giáo trình Cơ sở dữ liệu

3 LỜI GIỚI THIỆU Cơ sở dữ liệu là môn học cơ sở chuyên ngành quan trọng của chuyên ngành Công nghệ thông tin Mục đích của giáo trình Cơ sở dữ liệu này là nhằm chuẩn hóa tài liệu học tập cho sinh viên. giáo trình Cơ sở dữ liệu giáo trình Cơ sở dữ liệu

LỜI GIỚI THIỆU Cơ sở liệu môn học sở chuyên ngành quan trọng chuyên ngành Công nghệ thơng tin Mục đích giáo trình Cơ sở liệu nhằm chuẩn hóa tài liệu học tập cho sinh viên hệ cao đẳng nghề chuyên ngành CNTT, đồng thời tài liệu tham khảo chuyên ngành khác lĩnh vực Tin học Giáo trình giúp học viên tiếp cận vấn đề cốt lõi mặt lý thuyết: định nghĩa, khái niệm, hệ quả, định lý, giải thuật, từđó áp dụng vào tốn thực tế thiết kế chuẩn hóa sở liệu nói riêng thiết kế hệ thống thơng tin nói chung Giáo trình khơng sâu vào việc chứng minh định lý mà trọng đến việc giải thích ý nghĩa thực tế công thức lý thuyết để từ hướng dẫn học viên cách tiếp cận tư logic, nắm vững kỹ thuật tính tốn bước triển khai giải toán thực tế khía cạnh cơng nghệ Nội dung giáo trình chia làm chương: Chương 1: Giới thiệu khái niệm mơ hình sở liệu Tìm hiểu mơ hình thực thể kết hợp Chương II: Giới thiệu mơ hình liệu quan hệ, quy tắc chuyển đổi từ mơ hình ER sang mơ hình liệu quan hệ Ngồi chương cịn trình bày quy tắc, phép tốn ngơn ngữ đại số quan hệ Chương III: Trình bày ngôn ngữ truy vấn liệu quan hệ (SQL), chủ yếu câu lệnh truy vấn Select mệnh đề kết hợp với câu lệnh Chương IV: Khái lược ràng buộc toàn vẹn Chương V: Đi sâu vào số khái niệm như: phụ thuộc hàm, khóa, bao đóng, dạng chuẩn, Tìm hiểu giới thiệu số thuật tốn liên quan đến tìm khóa hay cách xác định dạng chuẩn cho lược đồ quan hệ Đây chương đóng vai trị quan trọng việc tư logic, giúp q trình thiết kế chuẩn hóa sở liệu rõ ràng xác Ngồi ra, giáo trình cịn trình bày thêm vấn đề thiết kế sở liệu kỹ thuật phân rã theo chuẩn chuẩn BC Sau chương có tập hướng dẫn tập tự làm Hy vọng sách tài liệu tham khảo hữu ích cho đồng nghiệp giảng dạy, nghiên cứu lĩnh vực có liên quan Rất mong nhận nhiều ý kiến đóng góp, trao đổi bạn đọc Xin chân thành cảm ơn! Hà Nam, ngày … tháng … năm 2020 “Ký ghi rõ họ tên” Biên soạn: Bùi Thị Thu Hằng MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Mục tiêu môn học: Error! Bookmark not defined Giới thiệu: 10 Mục tiêu: 10 Nội dung chính: 10 Một số khái niệm 10 1.1 Định nghĩa sở liệu 10 1.2 Ưu điêm sở liệu 10 1.3 Các đặc trưng phương pháp sở liệu 11 1.4 Các đối tượng sử dụng CSDL 11 1.5 Hệ Quản Trị Cơ Sở Dữ Liệu (Data Base Management System) 11 1.6 Các Ứng Dụng Của Cơ Sở Dữ Liệu 12 Các mơ hình liệu 12 Mơ hình thực thể kết hợp 13 3.1 Thực Thể (entity) 13 3.2 Thuộc tính (attribute) 13 3.3 Loại thực thể (entity type) 13 3.4 Khoá (key) 14 Ví dụ 1.1: 14 Sinhvien 15 3.5 Mối kết hợp (relationship) 15 Bản số mối kết hợp: 15 BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN 16 GỢI Ý BÀI TẬP 17 BÀI TẬP THAM KHẢO 17 Mục tiêu: 20 Nội dung chính: 20 1.1 Một số khái niệm 20 Thuộc tính 20 1.2 Lược Đồ Quan Hệ (relation schema) 21 1.3 Quan Hệ (relation) 21 1.4 Bộ (Tuple) 21 Chun mơ hình thực thê kêt hợp sang mơ hình liệu quan hệ 22 Ví dụ 2.1: 23 Ngôn ngữ đại số quan hệ 23 3.1 Phép Hợp quan hệ(Union) 23 3.2 Phép Giao quan hệ (Intersection) 24 3.3 Phép Trừ quan hệ (Minus) 24 3.4 Tích Decac quan hệ (Cartesian Product) 24 3.5 Phép chia quan hệ: 25 3.6 Phép Chiếu (projection) 26 3.7 Phép Chọn (Selection) 26 3.8 Phép - kết 27 Ai e Bj 27 3.9 Phép Kết Tự Nhiên (natural join) 27 BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN 28 GỢI Ý BÀI TẬP 29 Giới thiệu: 31 Mục tiêu: 31 Nội dung chính: 31 Mở đầu 31 Mục đích chuân SQL 31 Một ngôn ngữ quan hệ chuân SQL mang lại lợi ích sau đây: 32 Kiêu liệu 32 Tìm thông tin từ cột bảng - Mệnh đề Select 34 Chọn dòng bảng - Mệnh đề Where 35 Sắp xếp dòng bảng - Mệnh đề Order by 37 Câu lệnh truy vấn lồng 38 Gom nhóm liệu - mệnh đề Group by 42 BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN 43 BÀI TẬP THAM KHẢO 46 Giới thiệu: 48 Mục tiêu: 48 Nội dung chính: 48 Ràng buộc toàn vẹn 48 1.1 Khái niệm ràng buộc toàn vẹn 48 1.2 Các yếu tố ràng buộc toàn vẹn: 48 1.2.1 Điều kiện: 48 1.2.2 Bối cảnh: 49 1.2.3 Bảng tầm ảnh hưởng 49 Quy ước: 49 1.2.4 Hành động cần phải có phát có RBTV bị vi phạm: 50 Phân loại ràng buộc toàn vẹn: 50 Q1: Khach (MAKH, TENKH, DIACHIKH, DIENTHOAI) 50 Q2: Hang (MAHANG,TENHANG,QUYCACH, DVTINH) 50 Q3: Dathang (SODH,MAHANG, SLDAT, NGAYDH, MAKH) 51 Q4: Hoadon (SOHD, NGAYLAP, SODH, TRIGIAHD, NGAYXUAT) 51 Q5: Chitiethd (SOHD, MAHANG, GIABAN, SLBAN) 51 Q6: Phieuthu(SOPT, NGAYTHU, MAKH, SOTIEN) 52 2.1 Ràng buộc tồn vẹn có bối cảnh quan hệ 52 2.1.1 Ràng buộc toàn vẹn liên bộ: 52 2.1.2 Ràng buộc toàn vẹn miền giá trị: 52 2.1.3 Ràng buộc tồn vẹn liên thuộc tính: 55 2.2 Ràng buộc toàn vẹn có bối cảnh nhiều quan hệ: 55 2.2.1 Ràng buộc toàn vẹn khóa ngoại: 55 2.2.2 Ràng buộc toàn vẹn liên thuộc tính liên quan hệ: 55 2.2.3 Ràng buộc toàn vẹn liên liên quan hệ: 56 BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN: 57 BÀI TẬP THAM KHẢO: 58 Giới thiệu: 58 Mục tiêu: 58 Nội dung chính: 59 Các vấn đề gặp phải tổ chức liệu: 59 Phụ thuộc hàm 59 2.1 Định nghĩa phụ thuộc hàm 59 2.2 Cách xác định phụ thuộc hàm cho lược đồ quan hệ 60 2.3 Một số tính chất phụ thuộc hàm - hệ luật dẫn Armstrong 60 Bao đóng tập phụ thuộc hàm bao đóng tập thuộc tính 61 3.1 Bao đóng tập phụ thuộc hàm F 61 3.2 Bao đóng tập thuộc tính X 62 3.3 Bài toán thành viên 62 3.4 Thuật tốn tìm bao đóng tập thuộc tính 63 Khóa lược đồ quan hệ - số thuật tốn tìm khóa 64 4.1 Định nghĩa khóa quan hệ 64 4.2 Thuật tốn tìm khóa lược đồ quan hệ 64 4.3 Thuật tốn tìm tất khóa lược đồ quan hệ 65 Phủ tối thiếu 66 5.1 Tập phụ thuộc hàm tương đương 66 5.2 Phủ tối thiếu 67 5.2.1 Phụ thuộc hàm có vế trái dư thừa: 67 5.2.2 Tập phụ thuộc hàm có vế phải thuộc tính: 67 5.2.3 Tập phụ thuộc hàm không dư thừa: 68 5.3 Thuật tốn tìm phủ tối thiêu 68 Dạng chuẩn lược đồ quan hệ 68 6.1 Một số khái niệm liên quan đến dạng chuẩn 68 6.2 Dạng chuẩn (First Normal Form) 69 6.3 Dạng chuân (Second Normal Form) 69 6.4 Dạng chuân (Third Normal Form) 70 6.5 Dạng chuẩn BCNF (Boyce Codd Normal Form) 72 BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN: 75 BÀI TẬP THAM KHẢO: 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Cở sở liệu Mã số môn học: MH 10; Thời gian môn học: 60 giờ; (lý thuyết: 20 giờ; thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập: 37 giờ; kiểm tra: giờ) I Vị trí, tính chất mơn học - Vị trí : mơn học Cơ sở liệu bố trí sau hoc xong mơn Tin học, lập trình bản, tốn ứng dụng - Tính chất : mơn học kỹ thuật sở, thuộc môn học, mô đun đào tạo sở II Mục tiêu môn học - Về kiến thức: + Hiểu khái niệm, thuật ngữ sở liệu; + Sử dụng ngôn ngữ truy vấn liệu quan hệ thành thạo; + Biết dạng chuẩn chuẩn hóa tốn sở liệu trước cài đặt; - Về kỹ năng: + Thực dạng chuẩn chuẩn hóa toán sở liệu trước cài đặt; + Vận dụng mơ hình liệu sở liệu quan hệ vào việc thiết kế sở liệu áp dụng cho toán cụ thể thực tế; - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Có ý thức làm việc độc lập làm việc theo nhóm, giải cơng việc, vấn đề phức tạp đưa toán truy vấn liệu; + Đánh giá chất lượng sản phẩm kết thực thành viên nhóm sau hồn thành tập + Có trách nhiệm việc ứng dụng kiến thức tảng môn học nhằm phục vụ cho môn học sở chuyên