Các thuật toán thiết kế lược đồ cơ sở dữ liệu quan hệ

Tài liệu tham khảo Mở đầu Khái niệm Mơ hình ER Mơ hình quan hệ Các thuật tốn thiết kế lược đồ sở liệu quan hệ Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Phụ thuộc hàm Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật tốn 5.1 Nối khơng mát Tổng hợp quan hệ Xác định khóa Phụ thuộc hàm đa trị Các qui tắc suy diễn Dạng chuẩn Tách quan hệ Dạng chuẩn 43 / 54 Tách quan hệ điều kiện bảo toàn I I I I Tách quan hệ: Lược đồ quan hệ vũ trụ đơn R = {A1 , A2 , , An } tách thành tập hợp lược đồ quan hệ D = {R1 , R2 , , Rm } Một cách hình thức, ta có điều kiện bảo tồn thuộc tính: ∪Ri = R Tính khơng đầy đủ dạng chuẩn: Mục đích quan hệ riêng rẽ Ri phép tách D dạng chuẩn BCNF 3NF Tuy nhiên, điều khơng đủ để đảm bảo thiết kế CSDL tốt Bên cạnh việc xem xét quan hệ riêng rẽ, cần xem xét toàn phép tách Việc phụ thuộc hàm X → Y F xuất trực tiếp trong lược đồ quan hệ Ri phép tách D suy diễn từ phụ thuộc hàm có Ri có lợi Ta gọi điều kiện bảo tồn phụ thuộc Định lý: Ln ln tìm phép tách bảo tồn phụ thuộc D F cho quan hệ Ri D 3NF Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Tài liệu tham khảo Mở đầu Khái niệm Mơ hình ER Mơ hình quan hệ Phụ thuộc hàm Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật tốn 5.1 Nối khơng mát Tổng hợp quan hệ Xác định khóa Phụ thuộc hàm đa trị Các qui tắc suy diễn Dạng chuẩn Tách quan hệ Dạng chuẩn 44 / 54 Thuật toán tách bảo tồn phụ thuộc Thuật tốn 5.1: Tạo phép tách bảo toàn phụ thuộc D = {R1 , R2 , , Rm } quan hệ vũ trụ R dựa tập phụ thuộc hàm F cho Ri D 3NF Thuật tốn đảm bảo tính chất bảo tồn phụ thuộc, khơng đảm bảo tính chất nối khơng mát Input: Một quan hệ vũ trụ R tập phụ thuộc hàm F thuộc tính R Tìm phủ tối thiểu G F Với vế trái X phụ thuộc hàm xuất G, tạo lược đồ D với thuộc tính {X ∪ {A1 } ∪ {A2 } ∪ ∪ {Ak }} X → A1 , X → A2 , , X → Ak phụ thuộc hàm G với X vế trái (X khóa quan hệ này) Đặt thuộc tính cịn lại (những thuộc tính chưa đặt vào quan hệ nào) vào quan hệ đơn để đảm bảo tính chất bảo tồn thuộc tính Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Tài liệu tham khảo Mở đầu Khái niệm Mô hình ER Mơ hình quan hệ Phụ thuộc hàm Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật tốn 5.1 Nối khơng mát Tổng hợp quan hệ Xác định khóa Phụ thuộc hàm đa trị Các qui tắc suy diễn Dạng chuẩn Tách quan hệ Dạng chuẩn 45 / 54 Phép tách kết nối không mát Thuật tốn 5.2: Kiểm tra tính chất nối khơng mát Input: Một quan hệ vũ trụ R(A1 , A2 , An ), phép tách D = {R1 , R2 , , Rm } R tập phụ thuộc hàm F Tạo ma trận S có m hàng, n cột Mỗi cột ma trận ứng với thuộc tính, hàng ứng với quan hệ Ri Đặt S(i, j) = thuộc tính Aj thuộc quan hệ Ri trường hợp ngược lại Lặp lại vòng lặp sau việc thực vịng lặp khơng làm thay đổi S: Với phụ thuộc hàm X → Y F , xác định hàng S có ký hiệu cột ứng với thuộc tính X Nếu có hàng số chứa cột ứng với thuộc tính Y làm cho làm cho cột tương ứng hàng khác chứa Nếu có hàng chứa tồn ký hiệu phép tách có tính chất nối khơng mát, ngược lại, phép tách khơng có tính chất Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Tài liệu tham khảo Mở đầu Khái niệm Mơ hình ER Mơ hình quan hệ Phụ thuộc hàm Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật toán 5.1 Nối không mát Tổng hợp quan hệ Xác định khóa Phụ thuộc hàm đa trị Các qui tắc suy diễn Dạng chuẩn Tách quan hệ Dạng chuẩn 46 / 54 Tách quan hệ với tính chất nối khơng mát Thuật tốn 5.3: Tách quan hệ thành