Một số vấn đề liên quan đến dạng chuẩn trong hệ cơ sở dữ liệu

Một số vấn đề liên quan đến dạng chuẩn hệ sở liệu mở đầu Cơ sở liệu (CSDL) lĩnh vực đợc tập trung nghiên cứu tin học nhằm giải vấn đề quản lý, tìm kiếm xử lý thông tin hệ thống thông tin lớn, đa dạng phức tạp Cùng với phát triển mạnh mẽ tin học máy tính đời sống kinh tế, văn hoá, xà hội, việc nghiên cứu CSDL ngày phát triển rộng rÃi hoàn thiện Hiện có nhiều loại mô hình cho hệ csdl nh: Mô hình mạng (Network model) Mô hình phân cấp (Hierachical model) Mô hình quan hệ (Relational model) Từ năm 1970, mô hình liệu quan hệ E.F Codd đa đà tạo sở toán học chặt chẽ với cấu trúc hoàn chỉnh làm tảng cho vấn đề nghiên cứu lý thuyết csdl Với u điểm tính cấu trúc khả hình thức phong phú, csdl quan hệ dễ dàng mô hệ thông tin đa dạng thực tiễn tạo điều kiện lu trữ thông tin tiết kiệm, có tính độc lập quán cao, dễ sửa đổi, bổ sung nh khai thác liệu, mô hình quan hệ có phát triển mạnh mẽ lý thuyết ngày đợc sử dụng rộng rÃi việc thiết kế CSDL lớn phức tạp Ngôn ngữ quản trị liệu cho mô hình quan hệ sáng tự nhiên, dễ học, dễ sử dụng, điều lý giải cho phát triển mạnh mẽ không ngừng hệ quản trị CSDL máy tính IBM-PC nh: Dbase, Foxbase, Foxpro, Access, SQL Forwin, Oracle, Mô hình liệu quan hệ đặt trọng tâm hàng đầu tính hiệu máy tính, mà mô trực quan liệu theo quan điểm ngời dùng, cung cấp mô hình liệu đơn giản, dễ hiểu, chặt chẽ có khả tự động hoá thiết kế Trong luận văn em đà trình bầy số kiến thức sở liệu áp dụng kiến thức xây dựng chơng trình: + Tính bao đóng (A+) + Kiểm tra sơ đồ quan hệ có phải BCNF hay không ? Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Đức Thi đà tận tình hớng dẫn em trình làm luận văn, em xin chân thành cảm ơn Khoa Hoàng Văn Thủy Một số vấn đề liên quan đến dạng chuẩn hệ sở liệu Công Nghệ Thông Tin - Trờng Đại Học Đông Đô đà tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn Do luận văn đợc xây dựng thêi gian eo hĐp víi vèn kiÕn thøc h¹n chế, luận văn không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đợc ý kiến đóng góp để kiến thức nh chơng trình đợc hoàn thiện Hà Nội, Ngày 28 tháng năm 2000 Ngời viết Hoàng Văn Thủy mục lục mở đầu chơng I: Những khái niệm mô hình sở liệu quan hệ 1.1 Quan hÖ 1.2 Phơ thc hµm 1.3 HÖ tiên đề Armstrong 1.4 Hàm đóng 11 1.5 Sơ đồ quan hÖ 11 1.6 Bao ®ãng 12 1.7 Khoá quan hệ, lợc đồ quan hệ, họ f 13 1.8 Tập phản khãa 15 Hoàng Văn Thủy Một số vấn đề liên quan đến dạng chuẩn hệ sở liệu 1.9 Nửa dàn giao 15 1.10 HÖ b»ng 16 1.11 ThĨ hiƯn 17 1.12 Sơ đồ quan hệ tơng ®¬ng 20 1.13 Thuộc tính