ngành III Nội dung môn học Nội dung tổng quát phân phối thời gian : Thời gian Số TT Tên chương, mục Tổng số Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Chương 1: Tổng quan sở liệu Một số khái niệm Kiểm tra* (LT TH) Thời gian Số TT Tên chương, mục Tổng số Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Kiểm tra* (LT TH) 15 15 11 20 11 Các mơ hình liệu Mơ hình thực thể kết hợp Chương 2: Mơ hình liệu quan hệ Các khái niệm Chuyển mơ hình thực thể kết hợp sang mơ hình liệu quan hệ Ngơn ngữ đại số quan hệ Chương 3: Ngôn ngữ truy vấn liệu Mở đầu Tìm thơng tin từ cột – Mệnh đề Select Chọn dòng – Mệnh đề Where Sắp xếp dòng bảng – Mệnh đề Order by Câu lệnh truy vấn lồng Gom nhóm liệu – mệnh đề Group by Chương 4: Ràng buộc toàn vẹn Ràng buộc toàn vẹn Phân loại ràng buộc toàn vẹn Chương 5: Lý thuyết thiết kế sở liệu Các vấn đề gặp phải tổ chức liệu Các phụ thuộc hàm Bao đóng tập phụ thuộc hàm bao đóng tập thuộc tính Khóa lược đồ quan hệ - Một Thời gian Số TT Tên chương, mục Tổng số Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Kiểm tra* (LT TH) 60 20 37 số thuật tốn tìm khóa Phủ tối thiểu Dạng chuẩn lược đồ quan hệ Cộng: CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU Mã chương: MHCNTT 10.01 Giới thiệu: Bài học giới thiệu khái qt mơ hình liệu bản, thuật ngữ, khái niệm liên quan sở liệu Thông qua học người đọc hình dung vấn đề cần tiếp cận, khai thác môn học sở liệu Mục tiêu: - Trình bày sơ lược khái niệm sở liệu, mơ hình liệu - Trình bày chi tiết mơ hình thực thể kết hợp (ERD), phân tích liệu thiết kế mơ hình thực thể kết hợp - Thực thao tác an tồn với máy tính Nội dung chính: Một số khái niệm Mục tiêu: Trình bày sơ lược khái niệm sở liệu 1.1 Định nghĩa sở liệu Dữ liệu lưu trữ thiết bị lưu trữ theo cấu trúc để phục vụ cho nhiều người dùng với nhiều mục đích khác gọi sở liệu 1.2 Ưu điêm sở liệu - Giảm trùng lắp thơng tin xuống mức thấp bảo đảm tính qn tồn vẹn liệu - Đảm bảo liệu truy xuất theo nhiều cách khác - Khả chia sẻ thông tin cho nhiều người sử dụng 10 1.3 Các đặc trưng phương pháp sở liệu - Tính chia sẻ liệu: liệu chia sẻ nhiều người dùng hợp pháp - Tính giảm thiểu dư thừa liệu: Dữ liệu dùng chung cho nhiều phận lưu nơi theo cấu trúc thống - Tính tương thích: Việc loại bỏ dư thừa kéo theo hệ tương thích - Tính tồn vẹn liệu: Đảm bảo số ràng buộc toàn vẹn Khi người dùng chèn, xố, sửa ràng buộc phải kiểm tra chặc chẽ - Tính bảo mật liệu: Đảm bảo an toàn liệu bảo mật thơng tin quan trọng - Tính đồng liệu: Thông thường sở liệu nhiều người dùng truy cập đồng thời Cần có chế bảo vệ chống khơng tương thích - Tính độc lập liệu: Sự tách biệt cấu trúc mô tả liệu khỏi chương trình ứng dụng sử dụng liệu gọi độc lập liệu Điều cho phép phát triển tổ chức liệu mà không sửa đổi chương trình ứng dụng 1.4 Các đối tượng sử dụng CSDL Đối tượng sử dụng người khai thác sở liệu thông qua hệ quản trị CSDL Có thể phân làm ba loại đối tượng: Người quản trị CSDL, người phát triển lập trình ứng dụng, người dùng cuối Người quản trị CSDL: Là người hàng ngày chịu trách nhiệm quản lí bảo trì CSDL như: + Sự xác, tồn vẹn bảo mật liệu ứng dụng CSDL + Lưu trữ dự phòng phục hồi CSDL + Giữ liên lạc với người phát triển lập trình ứng dụng, người dùng cuối + Bảo đảm hoạt động hiệu CSDL hệ quản trị CSDL Người phát triển lập trình ứng dụng: người chuyên nghiệp lĩnh vực tin học có trách nhiệm thiết kế, tạo dựng bảo trì thơng tin cuối cho người dùng Người dùng cuối người không chuyên lĩnh vực tin học, họ chuyên gia lĩnh vực khác có trách nhiệm cụ thể công việc Họ khai thác CSDL thông qua chương trình (phần mềm ứng dụng) xây dựng người phát triển ứng dụng hay công cụ truy vấn hệ quản trị CSDL 1.5 Hệ Quản Trị Cơ Sở Dữ Liệu (Data Base Management System) Để giải tốt vấn đề mà cách tổ chức CSDL đặt nói trên, cần thiết phải có phần mềm chuyên dùng để khai thác chúng Những phần mềm gọi hệ quản trị CSDL Các hệ quản trị CSDL có nhiệm vụ hỗ trợ cho nhà phân tích thiết kế CSDL người khai thác CSDL Hiện thị trường phần mềm có hệ quản trị CSDL hỗ trợ nhiều tiện ích như: MS Access, Visual Foxpro, SQL Server, Oracle, 11 Mỗi hệ quản trị CSDL cài đặt dựa mô hình liệu cụ thể Dù dựa mơ hình liệu nào, hệ quản trị CSDL phải hội đủ yếu tố sau: - Ngôn ngữ giao tiếp người sử dụng CSDL, bao gồm: Ngôn ngữ mô tả liệu: Để cho phép khai báo cấu trúc CSDL, khai báo mối liên hệ liệu quy tắc quản lý áp đặt lên liệu Ngơn ngữ thao tác liệu: Cho phép người sử dụng cập nhật liệu (thêm/sửa/xố) Ngơn ngữ truy vấn liệu: cho phép người khai thác sử dụng để truy vấn thông tin cần thiết Cơ sở liệu Ngôn ngữ quản lý liệu: cho phép người quản trị hệ thống thay đổi cấu trúc bảng liệu, khai báo bảo mật thông tin cấp quyền hạn khai thác CSDL cho người sử dụng., -Từ điển liệu: Dùng để mô tả ánh xạ liên kết, ghi nhận thành phần cấu trúc CSDL, chương trình ứng dụng, mật mã, quyền hạn sử dụng, - Cơ chế giải vấn đề tranh chấp liệu: Mỗi hệ quản trị CSDL cài đặt chế riêng để giải vấn đề Một số biện pháp sau thường sử dụng: thứ nhất: cấp quyền ưu tiên cho người sử dụng; thứ hai: Đánh dấu yêu cầu truy xuất liệu, phân chia thời gian, người có u cầu trước có quyền truy xuất liệu trước, - Hệ quản trị CSDL phải có chế lưu (backup) phục hồi (restore) liệu có cố xảy Điều thực sau thời gian định hệ quản trị CSDL tự động tạo CSDL, cách tốn kém, CSDL lớn - Hệ quản trị CSDL phải cung cấp giao diện thân thiện, dễ sử dụng 1.6 Các Ứng Dụng Của Cơ Sở Dữ Liệu Hiện nay, CSDL gắn liền với ứng dụng tin học; chẳng hạn việc quản lý hệ thống thông tin quan nhà nước, việc lưu trữ xử lý thông tin doanh nghiệp, lĩnh vực nghiên cứu khoa học, công tác giảng dạy, việc tổ chức thông tin đa phương tiện, Các mơ hình liệu Mục tiêu: Trình bày giới thiệu sơ lược mơ hình liệu Mơ hình liệu trừu tượng hố mơi trường thực Mỗi loại mơ hình liệu đặc trưng cho cách tiếp cận liệu khác nhà phân tích thiết kế CSDL Mỗi loại mơ hình liệu có ưu điểm mặt hạn chế nó, có mơ hình liệu trội nhiều người quan tâm nghiên cứu Sau điểm qua lịch sử phát triển mơ hình liệu - Vào năm sáu mươi, hệ CSDL đời dạng mơ hình thực thể kết hợp, mơ hình mạng mơ hình phân cấp - Vào năm bảy mươi, hệ thứ hai CSDL đời Đó mơ hình liệu quan hệ EF Codd phát minh Mơ hình có cấu trúc logic chặt chẽ Đây mơ hình sử dụng rộng khắp công tác quản lý phạm vi toàn cầu Việc nghiên cứu mơ hình liệu quan hệ nhằm vào lý thuyết chuẩn hố quan hệ cơng cụ quan trọng việc phân tích thiết kế hệ CSDL Mục đích nghiên cứu nhằm bỏ phần tử khơng bình thường quan hệ thực phép cập nhật, loại bỏ phần tử dư thừa - Sang thập kỷ tám mươi, mơ hình CSDL thứ ba đời, mơ hình sở liệu hướng 12 Loại AC D khỏi F Lặp bước + Xét DA CE, có DA Í X+: X+ = X+ È CE = ACDE Loại DA CE khỏi F Lặp bước + Xét D H, có D Í X+: X+ = X+ È H = ACDEH Loại D H khỏi F Lặp bước Vì phụ thuộc hàm U^V cịn lại khơng thỏa điều kiện U Í X+ nên X+ = Temp Thuật tốn dừng Vậy X+ = {ACDEH} Khóa lược đồ quan hệ - số thuật toán tìm khóa Mục tiêu: Trình bày định nghĩa khóa lược đồ quan hệ giải thuật xác định khóa, xác định tập tất khóa lược đồ quan hệ cho 4.1 Định nghĩa khóa quan hệ Cho quan hệ R(A1,A2,_,An) xác định tập thuộc tính R+ tập phụ thuộc hàm F định nghĩa R, cho K Í R+ K khoá R thoả đồng thời hai điều kiện sau: K Í R + e F + (hay K+F = R+) (K thoả điều kiện gọi siêu khố) Khơng tồn K' Ì K cho K'+ =R+ Tập