quan hệ BCNF với tính chất nối khơng mát Input: Một quan hệ vũ trụ R tập hợp phụ thuộc hàm F thuộc tính R Đặt D := {R} Khi có lược đồ quan hệ Q D khơng phải BCNF, thực vòng lặp: Với lược đồ quan hệ Q D không BCNF tìm phụ thuộc hàm X → Y Q vi phạm BCNF thay Q D hai lược đồ quan hệ (Q − Y ) (X ∪ Y ) Quá trình lặp dừng khơng cịn quan hệ D vi phạm BCNF Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Tài liệu tham khảo Mở đầu Khái niệm Mơ hình ER Mơ hình quan hệ Phụ thuộc hàm Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật toán 5.1 Nối khơng mát Tổng hợp quan hệ Xác định khóa Phụ thuộc hàm đa trị Các qui tắc suy diễn Dạng chuẩn Tách quan hệ Dạng chuẩn 47 / 54 Thuật tốn tổng hợp quan hệ bảo tồn phụ thuộc nối khơng mát Thuật tốn 5.4: Thuật tốn tổng hợp quan hệ với tính chất bảo tồn phụ thuộc nối khơng mát Input: Một quan hệ vũ trụ R tập phụ thuộc hàm F thuộc tính R Tìm phủ tối thiểu G cho F Với vế trái X phụ thuộc hàm xuất G tạo lược đồ quan hệ D với thuộc tính {X ∪ {A1 } ∪ {A2 } ∪ ∪ {Ak }}, X → A1 , X → A2 , , X → Ak phụ thuộc hàm G với X vế trái (X khóa quan hệ này) Nếu khơng có lược đồ quan hệ D chứa khóa R tạo thêm lược đồ quan hệ D chứa thuộc tính tạo nên khóa R Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Tài liệu tham khảo Mở đầu Khái niệm Mơ hình ER Mơ hình quan hệ Phụ thuộc hàm Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật tốn 5.1 Nối khơng mát Tổng hợp quan hệ Xác định khóa Phụ thuộc hàm đa trị Các qui tắc suy diễn Dạng chuẩn Tách quan hệ Dạng chuẩn 48 / 54 Thuật tốn xác định khóa Thuật tốn xác định khóa: Tìm khóa K R dựa tập F phụ thuộc hàm (để thực bước thuật toán 5.4) Tài liệu tham khảo Mở đầu Đặt K := R Với thuộc tính A K { tính (K − A)+ F ; Nếu (K − A)+ chứa tất thuộc tính R đặt K := K − {A} } Mơ hình quan hệ Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Khái niệm Mơ hình ER Phụ thuộc hàm Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật tốn 5.1 Nối khơng mát Tổng hợp quan hệ Xác định khóa Phụ thuộc hàm đa trị Các qui tắc suy diễn Dạng chuẩn Tách quan hệ Dạng chuẩn 49 / 54 Phụ thuộc hàm đa trị Giả thiết có lược đồ quan hệ R, X Y hai tập R Một phụ thuộc đa trị (MVD), ký hiệu X →→ Y , ràng buộc sau trạng thái quan hệ R: Nếu hai t1 t2 tồn R cho t1 [X] = t2 [X] hai t3 t4 tồn R với tính chất sau: I I I t3 [X] = t4 [X] = t1 [X] = t2 [X] t3 [Y ] = t1 [Y ] t4 [Y ] = t2 [Y ] t3 [Z] = t2 [Z] t4 [Z] = t1 [Z] với Z = (R − (X ∪ Y )) Khi X →→ Y thỏa mãn, ta nói X đa xác định Y Bởi tính đối xứng định nghĩa, X →→ Y thỏa mãn R, X →→ Z thỏa mãn R Như X →→ Y kéo theo X →→ Z đơi viết X →→ Y |Z Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Tài liệu tham khảo Mở đầu Khái niệm Mơ hình ER Mơ hình quan hệ Phụ thuộc hàm Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật toán 5.1 Nối không mát Tổng hợp quan hệ Xác định khóa Phụ thuộc hàm đa trị Các qui tắc suy diễn Dạng chuẩn Tách quan hệ Dạng chuẩn 50 / 54 Các qui tắc suy diễn với phụ thuộc hàm phụ thuộc đa trị QT1 QT2 QT3 QT4 QT5 (phản xạ cho FD): Nếu X ⊇ Y X → Y (tăng cho FD): {X → Y } |= XZ → Y Z (bắc cầu cho FD): {X → Y, Y → Z} |= X → Z (bù cho MVD): {X →→ Y } |= {X →→ (R − (X ∪ Y ))} (tăng cho MVD): Nếu X →→ Y W ⊇ Z W X →→ Y Z QT6 (bắc cầu cho MVD): X →→ Y, Y →→ Z |= X →→ (Z˘Y ) QT7 (tái tạo cho FD MVD): X → Y | = X →→ Y QT8 (liên hợp cho FD MVD): Nếu X →→ Y có tồn W với tính chất a) W ∩ Y = ∅, b) W → Z c) Y ⊇ Z X → Z QT1 đến QT3 quy tắc suy diễn Amstrong phụ thuộc