bản, thuéc tÝnh thø cÊp 22 1.14 Một số thuật toán liên quan 22 chơng II: Dạng chuẩn quan hệ sơ đồ quan hệ 37 2.1 Các khái niệm b¶n 37 2.2 D¹ng chuÈn 2NF 40 2.3 D¹ng chuÈn 3NF 43 2.4 D¹ng chuÈn BCNF 45 2.5 Các thuật toán liên quan 46 chơng III: chuẩn hóa liệu thùc tÕ 52 3.1 D¹ng chuÈn thø nhÊt (1NF) 53 3.2 D¹ng chuÈn (2NF ) 55 3.3 D¹ng chuÈn (3NF) 58 3.4 D¹ng chuÈn Boyce Codd (BCNF) 60 chơng IV: Cài đặt phần mềm tính bao đóng (A+) Kiểm tra tính BCNF sơ đồ quan hÖ 63 4.1 Các Thuật toán đợc sử dụng chơng trình 63 4.1.1 ThuËt to¸n tÝnh bao ®ãng (A+) 63 4.1.2 Tht to¸n kiĨm tra sơ đồ quan hệ có BCNF hay không 63 4.2 Phân tích thông tin đầu vào 64 4.3 Ph©n tích thông tin đầu 64 4.4 Thiết kế chơng trình 65 KÕt luËn 74 tµi liƯu tham kh¶o 75 Hoàng Văn Thủy Một số vấn đề liên quan đến dạng chuẩn hệ sở liệu Chơng I khái niệm mô hình sở liệu quan hệ Trong mục trình bầy khái niệm mô hình liệu quan hệ E.F.Codd Những khái niệm gồm khái niệm quan hệ, phụ thuộc hàm, hệ tiên đề Armstrong, khoá, Những khái niệm đóng vai trò quan trọng mô hình liệu quan hệ Chúng đợc dùng nhiều việc thiết kế hệ quản trị sở liệu (CSDL) nh: Dbase, Foxbase, Foxpro, Oracle, Mega, 1.1 Quan hệ Định nghĩa Cho R={a1,a2, ,an} tập hữu hạn không rỗng tập thuộc tính Mỗi thuộc tính có miền giá trị D Khi r tập {h1,h2, ,hm} đợc gọi quan hƯ trªn R víi hj (j =1, 2, ,m) lµ mét hµm: hj: R   Dai  R Sao cho: hj ( )  Dai Víi định nghĩa lập đợc bảng tơng đơng bảng tơng đơng chuyển đợc định nghĩa này: Hoàng Văn Thủy Một số vấn đề liên quan đến dạng chuẩn hệ së d÷ liƯu a1 a2 an h1 (a1) h1 (a2) h1 (an) h2 (a1) h2 (a2) h2 (an) hm (a1) hm (a2) hm (an) Nhận xét: - Định nghĩa quan trọng, toàn sở liệu dựa định nghĩa này, hạt nhân sở liệu quan hệ - Vì h1, h2, , hm thành phần tập hợp quan hệ r, file khác nhau, không chấp nhận có hai ghi trùng file liệu Ví dụ: Để lu thông tin mặt hàng, ngời ta sử dụng bảng sau: mặthàng Mà hàng Tên hàng Màu sắc Trọng lợng Tỉnh P1 Gạch men Trắng 120 Hà Nội P2 Sơn Xanh 450 Ninh Bình P3 Kính Nâu 800 Bình Định P4 Bån t¾m Tr¾ng 1000 Phó Thä Chóng ta cã thể quy định kích thớc cho thuộc tính (các trờng) nh sau: Tên thuộc tính Mà hàng Tên hàng Màu sắc Trọng lợng Tỉnh Kiểu Ký tự Ký tự Ký tù Sè Ký tù KÝch thíc 30 15 10 20 Có nghĩa quy định: Thuộc tính Mă hàng xâu ký tự có độ dài không Thuộc tính Tên hàng xâu ký tự có độ dài không 30 Hoàng Văn Thủy Một số vấn đề liên quan đến dạng chuẩn hệ sở liệu Thuộc tính Mầu sắc xâu ký tự có độ dài không qúa 15 Trọng lợng số nguyên không 10 Tỉnh xâu ký tự không 20 Nh ta có tập thuộc tính mặthàng = { Mà hàng, Tên