Sì{A1, ,An} siêu khố R S chứa khố Một lược đồ quan hệ có nhiều siêu khố, nhiều khố 4.2 Thuật tốn tìm khóa lược đồ quan hệ K = Q+; While A e K if (K - A)+ = Q+ then K = K - A K lại khố cần tìm Nếu muốn tìm khố khác (nếu có) lược đồ quan hệ, ta thay đổi thứ tự loại bỏ phần tử K Ví dụ: Cho lược đồ quan hệ R(ABC) tập phụ thuộc hàm F={ A B; A C; B A} Hãy tìm khóa R 64 Giải: K={A,B,C} Loại thuộc tính A, (K-A)+ = R+ nên K={B,C} thuộc tính B khơng loại (K - B)+ R+ nên K={B,C} Loại thuộc tính C, (K-C)+ = R+ nên K={B} Vậy khóa R B 4.3 Thuật tốn tìm tất khóa lược đồ quan hệ Một số khái niệm hỗ trợ cho thuật tốn tìm tất khóa sau đây: - Tập nguồn (TN): chứa tất thuộc tính xuất vế trái mà khơng xuất vế phải tập phụ thuộc hàm tập thuộc tính khơng tham gia vào tập phụ thuộc hàm F - Tập đích (TD): chứa tất thuộc tính xuất vế phải mà không xuất vế trái tập phụ thuộc hàm - Tập trung gian (TG): chứa tất thuộc tính tham gia vào vế tập phụ thuộc hàm Dữ liệu vào: Lược đồ quan hệ R tập phụ thuộc hàm F Dữ liệu ra: Tất khóa K quan hệ Thuật tốn: Bước 0: Tìm tập thuộc tính nguồn (TN), tập thuộc tính trung gian (TG) Tìm tất tập tập trung gian gọi Xi (bằng phương pháp duyệt nhị phân) if TG = then K = TN ; kết thúc Ngược lại Qua bước Bước Tìm tất tập TG: Xi S= f " Xi e TG if (TN È Xi)+ = R+ then S = S È {TN È Xi} {S tập siêu khố cần tìm} Bước 2: Tính TN È Xi 65 Bước 3: Tính (TN È Xi)+ Bước 4: Nếu X+ = R+ Xi siêu khoá Nếu tập TN È Xi có bao đóng R+ TN È Xi siêu khoá R Giả sử sau bước có m siêu khố: S = {SbS2, ,Sm} Bước : Xây dựng tập chứa tất khoá R từ tập S Xét Sj,Sj S (i j), Si Ì Sj ta loại Sj (i, j = m), kết lại tập tất khố cần tìm Ví dụ: Cho lược đồ quan hệ R(ABC) tập phụ thuộc hàm F={ A B; A C; B A} Hãy tìm tất khóa R Giải: Áp dụng thuật tìm tất khóa cho ta có: TN = {f} ;TG = {A, B} Gọi Xi tập tập trung gian Ta lập bảng sau: Xi TN È X (TN È Xi)+ Siêu khóa Khóa - - A A ABC A A B B ABC B B AB AB ABC AB - Vậy lược đồ quan hệ R có hai khóa K1 = {A}, K2 = {B} Phủ tối thiếu Mục tiêu: Trình bày giải thuật xác định phủ tối thiểu tập phụ thuộc hàm có sẵn, qua trình bày khái niệm cách xác định tập phụ thuộc hàm có vế phải thuộc tính, tập phụ thuộc hàm có vế trái khơng dư thừa tập phụ hàm đầy đủ 5.1 Tập phụ thuộc hàm tương đương Cho F G hai tập phụ thuộc hàm, ta nói F G tương đương (hay F phủ G G phủ F) ký hiệu F+ = G+ phụ thuộc hàm thuộc F thuộc G + phụ thuộc hàm thuộc G thuộc F + Ta nói F phủ G G+ Í F+ 66 Chẳng hạn cho lược đồ quan hệ Q(ABCDEGH), hai tập phụ thuộc hàm F G (xác định Q) tương đương F = {B A; DA^ CE; D H; GH^ C; G={B^ A; DA^ CE; DA AH; AC DEH} AC^ D; DG C} D H; GH^ C; AC^ D ;BC AC; BC D; (Việc kiểm tra phụ thuộc hàm G có suy diễn từ F ngược lại xem tập dành cho bạn đọc) 5.2 Phủ tối thiếu Ftt gọi tập phụ thuộc hàm tối thiểu (hay phủ tối thiểu) F thỏa thời ba điều kiện sau: F tập phụ thuộc hàm có vế trái không dư thừa F tập phụ thuộc hàm có vế phải thuộc tính F tập phụ thuộc hàm không dư thừa 5.2.1 Phụ thuộc hàm có vế trái dư thừa: F tập phụ thuộc hàm lược đồ quan hệ Q, Z tập thuộc tính, Z^-YEF Nói phụ thuộc hàm Z Y có vế trái dư thừa (phụ thuộc khơng đầy đủ) có AEZ cho: F = F-{Z Y}U{(Z-A) Y} Ngược lại Z Y phụ hàm có vế trái không dư thừa hay Y phụ thuộc hàm đầy đủ vào Z (phụ thuộc hàm đầy đủ) Ta nói F tập phụ thuộc hàm có vế trái không dư thừa F không chứa phụ thuộc hàm có vế trái dư thừa Thuật tốn loại khỏi F phụ thuộc hàm có vế trái dư thừa: Bước 1: - Xét phụ thuộc hàm X^Y F Bước 2: - Với tập thực X’# X - Nếu X'^Ye F+ thay X^Y F X'^Y - Lặp lại bước 5.2.2 Tập phụ thuộc hàm có vế phải thuộc tính: Mỗi tập phụ thuộc hàm F tương đương với tập phụ thuộc hàm G mà vế phải