hàm QT4 đến QT6 quy tắc suy diễn liên quan đến phụ thuộc đa trị QT7 QT8 liên kết phụ thuộc hàm phụ thuộc đa trị Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Tài liệu tham khảo Mở đầu Khái niệm Mơ hình ER Mơ hình quan hệ Phụ thuộc hàm Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật tốn 5.1 Nối khơng mát Tổng hợp quan hệ Xác định khóa Phụ thuộc hàm đa trị Các qui tắc suy diễn Dạng chuẩn Tách quan hệ Dạng chuẩn 51 / 54 Dạng chuẩn I I Một lược đồ quan hệ R dạng chuẩn (4NF) tập hợp phụ thuộc0 F (gồm phụ thuộc hàm phụ thuộc đa trị) với phụ thuộc đa trị không tầm thường X →→ Y F + , X siêu khóa R Tách có tính chất nối không mát thành quan hệ 4NF: Các lược đồ quan hệ R1 R2 tạo thành phép tách có tính chất nối khơng mát R (R1 ∩ R2 ) →→ (R1 − R2 ) (hoặc (R1 ∩ R2 ) →→ (R1 − R2 )) Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Tài liệu tham khảo Mở đầu Khái niệm Mơ hình ER Mơ hình quan hệ Phụ thuộc hàm Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật tốn 5.1 Nối khơng mát Tổng hợp quan hệ Xác định khóa Phụ thuộc hàm đa trị Các qui tắc suy diễn Dạng chuẩn Tách quan hệ Dạng chuẩn 52 / 54 Thuật toán tách quan hệ không mát thành quan hệ 4NF Thuật toán 5.5: Tách quan hệ thành quan hệ 4NF với tính chất nối khơng mát Input: Một quan hệ vũ trụ R tập phụ thuộc hàm phụ thuộc đa trị F Tài liệu tham khảo Mở đầu Đặt D := {R} Khi có lược đồ quan hệ Q D khơng 4NF, thực hiện: { Chọn lược đồ quan hệ Q D khơng 4NF; Tìm phụ thuộc đa trị không tầm thường X → Y Q vi phạm 4NF; Thay Q D hai lược đồ quan hệ (Q − Y ) (X ∪ Y )} Phụ thuộc hàm Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Khái niệm Mơ hình ER Mơ hình quan hệ Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật tốn 5.1 Nối khơng mát Tổng hợp quan hệ Xác định khóa Phụ thuộc hàm đa trị Các qui tắc suy diễn Dạng chuẩn Tách quan hệ Dạng chuẩn 53 / 54 Các phụ thuộc nối dạng chuẩn I I I Một phụ thuộc nối (JD), ký hiệu JD(R1 , R2 , , Rn ) lược đồ quan hệ R ràng buộc trạng thái r R Ràng buộc tuyên bố trạng thái hợp pháp r R phải có phép tách có tính chất nối khơng mát thành R1 , R2 , , Rn Điều nghĩa là: ∗(πR1 (r), πR2 (r), , πRn (r)) = r Một phụ thuộc nối JD(R1 , R2 , , Rn ) phụ thuộc nối tầm thường lược đồ quan hệ Ri JD(R1 , R2 , , Rn ) R Một lược đồ quan hệ R dạng chuẩn (5NF) (hoặc dạng chuẩn nối chiếu PJNF – Project-Join normal form) tập F phụ thuộc hàm, phụ thuộc đa trị phụ thuộc nối với phụ thuộc nối không tầm thường JD(R1 , R2 , , Rn ) F + , Ri siêu khóa R Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Tài liệu tham khảo Mở đầu Khái niệm Mơ hình ER Mơ hình quan hệ Phụ thuộc hàm Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật tốn 5.1 Nối khơng mát Tổng hợp quan hệ Xác định khóa Phụ thuộc hàm đa trị Các qui tắc suy diễn Dạng chuẩn Tách quan hệ Dạng chuẩn 54 / 54 ... thêm lược đồ quan hệ D chứa thuộc tính tạo nên khóa R Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Tài liệu tham khảo Mở đầu Khái niệm Mơ hình ER Mơ hình quan hệ Phụ thuộc hàm Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật. .. hai lược đồ quan hệ (Q − Y ) (X ∪ Y )} Phụ thuộc hàm Bài giảng sở liệu - Nguyễn Hải Châu Khái niệm Mơ hình ER Mơ hình quan hệ Thiết kế CSDL Tách quan hệ Thuật tốn 5.1 Nối khơng mát Tổng hợp quan. .. quan hệ Dạng chuẩn 52 / 54 Thuật tốn tách quan hệ khơng mát thành quan hệ 4NF Thuật toán 5.5: Tách quan hệ thành quan hệ 4NF với tính chất nối khơng mát Input: Một quan hệ vũ trụ R tập phụ thuộc