Bài giảng cơ sở dữ liệu chương 4 ràng buộc toàn vẹn

Định nghĩa RBTV tt Định nghĩa: – RBTV là một quy tắc định nghĩa trên một hoặc nhiều quan hệ do môi trường ứng dụng quy định Đó chính là quy tắc để đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu –

Trang 2

4.1.1 Định nghĩa RBTV

Ràng buộc toàn vẹn ( RBTV ) là điều kiện không được

vi phạm trong CSDL RBTV còn được gọi là các quy tắc quản lý ( Rules ) được áp đặt lên các đối tượng của thế giới thực.

Trong 1 CSDL, các RBTV được xem như 1 công cụ

để diễn đạt ngữ nghĩa của CSDL đó.

Trong quá trình khai thác CSDL, các RBTV phải được thỏa mãn nhằm đảm bảo cho CSDL luôn ở trạng thái

an toàn và nhất quán.

Chương 4 - Ràng buộc toàn vẹn (RBTV) 3

4.1.1 Định nghĩa RBTV (tt)

Định nghĩa:

– RBTV là một quy tắc định nghĩa trên một hoặc nhiều quan

hệ do môi trường ứng dụng quy định Đó chính là quy tắc

để đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu

– Mỗi RBTV được định nghĩa bằng 1 thuật toán trong CSDL.

Ví dụ:

– R1: Mỗi Nhân viên có 1 mã số duy nhất để phân biệt với nhân viên khác

– R2: Mỗi đề án phải do 1 Phòng/Ban nào đó chủ trì

– R3: Mỗi nhân viên có thể tham gia nhiều đề án khác nhau – R4: Mỗi nhân viên có nhiều hoặc không có thân nhân nào

Trang 3

Các RBTV được kiểm tra ngay khi thực hiện 1 thao tác cập nhật CSDL ( Thêm, Sửa, Xóa )

Thao tác cập nhật CSDL chỉ được xem là hợp lệ nếu

Phương pháp kiểm tra RBTV

– Kiểm tra tự động (qua khai báo của cấu trúc bảng)

– Thông qua những thủ tục kiểm tra và xử lý vi phạm RBTV (do người phân tích thiết kế cài đặt)

Thời điểm kiểm tra RBTV

– Ngay sau khi thực hiện thao tác cập nhật CSDL

– Kiểm tra định kỳ hoặc đột xuất

Trang 4

4.1.2 Điều kiện của RBTV

Là sự mô tả và biểu diễn hình thức nội dung của nó

Có thể được biểu diễn bằng:

4.1.2 Điều kiện của RBTV (tt)

Ví dụ: Cho CSDL quản lý hóa đơn bán hàng gồm các bảng:

HOADON(SoHD, SoMatHang, Tongtien) DMHANG(MaH, TenH, DvTinh)

CHITIETHD(SoHD, MaH, SL, Dongia, Thanhtien)

R1 : Mỗi hóa đơn có 1 số hóa đơn riêng biệt, không trùng với hóa đơn khác

R2 : Số mặt hàng bằng số bộ của của chi tiết hóa đơn có cùng

số hóa đơn

R3: Tổng các thành tiền của các mặt hàng trong CHITIETHD có cùng số hóa đơn phảibằng Tổng tiền ghi trong HOADON

Trang 5

Ví dụ - Biểu diễn bằng đại số tập hợp

Ví dụ - Biểu diễn bằng đại số tập hợp (tt)

Trang 6

– R1: có bối cảnh là 1 quan hệ HOADON

CHITIEHD

– R4: có bối cảnh là 2 quan hệ CHITIETHD và DMHANG

4.1.4 Tầm ảnh hưởng của RBTV

Một RBTV có thể liên quan đến một số quan hệ, chi khi có thao tác cập nhật (Thêm, Sửa, Xóa) mới xuất hiện nguy cơ vi phạm RBTV Cần phải xác định rõ khi nào dẫn đến việc kiểm tra RBTV

Trong quá trình phân tích, thiết kế một CSDL, người phân tích phải lập bảng xác định tầm ảnh hưởng cho mỗi RBTV nhằm xác định khi nào phải tiến hành kiểm tra các RBTV đó

Trang 7

4.1.4 Tầm ảnh hưởng của RBTV (tt)

Bảng xác định tầm ảnh hưởng

– Gồm 4 cột:

• Cột 1: Tên các bảng (quan hệ) có liên quan đến RBTV

• Cột 2, 3, 4: Ứng với các thao tác Thêm/Sửa/Xóa 1 bộ

– Đánh dấu (+) tại ô mà RBTV có nguy cơ bị vi phạm Có thể ghi thêm các thuộc tính nào nếu được cập nhật mới

sẽ dẫn đến vi phạm RBTV bằng cách liệt kê chúng

dưới dấu (+)