hàng, Màu sắc, Trọng lợng, Tỉnh} DMà hàng tập xâu ký tự độ dài không DTên hàng tập xâu ký tự độ dài không 30 DMàu sắc tập xâu ký tự độ dài không 15 DTrọng lợng tập xâu ký tự độ dài không 10 DTỉnh tập xâu ký tự độ dài không 20 Khi cã c¸c quan hƯ r = {h 1, h2, h3, h4}, ghi thứ (dòng thứ nhất) có h1(Mà hàng) = p1 h1(Tên hàng) = Gạch men h1(Màu sắc) = Trắng h1(Trọng lợng) = 120 h1(TØnh) = Hµ néi 1.2 Phơ thc hµm Khái niệm phụ thuộc hàm quan hệ quan trọng việc thiết kế mô hình liệu Năm 1970 E.F Codd đà đề cập phụ thuộc hàm mô hình liệu quan hệ, nhằm giải việc phân rà không tổn thất thông tin Định nghĩa khái niệm đợc phát biểu nh sau: Định nghĩa (phụ thuộc hàm) Cho R = { a1, a2, , an } tập thuộc tÝnh, r = { h1, h2, , hm } lµ quan hệ R, A, B R ( A, B lµ tËp cét hay tËp thuéc tÝnh ) Khi ta nói A xác định hàm cho B hay B phơ thc hµm vµo A r f ( ký ph¸p A  B ) nÕu: r (  hi, hj  r) (( a  A ) ( hi(a) = hj(a))  ( b  B ) ( hi(b) = hj(b) )) Ta sÏ viÕt (A, B) hay A B thay cho A Đặt Fr ={(A, B): A, B  R, A  B } Hoàng Văn Thủy f r B Một số vấn đề liên quan đến dạng chuẩn hệ sở liệu Lúc Fr đợc gọi họ đầy đủ phụ thuộc hàm r Nhận xét: - Ta cã thĨ thÊy r»ng B mµ phơ thc hàm vào A, hai dòng mà giá trị tập thuộc tính A mà cặp một, kéo theo giá trị tập thuộc tính B phải cặp - Với định nghĩa dễ thấy file liệu cột, mà số số thứ tù kh«ng thĨ b»ng VÝ dơ: XÐt quan hƯ sbd hoten BKA0001 Nguyễn Văn An BKA0002 thisinh diachi tinh khuvực 12 Kỳ lừa Lạng Sơn Nguyễn Hải Anh 16 Hàng đào Hà Nội BKA0003 Trần Thúy Anh 33 Hµng bå Hµ Néi BKA0004 Vị Thóy Anh 89 Văn lÃng Lạng Sơn BKA0005 Vũ Vân Anh 40 Trần hng đạo Hải Dơng Trong quan hệ thisinh, dựa vào định nghĩa phụ thuộc hàm quan hÖ ta cã: { tinh }  { khuvuc } { sbd }  { hoten, diachi, tinh, khuvuc } Khái niệm phụ thuộc hàm miêu tả loại ràng buộc ( phụ thuộc liệu) xẩy tự nhiên tập thuộc tính Phụ thuộc hàm tập thuộc tính R dÃy ký tự có dạng A B, A, B  R Ta nãi phơ thc hµm A  B ®óng r nÕu A B Ta nãi r»ng r tho· m·n A  B rf DÔ thÊy Fr tập tất phụ thuộc hàm r 1.3 Hệ tiên đề Armstrong Hoàng Văn Thủy Một số vấn đề liên quan đến dạng chuẩn hệ sở liệu Năm 1974, Armstrong đà đợc bốn đặc trng cho tập phụ thuộc hàm file liệu Chúng đợc gọi hệ tiên đề Armstrong Định nghĩa (Hệ tiên đề Armstrong) Cho trớc R = {a1, a2, , an} tập hữu hạn không rỗng thuộc tÝnh ta gäi P(R) x P(R) = {(A, B) : A, B  R } Khi ®ã : Y  P(R) x P(R) lµ hä f nÕu  A, B, C, D  R cã 1) (A, A)  Y 2) (A, B)  Y, (B, C)  Y  (A, C)  Y 3) (A, B)  Y, A  C, D  B  (C, D)  Y 4) (A, B)  Y, (C, D)  Y  (A  C, B D)  Y HƯ qu¶ (Tính đầy đủ cuả hệ tiên đề