phụ thuộc hàm G gồm thuộc tính G gọi tập phụ thuộc hàm có vế phải thuộc tính Ví dụ: 67 F = {A BC,B C,AB D} ta suy F = {A B, A C ,B C,AB D} = G 5.2.3 Tập phụ thuộc hàm khơng dư thừa: Nói F tập phụ thuộc hàm không dư thừa không tồn F’c F cho F’= F Ngược lại F tập phụ thuộc hàm dư thừa Thuật toán loại khỏi F phụ thuộc hàm dư thừa: Bước 1: - Lần lược xét phụ thuộc hàm X Y F Bước 2: - Nếu X Y thành viên F - {X Y} loại X Bước 3: - Lặp lại bước cho phụ thuộc hàm F Y khỏi F 5.3 Thuật tốn tìm phủ tối thiêu Từ điều kiện xác định phủ tối thiểu, ta có thuật tốn tìm phủ tối thiểu sau: Thuật toán: Bước 1: - Loại khỏi F phụ thuộc hàm có vế trái dư thừa Bước 2: - Tách phụ thuộc hàm có vế phải thuộc tính thành phụ thuộc hàm có vế phải thuộc tính Bước 3: - Loại khỏi F phụ thuộc hàm dư thừa Chú ý: Theo thuật tốn trên, tìm nhiều phủ tối thiểu Ftt để F=Ftt thứ tự loại phụ thuộc hàm khác thu phủ tối thiểu khác Ví dụ: cho R(MSCD,MSSV,CD,HG) tập phụ thuộc hàm F: F = {MSCD CD; CD MSCD; CD,MSSV HG; MSCD,HG MSSV; CD,HG MSSV; MSCD,MSSV HG} Hãy tìm Ftt F? Kết ta có phủ tối thiểu sau: Ftt = {MSCD CD; CD MSCD; CD,HG MSSV; MSCD,MSSV HG} Dạng chuẩn lược đồ quan hệ Mục tiêu: Trình bày định nghĩa liên quan đến dạng chuẩn lược đồ quan hệ, cách kiểm tra dạng chuẩn cao lược đồ quan hệ 6.1 Một số khái niệm liên quan đến dạng chuẩn Thuộc tính khóa/thuộc tính khơng khóa: A thuộc tính khóa A có tham gia vào khóa quan hệ Ngược lại A gọi thuộc tính khơng khóa 68 Thuộc tính phụ thuộc đầy đủ/ Phụ thuộc hàm đầy đủ: A thuộc tính phụ thuộc đầy đủ vào tập thuộc tính X X A phụ thuộc hàm đầy đủ (tức khơng tồn X' Í X cho X A e F+) Chú ý phụ thuộc hàm mà vế trái có thuộc tính phụ thuộc hàm đầy đủ 6.2 Dạng chuẩn (First Normal Form) Định nghĩa: Lược đồ quan hệ R đạt dạng chuẩn (1NF) toàn MASV HOVATEN KHOA TENMONHOC DIEMTHI 01234 Nguyễn Văn An CNTT Cơ sở liệu 01234 Nguyễn Văn An CNTT Toán rời rạc 01234 Nguyễn Văn An CNTT Lập trình web 02345 Lê Văn Thịnh CNTT Cơ sở liệu Chú ý xét dạng chuẩn, nêu khơng xét thêm mặc định quan hệ thuộc tính R mang giá trị đơn Ví dụ: Xét quan hệ KETQUA sau: MASV HOVATEN 01234 02345 Nguyễn Văn An Lê Văn Thịnh KHOA CNTT CNTT TENMONHOC DIEMTHI Cơ sở liệu Tốn rời rạc Lập trình web Cơ sở liệu Quan hệ không đạt chuẩn 1N F thuộc tính TENMONHOC, DIEMTHI thứ khơng mang giá trị đơn Ta đưa quan hệ quan hệ KETQUA1 đạt chuẩn sau: xét đạt dạng chuẩn 6.3 Dạng chuân (Second Normal Form) Định nghĩa: Một lược đồ quan hệ R dạng chuẩn (2NF) nêu R đạt dạng chuẩn thuộc tính khơng khóa R phụ thuộc đầy đủ vào khóa Hệ quả: Nêu R đạt dạng chuẩn tập thuộc tính khơng khóa R băng rỗng R đạt chuẩn 69 Nêu tất khóa quan hệ gồm thuộc tính quan hệ đạt chuẩn Thuật tốn kiểm tra dạng chuẩn 2: Vào: lược đồ quan hệ R, tập phụ thuộc hàm F Ra: Khẳng định R đạt khơng đạt chuẩn Bước 1: Tìm tất khóa R Bước 2: Với khóa K, tìm bao đóng tất tập thực K Bước 3: Nêu có bao đóng S+ chứa thuộc tính khơng khóa R khơng đạt chuẩn Ngược lại đạt chuẩn Ví dụ: Cho lược đồ quan hệ R(ABCD) BC—A} tập phụ thuộc hàmF=={AB ——C; B—D; Hỏi R có đạt chuẩn hay khơng? Giải: - Tìm tất khóa R: TN = {B}, TG = {AC} TN È Xi (TN È Xi)+ Siêu khóa Khóa B BD - - A BA BACD BA BA C BC BCAD BC BC AC BAC BACD BAC - Xi Tất khóa R K1 = {BA}, K2 = {BC} Gọi Z tập thuộc tính khóa, X tập thuộc tính khơng khóa, ta có: Z = K1 È K2 = {BAC} X = R+ \ Z = {ABCD} \ {BAC} = {D} Ta thấy BcK| B—D, mà D thuộc tính khơng khóa Vì thuộc tính khơng khóa D khơng phụ thuộc đầy đủ vào khóa nên R khơng đạt chuẩn 6.4 Dạng chuân (Third Normal Form) Định nghĩa: Một lược đồ quan hệ R đạt chuẩn (3NF) phụ thuộc hàm X—A E F+ với A Ế X có - Hoặc X siêu khóa 70 - Hoặc A thuộc tính khóa Hệ quả: Nếu R đạt chuẩn R đạt chuẩn 2 Nếu R khơng có thuộc tính khơng khóa R đạt chuẩn Định lý: R lược đồ quan hệ F tập phụ thuộc hàm có vế phải thuộc tính R đạt chuẩn phụ thuộc hàm X—A E F+ với A Ế X có - Hoặc X siêu khóa - Hoặc A thuộc tính khóa (Việc chứng minh định lý xem tập nâng cao) Thuật toán kiểm tra dạng chuẩn 3: Vào: lược đồ quan hệ R, tập phụ thuộc hàm F Ra: Khẳng định R đạt không đạt chuẩn Bước 1: Tìm tất khóa R Bước 2: Từ F tạo tập phụ thuộc hàm tương đương Ftt có vế phải thuộc tính Bước 3: Nếu phụ thuộc hàm A E Ftt với A Ế X có X siêu khóa A thuộc tính khóa R đạt chuẩn Ngược lại R khơng đạt chuẩn Ví dụ: Cho lược đồ quan hệ R(ABCD), F = {AB^C; D^B; C^ABD} Hỏi R có đạt chuẩn hay khơng? Giải: - Tìm tất khóa R: TN={0} TG={ABCD} TN È Xi Xi (TN È Xi)+ Siêu khóa Khóa - - A A A - - B B B - - C C CABD C C D D DB - - 71 ABD ABD ABDC ABD - ACD ACD ACDB ACD - BCD BCD BCDA BCD - ABCD ABCD ABCD ABCD - Tất khóa R K1 = {C}, K2 = {AB}, K3 = {AD} Gọi Z tập thuộc AB AB ABCD AB AB AC AC ACBD AC - AD AD ADBC AD AD BC BC BCAD BC - BD BD BD - - CD CD CDAB CD - ABC ABC ABCD ABC tính khóa, X tập thuộc tính khơng khóa, ta có: Z = K1 È K2 È K3 = {CABD} - X = R+ \ Z = {ABCD} \ { CABD } = { f } Vì tập thuộc tính khơng khóa X = { f } nên R đạt chuẩn (theo hệ 2) 6.5 Dạng chuẩn BCNF (Boyce Codd Normal Form) Định nghĩa: Một lược đồ quan hệ R đạt dạng chuẩn BC phụ thuộc hàm X^A e F+ với AẾX có X siêu khóa Hệ quả: Nếu R đạt chuẩn BC R đạt chuẩn (hiển nhiên định nghĩa) Mỗi lược đồ có hai thuộc tính đạt chẩn BC (xét phụ thuộc hàm có R) Định lý: R lược đồ quan hệ F tập phụ thuộc hàm có vế phải thuộc tính R đạt chuẩn BC phụ thuộc hàm X^A E F+ với AẾX có X siêu khóa (Việc chứng minh định lý xem tập nâng cao) Thuật toán kiểm tra dạng chuẩn BC: 72 Vào: lược đồ quan hệ R, tập phụ thuộc hàm F Ra: Khẳng định R đạt khơng đạt chuẩn BC Bước 1: Tìm tất khóa R Bước 2: Từ F tạo tập phụ thuộc hàm tương đương Ftt có vế phải thuộc tính Bước 3: Nếu phụ thuộc hàm X^A E Ftt với A Ế X có X siêu khóa R đạt chuẩn BC Ngược lại R khơng đạt chuẩn BC Ví dụ: Cho lược đồ quan hệ R(ABCDEI), F = {ACD^EBI; CE^AD} Hỏi R có đạt chuẩn BC hay khơng? Giải: - Tìm tất khóa R: TN={C} TG={ADE} TN È Xi Xi (TN È Xi)+ Siêu khóa Khóa C C - - A CA CA - - D CD CD - - E CE CEADBI CE CE AD CAD CADEBI CAD CAD AE CAE CAEDBI CAE - DE CDE CDEABI CDE - ADE CADE CADEBI CADE - Tất khóa R ' K1 = {CE}, K2 = {CAD} Gọi Z khóa, X tập thuộc tính khơng khóa, ta có: tập thuộc tính Z = K1 È K2 = {CEAD} X = R+ \ Z = { ABCDEI } \ { CEAD } = {BI} - Tìm Ftt có vế phải thuộc tính Ftt = { ACD^E; ACD^B; ACD^I; CE^A; CE^D } Ta nhận thấy phụ thuộc hàm Ftt có vế trái siêu khóa nên R đạt chuẩn BC Thuật toán kiểm tra dạng chuẩn lược đồ quan hệ 73 Vào : lược đồ quan hệ R, tập phụ thuộc hàm F Ra : khẳng định R đạt chuẩn gì? Bước 1: Tìm tất khóa R Bước 2: Kiểm tra chuẩn BC, R đạt chuẩn BC, kết thúc thuật toán Ngược lại qua bước Bước 3: Kiểm tra chuẩn 3, R đạt chuẩn 3, kết thúc thuật toán, ngược lại qua bước Bước 4: Kiểm tra dạng chuẩn 2, R đạt chuẩn 2, kết thúc thuật toán, ngược lại R đạt chuẩn Định nghĩa: Dạng chuẩn lược đồ sở liệu dạng chuẩn thấp dạng chuẩn lược đồ quan hệ 74 BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN: Bài 1: Câu 1: Định nghĩa phụ thuộc hàm? Cách xác định phụ thuộc hàm? Nêu tính chất phụ thuộc hàm? Câu 2: Trình bày thuật tốn tìm bao đóng tập thuộc tính? Câu 3: Định nghĩa khóa lược đồ quan hệ? Trình bày giải thuật tìm tất khóa lược đồ quan hệ? Câu 4: Nêu định nghĩa dạng chuẩn lược đồ quan hệ? Trình bày giải thuật kiểm tra dạng chuẩn? Bài 2: Cho lược đồ quan hệ R(B,C,D,E,F,G,I,J) tập phụ thuộc hàm P = { I^B; Dl^G.I; D^C; Cl'^.1; B^I; C^G; 