– Đánh dấu (-) tại ô không có nguy cơ bị vi phạm

– Đánh dấu (- (*) ) nếu không bị vi phạm vì không được phép sửa đổi

Trang 8

4.1.4 Tầm ảnh hưởng của RBTV (tt)

Ví dụ (tt)

– Bảng tầm ảnh hưởng của R4

R3 + (Tongtien)+ - + (Thanhtien)+ +

Trang 9

4.1.5 Hành động khi RBTV bị vi phạm

Khi RBTV bị vi phạm, cần có hành động thích hợp (gồm 2 phần):

– Thông báo: báo cho người dùng biết dữ liệu bị vi phạm RBTV nào và cần sửa lại như thế nào

– Xử lý: Đưa ra phương án xử lý khi RBTV bị vi phạm

Có thể từ chối hoặc tiếp tục cho hiệu chỉnh dữ liệu

Thông thường có 2 giải pháp:

– (1) Đưa ra thông báo và yêu cầu sửa chữa dữ liệu chophù hợp với RBTV TB này phải đầy đủ và dễ hiểu vớingười dùng giải pháp này phù hợp cho việc xử lýthời gian thực

– (2) Từ chối thao tác cập nhật giải pháp này phù hợpvới việc xử lý theo lô

– RBTV về liên thuộc tính – liên quan hệ

– RBTV về liên bộ - liên quan hệ

– RBTV có tính chu trình

Trang 10

4.2.1 RBTV về miền trị

Rất phổ biến trong các CSDL quan hệ

Mỗi thuộc tính không chỉ đặc trưng bởi kiểu giá trị mà còn bị giới hạn bởi miền giá trị trong kiểu dữ liệu đó Khi cập nhật (thêm/sửa/xóa) giá trị cho 1 bộ trong

quan hệ, phải kiểm tra RBTV này

Ví dụ: DIEMTHI(MaSV, Lanthi, Diemthi)

Trang 11

4.2.3 RBTV liên bộ, liên thuộc tính

Là loại RBTV có liên quan đến nhiều bộ và có thể tới nhiều thuộc tính của các bộ giá trị trong một quan hệ

Ví dụ:

– Mã số sinh viên không được trùng nhau

∀sv1, sv2 ∈ SINHVIEN thì sv1.MaSV ≠ sv2.MaSV

– Điểm thi của sinh viên lần sau phải lớn hơn lần trước:

∀kq ∈ DIEMTHI

• Nếu kq.Lanthi = 1 thì 0 ≤ kq.Điểm ≤ 10 hoặc:

• Nếu kq.Lanthi > 1 thì ∃ kq’ ∈ DIEMTHI , sao cho kq’.Lanthi = kq.Lanthi - 1 và kq.Diem ≥ kq’.Diem

– Có sự hiện diện của khóa ngoại

– Có sự lồng khóa giữa các quan hệ

Trang 12

4.2.4 RBTV về phụ thuộc tồn tại (tt)

Ví dụ:

– Mỗi sinh viên phải thuộc 1 lớp

– Mỗi lớp phải thuộc 1 khoa

– Mỗi Điểm phải của 1 sinh viên, 1 môn

– Mỗi nhân viên phải thuộc 1 Phòng

– Mỗi Mã hàng trong CHITIETHD phải tồn tại trong

DMHANG

– Mỗi Số Hóa đơn trong CHITIETHD phải tồn tại trong

HOADON

4.2.5 RBTV liên thuộc tính - liên quan hệ

Một thuộc tính trong quan hệ này cố mối liên hệ với một thuộc tính trong quan hệ khác

Trang 13

4.2.5 RBTV liên bộ - liên quan hệ

Một thuộc tính của quan hệ này có mối liên hệ với các

bộ của quan hệ khác.

