Primary key). 例：student中Sno F U（完全决定），则Sno为 主关键字
(Sno,Cname)Grade
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4.1.2 函数依赖与存储异常
第3章关系数据库设计原理精品PPT课件
数据库管理系统
现实世界随着时间在不断地变化，因而在不同的时 刻，关系模式的关系也会有所变化。但是，现实世界的 许多已有事实限定了关系模式所有可能的关系必须满足 一定的完整性约束条件。
这些约束或者通过对属性取值范围的限定，或者通过 属性值间的相互关连(主要体现于值的相等与否)反映出 来。后者称为数据依赖，它是数据模式设计的关键，关 系模式应当刻划这些完整性约束条件。
数据的冗余度尽量低。 不出现插入、删除等操作异常； 能尽量如实反映现实世界的实际情况，而且又 易懂。 这就要求研究关系模式中各属性之间的依赖关 系，及其对关系模式性能的影响，探讨关系模式应 满足什么样的约束，这就是关系规范化的目的。
数பைடு நூலகம்库管理系统
关键字
学号 姓名 SNO sname
2001 李样
年龄 系 系主任 课程号
Cname)→Grade }
数据库管理系统
我们就得到了一个描述学校的数据库模式S〈U，F 〉：
U = { Sno，Sdept，Mname，Cname， Grade }
F = { Sno→Sdept，Sdept→Mname，(Sno ，Cname)→Grade }
数据库管理系统
3.2关系的规范化
设计一个的关系数据库，首先要定义一组关系， 这组关系定义的好，系统的性能就好，定义的差， 系统的性能就差。一般的设计原则是：
同样课程信息的操作也存在着插入异常、删除异常和数 据冗余。
数据库管理系统
上述问题出现的原因
上述问题的出现是因为在学生关系的属性之间存在
着数据依赖。
该关系的关键字是SNO（学号）+CNO（课程号）
属性dept(系)和mn（系主任）仅与SNO（学号）有关
第七章关系数据库设计精品PPT课件
❖ 在bor_loan模式中，loan_number不是候选 码，loan的amount将会被重复。也就是说， 我们需要分解bor_loan
S.J.T.U.
更小的模式 (续…)
❖ 并不是所有的分解都是有益的，假定我们将 employee分解为：
▪ employee1 = (employee_id, employee_name) ▪ employee2 = (employee_name, telephone_number,
▪ 范例：customer_street customer_city
S.J.T.U.
子的 ▪ 这种做法并不好：使得解析信息的工作将由应用程序
完成，而不是数据库。
S.J.T.U.
目标：设计以下理论
❖ 判断一个关系R是否属于良好的范式 ❖ 关系R不属于良好范式的情况：将其分解为关系
集合{R1, R2, ..., Rn} ：
▪ 其中每个关系均属于良好的范式 ▪ 分解是无损的
❖ 我们的理论基于：
❖ 无冗余
S.J.T.U.
更小的模式
❖ 假定我们开始得到的是bor_loan模式，我们应 如何将其分解为borrower和loan？
❖ 写一条规则“如果存在模式(loan_number, amount)，则loan_number应该是候选码”
❖ 表示为函数依赖：
▪ loan_number amount
关系数据库设计
S.J.T.U.
关系数据库设计
❖ 好的关系设计的特点 ❖ 原子域和第一范式 ❖ 使用函数依赖的分解 ❖ 函数依赖理论 ❖ 分解的算法 ❖ 使用多值依赖的分解 ❖ 更多的范式 ❖ 数据库设计过程 ❖ 时态数据建模
S.J.T.U.
S.J.T.U.
更小的模式 (续…)
❖ 并不是所有的分解都是有益的，假定我们将 employee分解为：
▪ employee1 = (employee_id, employee_name) ▪ employee2 = (employee_name, telephone_number,
▪ 范例：customer_street customer_city
S.J.T.U.
子的 ▪ 这种做法并不好：使得解析信息的工作将由应用程序
完成，而不是数据库。
S.J.T.U.
目标：设计以下理论
❖ 判断一个关系R是否属于良好的范式 ❖ 关系R不属于良好范式的情况：将其分解为关系
集合{R1, R2, ..., Rn} ：
▪ 其中每个关系均属于良好的范式 ▪ 分解是无损的
❖ 我们的理论基于：
❖ 无冗余
S.J.T.U.
更小的模式
❖ 假定我们开始得到的是bor_loan模式，我们应 如何将其分解为borrower和loan？
❖ 写一条规则“如果存在模式(loan_number, amount)，则loan_number应该是候选码”
❖ 表示为函数依赖：
▪ loan_number amount
关系数据库设计
S.J.T.U.
关系数据库设计
❖ 好的关系设计的特点 ❖ 原子域和第一范式 ❖ 使用函数依赖的分解 ❖ 函数依赖理论 ❖ 分解的算法 ❖ 使用多值依赖的分解 ❖ 更多的范式 ❖ 数据库设计过程 ❖ 时态数据建模
S.J.T.U.