thiết kế cơ sở dữ liệu quan hệ - phần 6 chuẩn hóa cơ sở dữ liệu

Dạng Chuẩn của Lược Đồ Quan hệ Định nghĩa : Dạng chuẩn là tập các tiêu chuẩn để đánh giá độ tốt & xấu của một lược đồ Quan hệ.. Dạng Chuẩn 2Định nghĩa : 1 lược đồ quan hệ Q được gọi là

QUAN HỆ (Relational Database Designing)

Phần VI – CHUẨN HÓA (Standardize / Normalize)

CƠ SỞ DỮ LIỆU

Dạng Chuẩn của

Lược Đồ Quan hệ

Định nghĩa : Dạng chuẩn là tập các tiêu chuẩn để đánh

giá độ tốt & xấu (của một lược đồ Quan hệ)

Phân loại : Có 4 mức dạng chuẩn :

1 Dạng chuẩn 1

2 Dạng chuẩn 2

3 Dạng chuẩn 3

4 Dạng chuẩn Boyce-Codd (BC)  Dạng chuẩn 4

5 Dạng chuẩn 5 : không được đề cập trong bài giảng này

Không phải Giá trị đơn : mảng, tập hợp, …

 Đa số các lược đồ quan hệ đều đạt dạng chuẩn 1

Dạng Chuẩn 2

Định nghĩa : 1 lược đồ quan hệ Q được gọi là đạt dạng

chuẩn 2 nếu Q đạt dạng chuẩn 1 và mọi thuộc tính

không khóa của Q đều phụ thuộc đầy đủ vào mọi khóa.

Lưu ý :

Thuộc tính không khóa : Xem slide chương 1 Phụ thuộc đầy đủ : K là 1 khóa của Q, X là 1 thuộc tính không khóa, X gọi là Phụ thuộc đầy đủ vào K

nếu và chỉ nếu không tồn tại K’  K sao cho PTH K’X  F+

Dạng Chuẩn 2 – Ví dụ

Cho Q(ABCD), F = {ABC;BD;BCA}

Áp dụng thuật toán xác định tất cả các khóa, ta

có khóa của Q là K1=AB và K2=BC.

Dạng Chuẩn 2 – Hệ quả

1 Nếu Q đạt dạng chuẩn 1, và không có

thuộc tính không khóa thì Q đạt dạng chuẩn 2.

2 Nếu Q đạt dạng chuẩn 1, và tất cả các

khóa của Q đều chỉ có 1 thuộc tính thì Q đạt dạng chuẩn 2.

Dạng Chuẩn 2 – Ý nghĩa

Cho quan hệ Q, K là 1 khóa, K’  K, K’, B là 1 thuộc tính không khóa Giả sử K’  B (Q không đạt dạng chuẩn 2)

Do K là khóa, => K  B

ta lại có K’ B

=> K chỉ đóng vai trò là siêu khóa đối với B hay B không

phụ thuộc đầy đủ vào khóa Trong thực tế, các quan hệ có

tồn tại những phụ thuộc không đầy đủ thường mang lại sự không tối ưu cho CSDL.

Định nghĩa : A được gọi là phụ thuộc trực tiếp vào X nếu và

chỉ nếu A phụ thuộc X và không phụ thuộc bắc cầu vào X

Dạng Chuẩn 3

Định nghĩa : 1 lược đồ quan hệ Q được gọi là

đạt dạng chuẩn 3 nếu mọi thuộc tính không

khóa của Q đều phụ thuộc trực tiếp vào mọi khóa.

Ý nghĩa : Các phụ thuộc hàm bắc cầu của thuộc tính không khóa vào khóa gây khó khăn trong việc kiểm tra các ràng buộc toàn vẹn khi

CSDL vận hành.

Dạng Chuẩn 3 – Hệ quả

1 Nếu Q đạt dạng chuẩn 3 thì Q đạt dạng chuẩn 2

CM : Giả sử Q đạt dạng chuẩn 3 và không đạt dạng chuẩn 2, => có thuộc tính A và khóa K sao cho :

K’A với K’ K => KK’  K’A  A  KK’ =>

A phụ thuộc bắc cầu vào K => trái với giả thuyết

2 Nếu Q không có thuộc tính không khóa thì Q đạt dạng

chuẩn 3

CM : hiển nhiên

Dạng Chuẩn 3 – Định lý

Cho lược đồ quan hệ Q, F là tập các phụ

thuộc hàm có vế phải chỉ 1 thuộc tính

Q đạt dạng chuẩn 3 nếu và chỉ nếu mọi PTH XA  F đều có :

X là siêu khóa

A là thuộc tính khóa

Dạng Chuẩn 3 – Chứng minh định lý

Chiều thuận : Cho Q đạt dạng chuẩn 3, xét PTH XA bất

kỳ, giả sử A không là thuộc tính khóa và X không là siêu khóa

Gọi K là 1 khóa của Q, => KX, ta có :

Dạng Chuẩn 3 – Chứng minh định lý

Chiều đảo : Cho lược đồ quan hệ Q, F là tập PTH có

vế phải 1 thuộc tính, với mọi XA  F ta đều có X

là siêu khóa (1) hay A là thuộc tính khóa (2).