1'^.1 } Tìm tất khố lược đồ quan hệ R Tìm phủ tối thiểu tập phụ thuộc hàm P Bài 3: Cho lược đồ quan hệ S(A,B,C,D,E,F,G) tập phụ thuộc hàm P = {B^FG; F^CE; G^BD;B^A} Chứng tỏ phụ thuộc hàm AB^D suy diễn từ P nhờ hệ luật dẫn Amstrong? (Nêu rõ áp dụng luật gì) Bài 4: Cho lược đồ quan hệ Q(A,B,C,D,E) tập phụ thuộc hàm F = {A^BC; C^DE} - Lược đồ quan hệ Q đạt dạng chuẩn nào? - Nếu chưa đạt dạng chuẩn (3NF) phân rã Q thành lược đồ quan hệ đạt tối thiểu dạng chuẩn bảo tồn thơng tin 75 BÀI TẬP THAM KHẢO: Bài a Cho lược đồ quan hệ Q(ABCD), r quan hệ Q r A B c D a1 b1 C1 d1 a1 b2 c1 d1 a1 b3 c2 d1 a2 b2 C2 d2 phụ thuộc hàm sau không thoả r D A; AC D; CD ^A; D B; b Cho lược đồ quan hệ Q(ABCD), r quan Q cho sau: A B c D a1 b1 C1 d2 a3 b1 C2 d1 a1 b1 C2 d2 Những phụ thuộc hàm sau thoả r ? AB D; C B; B C; BC A; BD A c Cho lược đồ quan hệ Q(ABCD),r quan hệ cho sau: A B c D X u X y y X z X y y y y z w z Những phụ thuộc hàm sau không thoả r ? A ^B; A C; B A; C D; D C; D A Bài a Cho lược đồ quan hệ Q(ABCD) tập phụ thuộc hàm F = {A Những phụ thuộc hàm sau thuộc F+ ? C D; A D; AD C; AC D; BC A; B CD b Cho lược đồ quan hệ Q(ABCDEGH) tập phụ thuộc hàm F ={ AB C; B ^D; CD E; CE GH; G A} Những phụ thuộc hàm sau không thuộc vào F+ ? AB E; AB GH; CGH E; CB E; GB E 76 B; BC^D} c Cho lược đồ quan hệ Q,F sau: với Q(ABCD) F={A B; A C} Trong phụ thuộc hàm sau, phụ thuộc hàm suy từ F ? A D; C D; AB B; BC A; A BC Bài Cho lược đồ quan hệ Q(ABCD) tập phụ thuộc hàm F={ A D; D A; AB^C} a Tính AC+ b Chứng minh BD Bài a Q(ABCDEG) Cho F={AB C; C A; BC D; ACD B; D EG; BE C ; CG BD; CE AG} X=[BD], X+=? Y=[CG], Y+=? b Cho lược đồ quan hệ Q tập phụ thuộc hàm F F={ AB E; AG I; BE I; E G ; GI H } Chứng minh AB GH c Tương tự cho tập phụ thuộc hàm F = { AB C; B D; CD E; CE GH; G A} Chứng minh AB E; AB G d Q(ABCDEGH) F = {B ^A; DA^CE; D H; GI 1^ C; AC^D } Hãy tìm khố Q ? Bài Hãy tìm tất khố cho lược đồ quan hệ sau: Q(BROKER,OFFICE,STOCK,QUANTITY,INVESTOR,DIVIDENT) F={STOCK^DIVIDENT, INVESTOR BROKER, INVESTOR, STOCK ^QUANTITY, BROKER OFFICE } Bài Cho Q(A,B,C,D), F={AB C; D B; C ABD} Hãy tìm tất khố Q Bài Cho lược đồ quan hệ Q(MSCD,MSSV,CD,HG) tập phụ thuộc F sau: F={MSCD^CD; CD^MSCD; CD,MSSV^HG; MSCD,'HG^MSSV; CD,HG^MSSV; MSCD,MSSV^HG} Hãy tìm phủ tối thiểu F Bài Xác định phủ tối thiểu tập phụ thuộc hàm sau: Q(ABCDEG) F = {AB C; C A; BC D; ACD B; D EG; BE C; CG BD; CE AG} Bài Các nhận xét sau (Đ) hay sai (S) ? (kẻ bảng sau ghi Đ S cho câu 77 trên) a b c d e f g H a Cho Q F={AB C; A ^B} Q đạt dạng chuẩn b Một lược đồ quan hệ Q ln tìm khố c Nếu XY ^Z X Z Y Z d Các thuộc tính khơng tham gia vào vế phải phụ thuộc hàm phải thuộc tính tham gia vào khố e Nếu X Y YZ W XZ W f Nếu Q đạt dạng chuẩn khố Q có thuộc tính Q đạt dạng chuẩn ba g Một tập phụ thuộc hàm F có nhiều tập phủ tối thiểu h Nếu X Y U XU YV Bài 10 a Cho Q(ABCD) F = {AB ^C; D ^B; C ^ABD} Hãy kiểm tra xem AB D có thuộc F+ hay khơng ? Hãy tìm tất khoá lược đồ quan hệ Q Xác định dạng chuẩn Q b Cho Q(A,B,C,D) F={C ^A; A ^C; AD ^B; BC ^D; AB ^D;CD^B } Hãy tìm phủ tối thiểu F Bài 11 Cho biết dạng chuẩn lược đồ quan hệ sau: a Q(ABCDEG); F=[A ^BC, C ^DE, E ^G] b Q(ABCDEGH); F=[C AB, D ^E, B ^G] c Q(ABCDEGH); F=[A BC D E, H d Q(ABCDEG); F=[AB G] C; C B; ABD E;G A] e Q(ABCDEGHI);F=[AC^B; BI^ACD; ABC^D; H^I; ACE^BCG, CG^AE] TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Tiến Vương, Nhập môn sở liệu quan hệ, Nhà xuất Giáo dục, 2000 [2] Vũ Đức Thi, Cơ sở liệu kiến thức thực hành, Nhà xuất thống kê 1997 [3] Nguyễn An Tế, Giáo trình nhập mơn sở liệu, ĐHKHTN- ĐHQGTPHCM 1996 [4] Đỗ Trung Tuấn, Cơ sở liệu, Nhà xuất giáo dục, 1998 78