Ví dụ:

– Mỗi GV phải dạy ít nhất 1 lớp

– HOADON.SoMatHang = Số bộ của CHITIETHD có

cùng số hóa đơn

– Mỗi phiếu mượn chỉ mượn được tối đa 3 cuốn sách

4.2.6 RBTV do có chu trình

Biểu diễn cấu trúc CSDL dưới dạng đồ thị như sau: mỗi nút của đồ thị biểu diễn 1quan hệ hoặc 1 thuộc tính

– Quan hệ được biểu diễn bằng nút tròn trắng

– Thuộc tính được biểu diễn bằng nút tròn đen

Các nút được chỉ rõ bằng tên của quan hệ hoặc thuộc tính Thuộc tính thuộc một quan hệ được biểu diễn bằng 1 cung nối giữa nút tròn trắng và nút tròn đen đó Nếu trên đồ thị xuất hiện 1 đường kép kín thì ta nói trong lược đồ CSLD có sự hiện diện của chu trình

Trang 14

Q4 Q3

MaNV

MaDean TenDean

– Nếu vẫn muốn giữ lại quan hệ Q4, tức là không hủy bỏchu trình, thì phải có một RBTV với thuật toán sau:Q1 I><I Q2 [MaNV, MaDean] = Q4 [MaNV, MaDean]

Trang 15

4.2.6 RBTV do có chu trình (tt)

Giả thiết 2: Mỗi nhân viên được phân công vào 1 số

đề án do phòng phụ trách

– Con đường ngắn Q4 phụ thuộc vào con đường dài

Q1 |><| Q2 vì 1 nhân viên có thể không tham gia vào tất cả các đề án do phòng mình phụ trách

– RBTV được thể hiện bởi thuật toán sau:

Q4[MaNV, MaDean] ⊆ Q1 |><| Q2 [MaNV, MaDean]

Trang 16

nếu ∀A’ ⊂ A đều không có A’→ B

– f2: SoHD, MaH Dongia

– f3: SoHD, MaH Thanhtien

Trang 17

4.3.2 Bao đóng tập phụ thuộc hàm và hệ luật

dẫn Amstrong

Bao đóng của tập phụ thuộc hàm

– Trên lược đồ quan hệ R với tập thuộc tính U; F là tập các phụ thuộc hàm; cho X Y là một phụ thuộc hàm;

X, Y ⊆ U

– Ta nói X Y được suy diễn lôgic từ F nếu R thỏa mãn các phụ thuộc hàm của F thì cũng thỏa X Y Ký hiệu là: F |= X Y

– Bao đóng (closure) của F (ký hiệu là F+) là tập các phụ thuộc hàm được suy diễn logic từ F

– Nếu F=F+ thì ta nói F là họ đầy đủ (Full family) của các phụ thuộc hàm

4.3.2 Bao đóng tập phụ thuộc hàm và hệ luật

dẫn Amstrong (tt)

Hệ luật dẫn Amstrong

– Cho quan hệ hệ R với tập thuộc tính U;

– Cho X, Y, Z, W ⊆ U

Ba luật của tiên đề Amstrong:

1 Luật phản xạ (reflexive rule):

Trang 18

Hệ luật dẫn Amstrong

Ba hệ quả của tiên đề Amstrong:

1 Luật hợp (Union Rule)

Trang 19

4.3.3 Bao đóng của tập thuộc tính

Định nghĩa:

– Bao đóng của tập thuộc tính X đối với tập các phụ

thuộc hàm F (ký hiệu là XF+ hoặc X+) lầ tập các thuộc tính A có thể duy dẫn từ X nhờ tập bao đóng của các phụ thuộc hàm F+

Thuật toán tìm bao đóng của X

– Tính liên tiếp tập các tập thuộc tính X0,X1,X2, theo phương pháp sau:

– Bước 1: X0 = X

– Bước 2: lần lượt xét các phụ thuộc hàm của F

• Nếu Y→Z có Y ⊆ Xi thì Xi+1 = Xi ∪ Z

• Loại phụ thuộc hàm Y → Z khỏi F

– Bước 3: Nếu ở bước 2 không tính được Xi+1 thì Xi

Trang 20

4.3.3 Bao đóng của tập thuộc tính (tt)

Ví dụ1:

– Cho F = {A BC, I K, GB H, CG I, B H} của quan hệ R(A, B, C, D, E, G, H, I, K)

– Hãy tìm bao đóng của tập thuộc tính X = {A, G}

Vậy (AG)+ = ABCGHIK

Ví dụ2:

– Cho lược đồ quan hệ R(A,B,C,D,E,G,H) và tập phụ thuộc hàm F={B→A; DA→CE; D→H; GH→ C; AC→D} Tìm bao đóng của X = {AC} trên F

Trang 21

Ví du 4: cho lược đồ quan hệ: R(A,B,C,D,E,G)

F = { f1: A → C;

f2: A → EG;

f3: B → D;

f4: G → E } – Tìm bao đóng của X+ và Y+ của

X = {A,B}; Y = {C,G,D}

Sử dụng bao đóng của tập thuộc tính

Kiểm tra siêu khóa

– Nếu tập X có X + chứa tất cả các thuộc tính của quan hệ R thì X là siêu khóa

– X là khóa dự tuyển nếu không có tập con nào của X là khóa

Kiểm tra phụ thuộc hàm X Y có được suy dẫn từ tập phụ thuộc hàm F cho trước ?

– Nếu X Y thuộc F + ⇔ Y ⊆ X +

Kiểm tra 2 tập phụ thuộc hàm tương đương F + = G +

– ∀ phụ thuộc hàm X Y trong G, nếu Y ⊆ XF+ thì F phủ G và ngược lại

– ∀ phụ thuộc hàm X Y trong F, nếu Y ⊆ XG+ thì G phủ F

Trang 22

4.3.4 Phủ và tương đương

Định nghĩa

– Hai tập phụ thuộc hàm F và G trên quan hệ Q được gọi

là tương đương (ký hiệu F≡G) nếu F+ = G+

– F≡G thì F được gọi là 1 phủ của G hoặc G là một phủ của F

Thuật toán: Kiểm tra F và G có tương đương không?

– Bước 1: Với mỗi phụ thuộc hàm X Y của F xác định xem X Y có là thành viên của G không?

– Bước 2: Với mỗi phụ thuộc hàm X Y của G xác định xem X Y có là thành viên của F không?

– Bước 3: Nếu cả 2 bước trên đều đúng thì F ≡ G

4.3.4 Phủ và tương đương (tt)

Ví dụ: Cho lược đồ quan hệ Q(ABCE) hai tập phụ thuộc hàm:

F = {A→BC, A→D, C→E}

G = {A→BCE, A→ABD, C→E}

a) F có tương đương với G không?

b) F có tương đương với G’={A→BCE} không?

Trang 23

Vậy F và G’ không tương đương

Phụ thuộc hàm có vế trái dư thừa

F là tập các phụ thuộc hàm trên lược đồ quan

hệ Q.

Z→Y ∈ F

Phụ thuộc hàm Z → Y có vế trái dư thừa nếu có A

Ví dụ 1: Q (A, B, C), F= { AB→C ; B→C}

F ≡ F- {AB→C} ∪ { (AB-A)→C}={B→C}

Trang 24

Phụ thuộc hàm có vế trái dư thừa

Ví dụ 2: Cho tập phụ thuộc hàm

F = { A→BC , B → C, A B → D}.

Phụ thuộc hàm AB → D có vế trái dư thừa B vì PTH

AB D được suy diễn từ {A BC, B C, A D}

Loại bỏ PTH có vế trái dư thừa

+ Tính B+ = BC (không chứa A) nên A không dư thừa

+ Tính A+ = ABC (chứa B) nên B là dư thừa

Trang 25

Phụ thuộc hàm dư thừa

F là tập phụ thuộc hàm không dư thừa nếu không tồn tại F’⊂ F sao cho F’≡ F Ngược lại F là tập phụ thuộc hàm dư thừa.

Phủ tối thiểu (Minimal cover)

Tập F được gọi là tập phụ thuộc hàm tối thiểu

(hay phủ tối thiểu) nếu nó thỏa mãn đồng thời 3 điều kiện

– F là tập phụ thuộc hàm có vế trái không dư thừa

– Các PTH trong F có vế phải chỉ gồm 1 thuộc tính

– F là tập phụ thuộc hàm không dư thừa

Trang 26

Phủ tối thiểu (tt)

Thuật toán tìm phủ tối thiểu của một tập phụ thuộc hàm

– Bước 1: Loại bỏ các phụ thuộc hàm có vế trái dư thừa

– Bước 2: Tách các phụ thuộc hàm có vế phải nhiều hơnmột thuộc tính thành các phụ thuộc hàm có vế phải mộtthuộc tính

– Bước 3: Loại bỏ các phụ thuộc hàm dư thừa

Phủ tối thiểu (Minimal cover)

Ví dụ1: Cho lược đồ quan hệ Q(A, B, C, D) và tập phụ thuộc hàm F = {AB →CD, B→C, C→D} Hãy tìm phủ tối thiểu của F

– Bước 2: Tách các phụ thuộc hàm có vế phải nhiều hơn

1 thuộc tính thành các PTH có vế phải là 1 thuộc tính

Trang 27

Phủ tối thiểu (tt)

– Bước 3: Loại bỏ các PTH dư thừa

• Kiểm tra B→C có dư thừa không?

– Đặt G = F1tt – {B→C} = {B→D, C→D}

– Tính BG+ = BD ⇒ B→C ∉ G + ⇒ B→C không dư thừa

• Kiểm tra B→D có dư thừa không?

– Đặt G = F1tt - {B→D} = {B→C, C→D}

– Tính BG+ = BCD ⇒ B→D ∈ G + ⇒ B→D dư thừa

• Kiểm tra C→D có dư thừa không?

