THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ

THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ

CHƯƠNG 4

THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ

“Làm thế nào để có một cơ sở dữ liệu tốt?”

Quá trình thiết kế CSDL

Thế giới thực

Tập hợp các yêu cầu

và phân tích Các yêu cầu CSDL Thiết kế khái niệm

Lược đồ logic (trong một mô hình dữ liệu bậc cao) Ánh xạ mô hình dữ liệu

Lược đồ khái niệm (trong mô hình dữ liệu của một DBMS cụ thể )

Cần loại bỏ dư thừa dữ liệu

Khi dư thừa dữ liệu dẫn đến những khó khăn khi cập nhật dữ liệu

Phụ thuộc hàm

Dạng dư thừa dữ liệu thường gặp

Hệ qui tắc suy diễn Amstrong

A1 Phản xạ (Reflexivity)

Nếu Y ⊆ X thì X→Y

A2 Tăng trưởng (Augmentation)

Nếu X→Y thì mọi Z⊆U, XZ→YZ

A3 Bắc cầu (Transitivity)

Nếu X→Y và Y→Z thì X→Z

Hệ tiên đề Armstrong là đúng và đủ

Các qui tắc suy diễn bổ sung

Quy tắc hợp (the union rule)

Nếu {X→Y, X→Z} đúng thì X→YZ đúng

Quy tắc giả bắc cầu (the pseudotransitivity rule)

{X→Y, WY→Z} đúng thì WX→Z đúng

Quy tắc tách (the decomposition rule)

Nếu (X→Y) đúng và Z⊆Y thì X→Z đúng

Tập phụ thuộc hàm tối tiểu

F và G là tương đương nếu F+=G+, ký hiệu F~G

Có thể kiểm tra được F và G, tập nào phủ tập nào và chúng

có tương đương hay không (tính X+)

Định lí 7.9:

Cho tập phụ thuộc hàm F luôn tìm được phủ tối tiểu của F

Tập phụ thuộc hàm tối tiểu

Tập PTH F là tối tiểu nếu:

1 Vế phải của mỗi phụ thuộc trong F gồm đúng một thuộc

tính

2 Không thể bỏ đi một phụ thuộc nào trong F mà vẫn thu

được một tập phụ thuộc tương đương với nó

3 Không thể bỏ đi bất kỳ một thuộc tính nào ở vế trái của

một phụ thuộc nào trong F mà vẫn thu được một tập phụthuộc tương đương với nó

Tập phụ thuộc hàm tối tiểu

Cho F = {A→B, B→A, A→C, C→A, B→C}

Có thể tìm được hai tập phụ thuộc tối tiểu tương đương với FF1 = {A→B, B→C, C→A}

F2 = {A→B, B→A, A→C, C→A}

Phép tách các lược đồ quan hệ

Việc tách một lược đồ quan hệ trước hết là thay thế tập U các thuộc tính bằng những tập con U1, U2,…, Uk của nósao cho

U = U1 ∪ U2 ∪…∪ Uk

Chú ý rằng ở đây, ta không đòi hỏi U1, U2,…, Uk phải rời nhau

Phép tách các lược đồ quan hệ

Ta sử dụng một số ký hiệu sau:

Dấu hoa thị (*) ký hiệu phép kết nối tự nhiên trên giao của hai

tập thuộc tính

ρ = (R1, R2,…, Rk) hay ρ = (U1, U2,…, Uk) là phép tách lược

đồ quan hệ trên U thành các lược đồ con tương ứng với các tập con thuộc tính U1, U2,…, Uk

ri = là hình chiếu của quan hệ r lên tập con thuộc tính Ui

mρ(r) = r1 * r2 *… * rk là kết quả của phép kết nối tự nhiên của

các hình chiếu của r lên các tập con thuộc tính trong

phép tách ρ

Phép tách các lược đồ quan hệ

Phép tách U thành {U1, U2,…, Uk} được gọi là

kết nối không thất thoát (hay ngắn gọn là LJ ) nếu với mỗi quan hệ r của lược đồ này, ta đều có

r = r1 * r2 *… * rk = m ρ(r)

Tách kết nối không mất thông tin

Kiểm tra được tính kết nối không thất thoát của một phép tách (thuật toán 3.2)

Tách kết nối không mất thông tin

Tập các phụ thuộc hàm là: A→C, B→C, C→D, DE→C, CE→A

Tách kết nối không mất thông tin

Tập các phụ thuộc hàm là: A→C, B→C, C→D, DE→C, CE→A

Phép tách các lược đồ

Mặc dù là những tính chất quan trọng của phép tách lược đồ

quan hệ nhưng một phép tách có thể thoả mãn tính

chất này nhưng lại không thoả mãn tính chất kia

Chẳng hạn, phép tách lược đồ quan hệ 〈ABCD, {A→B, C→D}〉

thành hai lược đồ 〈AB, {A→B}〉 và 〈CD, {C→D}〉 là phép tách bảo toàn phụ thuộc nhưng không phải là phép tách với kết nối không thất thoát

phép tách các lược đồ

Ta xét lược đồ CSZ với ba thuộc tính C (City), S (Street)

và Z (Zip code) và tập phụ thuộc hàm F = {CS→Z, Z→C}

Từ phụ thuộc hàm Z→C hay CS∩CZ→CS−CZ suy ra

rằng

phép tách CSZ thành hai lược đồ CS và CZ có tính chất kết nối không mất thông tin

nhưng không có tính chất bảo toàn phụ thuộc

1NF

Cho lược đồ quan hệ R = 〈U, F〉 với khoá K

R được gọi là thuộc dạng chuẩn thứ hai (2NF)

nếu nó thuộc dạng chuẩn thứ nhất và

(X→Y), (Y→A), và không có (Y→X)