Giả sử Q không đạt dạng chuẩn 3 => tồn tại 1 khóa

K, tập thuộc tính Y,thuộc tính không khóa A :

KY, YA, Y không K, AKY

Do A là thuộc tính không khóa => Y là siêu khóa

=> YK => trái với giả thiết.

Thuật toán kiểm tra Dạng chuẩn 3

Input : lược đồ Q, tập PTH F.

Output : Q đạt dạng chuẩn 3 hay không.

Bước 1 :

Tìm tất cả các khóa của Q Bước 2 :

Tách các PTH trong F sao cho F chỉ gồm toàn các PTH có vế phải 1 thuộc tính

Bước 3 :

Xét từng PTH XA trong F, nếu có A không là thuộc tính khóa và X không là siêu khóa thì kết luận Q không đạt dạng chuẩn 3.

Dạng chuẩn Boyce-Codd / DC 4

Định nghĩa : 1 lược đồ quan hệ Q được gọi là đạt dạng chuẩn BC nếu mọi PTH XA  F+ đều có X là siêu khóa

Dạng chuẩn BC – Định lý

Định lý : Q đạt dạng chuẩn BC nếu và chỉ nếu mọi PTH XA

 F đều có X là siêu khóa.

Chiều đảo : Giả sử mọi XA  F đều có X là siêu khóa, và

Q không đạt dạng chuẩn BC, => tồn tại YB  (F + - F) và Y không là siêu khóa, gọi K là 1 khóa của Q, => KY và

YB và Y không  K => B phụ thuộc bắc cầu vào K => Q không đạt dạng chuẩn 3 => Trái với giả thiết (Vì mọi XA

 F đều có X là siêu khóa nên Q phải đạt dạng chuẩn 3 ).

Thuật toán kiểm tra dạng chuẩn BC

Bước 1 : Tìm tất cả các khóa của Q.

Bước 2 : Từ F, tạo tập phụ thuộc hàm F’ tương đương có vế phải 1 thuộc tính.

Bước 3 : Duyệt các PTH XA trong F’, nếu X không là siêu khóa : kết luận Q không đạt BC, dừng thuật toán.

Kết luận Q đạt BC.

Thuật toán kiểm tra dạng chuẩn

của Lược đồ quan hệ

Bước 1 : Tìm tất cả khóa của Q

Bước 2 : Kiểm tra dạng chuẩn BC, nếu Q đạt BC : kết

luận Q đạt BC và dừng thuật toán

Bước 3 : Kiểm tra dạng chuẩn 3, nếu Q đạt DC3 : kết luận

Q đạt DC3 và dừng thuật toán

Bước 4 : Kiểm tra dạng chuẩn 2, nếu Q đạt DC2 : kết luận

Q đạt DC2 và dừng thuật toán, ngược lại, Q đạt DC1

(Qui ước mọi lược đồ quan hệ đều đạt DC1)

Phép tách kết nối

• Tách kết nối  Tách 1 lược đồ quan hệ thành 2 hay nhiều lược đồ quan hệ khác

• Phép tách kết nối : ứng dụng để chuẩn hóa lược

đồ quan hệ  chuẩn hóa CSDL  tách 1 lược đồ

quan hệ ở dạng chuẩn thấp thành các lược đồ quan

hệ ở dạng chuẩn cao hơn

• Tiêu chí hàng đầu của phép tách kết nối là phải

bảo toàn nghĩa là giữ được sự không mất mát thông tin (về dữ liệu / các ràng buộc  các PTH)

Phép tách kết nối bảo toàn thông tin ( dữ liệu)

X

Tính chất – Ý nghĩa

• Điều kiện XQ2+ trong phép tách Q thành 2 quan

hệ Q1, Q2 tương đương với “X là 1 siêu khóa của

Q2” hay “X chứa khóa của Q2” Trong thực tế, X thường là khóa của Q2

• Phát biểu ngắn gọn lại tính chất: “Phép tách lược

đồ Q thành Q1,Q2 trên thuộc tính chung X là khóa của Q2 là phép tách bảo toàn thông tin” Phép tách này còn được đặt tên là “Phép tách trên khóa”

Tính chất – Ví dụ

Cho Q(MaHS,HoTen,DiemTB,MaLop,TenLop), F =

{MaHSHoTen,DiemTB,MaLop,TenLop ;

MaLopTenLop }Nhận xét : MaHS là khóa chính của Q và Q không đạt dạng chuẩn 3 (có phụ thuộc bắc cầu

MaHSMaLopTenLop)

Tách Q thành Q1(MaHS,HoTen,DiemTB,MaLop) và

Q2(MaLop,TenLop) với X = {MaLop}

Nhận xét : Q1, Q2 đều đạt dạng chuẩn BC

Tính chất – Ứng dụng

• Để chuẩn hóa lược đồ quan hệ về dạng chuẩn

BC, ta có thể thực hiện tách các lược đồ quan

hệ chưa đạt BC thành các quan hệ đạt BC :

Q(A1,A2,…,An) chưa đạt BC, có F={XY, …}

Tách Q thành Q1 có Q1+ = Q+ - Y , Q2+ = XYNếu Q1, Q2 chưa đạt BC, lại tiếp tục tách Q1,Q2thành Q11, Q12,Q21,Q22 …