Armstrong) Armstrong đà chØ r»ng, nÕu Y lµ mét hä f tuú ý tồn quan hệ r cho Fr = Y A A  (A, A)  Fr r A B r A C r B C r A B (A  C, D  B)  C D r r Ví dụ: Cho r1, r2 quan hÖ: a b a b 1 r1 = 1 r2= 1 3 2 Cã thĨ thÊy r»ng r1 vµ r2 khác nhng Fr1 = Fr2 Nh tơng quan lớp quan hệ với lớp họ phụ thuộc hàm đợc thể hình vẽ sau: Lớp quan hệ 1.4 Hàm đóng Hoàng Văn Thủy Lớp phụ thuộc hàm Một số vấn đề liên quan đến dạng chuẩn hệ sở liệu Định nghĩa (Hàm đóng) Một hàm L : P(R) P(R), ( P(R) tập tập R ) đợc gọi hàm đóng R nÕu víi mäi A, B  P(R): - A  L(A) - NÕu A  B th× L(A)  L(B) L (L(A)) = L (A) Định lý Nếu F họ f đặt LF(A) = { a: a R: (A,{a}) F} Thì LF hàm đóng Ngợc lại L hàm đóng tồn họ f F R cho L = LF F đợc chØ theo c¸ch sau: F = {(A, B): A, B  R, B  L(A)} Nh vËy, chóng ta thấy có tơng ứng - lớp hàm đóng lớp họ f Sự tơng ứng đợc minh hoạ hình vẽ sau: - Lớp họ phụ thuộc hàm Lớp hàm đóng 1.5 Sơ đồ quan hệ Định nghĩa Cho trớc R = {a1, a2, , an} tập thuộc tính Khi s sơ đồ quan hệ, s = < R, F > A  B1 A  B2 F= A t  Bt Ai, Bi R ( i = 1, ,t ) vµ Ai  Bi lµ phơ thc hàm Ví dụ: Cho sơ đồ quan hệ s = < R, F >, víi R = {a1, a2, a3, a4} Hoàng Văn Thủy Một số vấn đề liên quan đến dạng chuẩn hệ sở liệu F= {a1}  {a3, a4} {a2}  {a3 } {a3} {a4} cột xác định hàm với cột cột cột xác định hàm với cột cột xác định hàm với cột 1.6 Bao đóng Định nghĩa (Bao đóng tập phụ thuộc hàm) Giả sử F tập phụ thuộc hàm sơ đồ quan hệ s = < R, F > Gọi F+ tập tất phụ thuộc hàm suy dẫn lôgic từ F luật hệ tiên đề Armstrong Khi F+ đợc gọi bao đóng F Định nghĩa (Bao đóng tập thuộc tính) Giả sử s = < R, F > sơ đồ quan hệ tập thuộc tính R, A R ký hiÖu A+ = { a: A {a}  F+} A+ đợc gọi bao đóng A s Rõ rµng A  B  F+ nÕu vµ chØ nÕu B A+ Định nghĩa 10 ( Bao đóng tập thuộc tính tập phụ thuộc hàm cđa mét quan hƯ) Gi¶ sư r = { h1, h2, , hm } quan hệ R = { a1, a2 , , am } Ta đặt A+r ={a : A f {a}} r A+r đợc gọi bao đóng A r 1.7 Khóa quan hệ, sơ đồ quan hệ, họ f Định nghĩa 11 Gi¶ sư r = { h1, h2, , hm} lµ mét quan hƯ, s = < R, F > sơ đồ quan hệ, R = {a1, a2, , an} tập thuộc tính, F tập tất phụ thuộc hàm R Gọi Y họ f R A R Khi A khoá r ( tơng ứng khoá s, khóa cña Y) nÕu: A R ( A  R  F+, (A, R) Y) Nghĩa Afr phải thoả mÃn tính chất sau đây: Với hai h1, h2 r tồn thuộc tính a  A cho h1(a)  h2(a) Nãi c¸ch khác, không tồn hai mà có giá trị tập thuộc tính A Điều kiƯn nµy cã thĨ viÕt t 1(A)  t2(A) Do vậy, giá trị A xác định Khi biết giá trị thuộc tính A biết đ ợc giá trị thuộc tính khác Theo định nghĩa Codd: Nếu có hai dòng giá trị khoá A kéo theo tất cột lại Nh có Hoàng Văn Thủy 10