Lược đồ quan hệ R = 〈U, F〉 được gọi là thuộc dạng

chuẩn Boyce-Codd (BCNF) nếu từ (X→A) đúng trong R

và A∉X kéo theo X là siêu khoá

Định lý 7.12

Nếu lược đồ quan hệ R = 〈U, F〉 thuộc dạng chuẩn

Boyce-Codd (BCNF) thì nó thuộc dạng chuẩn thứ ba

Chuẩn hoá lược đồ quan hệ

Bổ đề 7.7: Giả sử R = 〈U, F〉 là một lược đồ quan hệ và

ρ = (R1, R2,… Ri , Rk) là một phép tách của R, trong đó ∀i, Ri = 〈Ui, Fi〉.

Giả sử ρ là kết nối không thất thoát Khi đó, nếu thay thế lược đồ Ri trong ρ

bởi S1, S2,…, Sm , với σ = (S1, S2,…, Sm) là phép tách kết nối

không thất thoát của Ri thì phép tách τ = (R1, R2,…, Ri-1, S1, S2,…,

Sm, Ri+1,…, Rk) thu được cũng là kết nối không thất thoát

Giả sử ρ là kết nối không thất thoát Nếu bổ sung vào ρ một số lược đồ

quan hệ trên U ( Rk+1,…,Rn ) thì phép tách

τ = (R1, R2,…, Rk, Rk+1,…,Rn ) thu được cũng là kết nối không thất thoát.

Chuẩn hoá lược đồ quan hệ

Ví dụ

Tách để đưa lược đồ về chuẩn BCNF (trang 33)

Phép tách bảo toàn phụ thuộc thành 3NF

Nếu có những thuộc tính không xuất hiện trong bất kỳ một phụ thuộc hàm

nào của F, ở cả vế trái lẫn vế phải thì ta xác định một lược đồ quan

hệ gồm những thuộc tính này rồi xoá chúng khỏi U.

Nếu một trong các phụ thuộc hàm của F chứa toàn thể các thuộc tính của

U thì phép tách cần tìm chỉ gồm R.

Trường hợp còn lại, phép tách kết quả gồm các lược đồ ứng với các tập

thuộc tính có dạng XA, trong đó mỗi phụ thuộc hàm X→A là thuộc F

Tuy vậy, nếu xảy ra tình huống X→A1, X→A2,…, X→Ak cùng thuộc F thì

thay cho các lược đồ với tập thuộc tính dạng XAi, ta sử dụng lược đồ ứng với tập thuộc tính XA1A2…Ak vì rõ ràng sự thay thế này cho kết

Tỏch vừa là LJ vừa bảo toàn phụ thuộc

Định lý 7.14 Cho R(U) là một l−ợc đồ quan hệ, trong đó tập thuộc tính U =

{A1, A2, ,An} và F là tập các phụ thuộc hàm xác định trên R Không giảm tổng quát, giả sử F là một phủ tối tiểu có dạng:

F = {Yj → Aij ⏐j=1, 2, , m}.

Gọi X là một khoá của l−ợc đồ R(U, F) Khi đó phép tách:

ρ = (Y1Ai1, Y2Ai2, , YmAim , X)

là một phép tách của R, thỏa mãn ba tính chất sau:

z ρ là một phép tách bảo toàn thông tin;

z ρ là một phép tách bảo toàn tập F;

z Các l−ợc đồ con trong ρ đều ở 3NF.

Phụ thuộc đa trị

NÕu X → Y tho¶ trªn r th× X →→ Y còng tho¶ trªn r

−ợc đồ quan hệ TBK(CTHRSG) cho ở ví dụ 7.17 cùng với tập D các phụ

phụ thuộc đa trị nh− sau:

→T Mỗi lớp học phần do một giảng viên chịu trách nhiệm.

→C Tại mỗi phòng học, trong mỗi giờ học chỉ có một lớp học phần.

→R Tại mỗi giờ học, mỗi giảng viên chỉ có thể dạy đ−ợc ở một phòng học.

→G Đối với mỗi lớp học phần, mỗi sinh viên chỉ có một điểm đánh giá.

→R Tại mỗi giờ học, mỗi sinh viên chỉ có mặt ở một phòng học.

→→HR Tập các cặp phòng-giờ học đ−ợc xác định theo mỗi học phần mà

thuộc gì vào bất cứ thuộc tính nào khác

Ví dụ tách LJ đ−a về 4NF

z Xét thấy C →→ HR vi phạm 4NF, do vậy tách TBK thành (CHR) và (CTSG) L−ợc đồ con (CHR) có khóa là HR đã ở dạng chuẩn bốn L−ợc đồ (CTSG) có khóa là CS ch−a ở dạng chuẩn bốn vì có C →→ T ( suy ra từ C → T) vi phạm chuẩn