– Đặt G = F1tt - {C→D} = {B→C, B→D}

– Tính CG+ = C ⇒ C→D ∉ G + ⇒ C→D Không dư thừa

– Kết quả: Phủ tối thiểu của tập phụ thuộc hàm là

Trang 28

K là một khóa của Q nếu:

• K + = Q + (Bao đóng của tập thuộc tính K = Q+)

• Không tồn tại K' ⊂ K sao cho K’+= Q+

4.4 Khóa (tt)

Tập thuộc tính S được gọi là siêu khóa nếu S ⊇ K Thuộc tính A được gọi là thuộc tính khóa nếu A∈K

với K là khóa bất kỳ của Q Ngược lại A được gọi là

thuộc tính không khóa.

Một lược đồ quan hệ có thể có nhiều khóa và tập

thuộc tính không khóa cũng có thể bằng rỗng

Trang 29

4.4.2 Thuật toán tìm 1 khóa (tt)

Ví dụ 1: cho lược đồ quan hệ Q và tập phụ

thuộc hàm F như sau:

B2:(K\A)+⇒(BCDE)+=BCDE ≠ Q+ ⇒ K=ABCDE

B3:(K\B)+ ⇒(ACDE)+= ABCDE = Q+ ⇒ K=ACDE

B4: (K\C)+ ⇒(ADE)+ = ADE ≠ Q+ ⇒ K=ACDE

B5: (K\D)+ ⇒ (ACE)+ = ACEBD=Q+⇒ K=ACE

Trang 30

Ví dụ 2: cho lược đồ quan hệ Q(ABCDEGHI) và

Thuật toán 2: Biểu diễn lược đồ quan hệ bằng đồ thị có hướng như sau:

– Mỗi đỉnh của đồ thị là 1 thuộc tính trong lược đồ quan hệ – Mỗi phụ thuộc hàm A→B được biểu diễn bằng 1 cung có hướng từ đỉnh A đến đỉnh B

• Đỉnh (thuộc tính) chỉ có mũi tên đi ra được gọi là nút gốc

• Đỉnh (thuộc tính) chỉ có mũi tên đi vào được gọi là nút lá

– Khóa của lược đồ quan hệ phai bao phủ tập các nút gốc đồng thời không chứa bất kỳ nút lá nào.

– Thuật toán:

• Bước 1: Xuất phát từ tập các nút gốc (X)

• Bước 2: Tính bao đóng của tập thuộc tính X (X + )

Trang 31

Ví dụ:

– Cho R(U) với U = {A,B,C,D,E,H} với tập phụ thuộc hàm

F = {AB→C, CD→E, EC→A, CD →H, H→B}

– Hãy tìm khóa của R

Nút gốc A

f4 f5

Tính D+ = ∅

Do CD có mặt trong vế trái của 2 phụ thuộc hàm

(CD→H, CD→E) nên ta ghép C vào tập nút gốc và tính bao đóng

f4 f5

Trang 32

4.4.3 Thuật toán tìm mọi khóa (tt)

Ví dụ:

– Tìm tất cả các khóa của lược đồ quan hệ và tập phụ thuộc hàm như sau:

Trang 33

Thuật toán cải tiến

– Bước1 : tạo tập thuộc tính nguồn TN, tập thuộc

– Bước2 :

• Ngược lại Qua bước 3

– Bước3 : tìm tất cả các tập con Xi của tập trung

– Bước 4: tìm các siêu khóa Si bằng cách ∀Xi

Trang 34

– TN = {S}; TG = {C,Z}

– Gọi Xi là các tập con của tập TG:

Ví dụ 2:

– Cho quan hệ R (U), U = {A,B,C,D,G} và các phụ thuộc hàm F = {B→C, C→B, A→GD} hãy tìm tất cả các khóa của R

Trang 35

bangtqh@utc2.edu.vn Chương 4 - Ràng buộc toàn vẹn (RBTV) 69

Tổng kết chương

Hệ luật dẫn Amstrong và hệ quả của nó

Thuật toán tìm bao đóng của tập thuộc tính

Thuật toán tìm phủ tối thiểu của tập phụ thuộc hàm Thuật toán tìm 1 khóa quan hệ.

Thuật toán tìm tất cả các khóa của quan hệ

Cho phụ thuộc hàm X→Y và tập Phụ thuộc hàm F, làm cách nào xác định được X→Y ∈ F+ hay không ? Cho 2 tập phụ thuộc F và G, làm thế nào xác định được F và G là tương đương?

Định dạng
Số trang	37
Dung lượng	2,03 MB