Giáo trình Cơ sở dữ liệu (Nghề: Kỹ thuật sửa chữa, lắp ráp máy tính - Cao đẳng) - Trường CĐ Nghề Kỹ thuật Công nghệ

(NB) Giáo trình giúp các học viên tiếp cận vấn đề cốt lõi nhất về mặt lý thuyết: các định nghĩa, khái niệm, hệ quả, định lý, giải thuật,…từ đó có thể áp dụng vào bài toán thực tế thiết kế chuẩn hóa cơ sở dữ liệu nói riêng cũng như thiết kế hệ thống thông tin nói chung.

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ -š› & š› - GIÁO TRÌNH MƠN HỌC : CƠ SỞ DỮ LIỆU NGHỀ: KỸ THUẬT SỬA CHỮA LẮP RÁP MÁY TÍNH TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: 248b/QĐ-CĐNKTCN ngày 17 tháng năm 2019 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật Công nghệ Hà Nội, năm 2021 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm MÃ TÀI LIỆU: MHSCMT 17 LỜI GIỚI THIỆU Cơ sở liệu môn học sở chuyên ngành quan trọng Mục đích giáo trình nhằm chuẩn hóa tài liệu học tập cho sinh viên hệ cao đẳng nghề chuyên ngành sửa chữa máy tính, 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,…từ áp dụng vào tốn thực tế thiết kế chuẩn hóa sở liệu nói riêng thiết kế hệ thống thơng tin nói chung Giáo trình trọng đến việc giải thích ý nghĩa thực tế cơng thức lý thuyết để từ hướng dẫn học viên cách tiếp cận tư logic, nắm vững kỹ thuật tính tốn bước triển khai giải tốn thực Hy vọng sách cịn tài liệu tham khảo hữu ích cho đồng nghiệp giảng dạy, nghiên cứu lĩnh vực có liên quan Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 23 tháng 04 năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên Cù Ngọc Quỳnh giảng viên khoa CNTT Tập thể Giảng viên Khoa CNTT Mọi thông tin đóng góp chia sẻ xin gửi hịm thư tienphungktcn@gmail.com, liên hệ số điện thoại 0913393834-0983393834 MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU Chương TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU Một số khái niệm 1.1 Định nghĩa sở liệu 1.2 Ưu điểm sở liệu 1.3 Các đặc trưng phương pháp sở liệu 1.4 Các đối tượng sử dụng CSDL 10 1.5 Hệ Quản Trị Cơ Sở Dữ Liệu (Data Base Management System) 10 1.6 Các Ứng Dụng Của Cơ Sở Dữ Liệu 11 Các mơ hình liệu 11 Mô hình thực thể kết hợp 11 3.1 Thực Thể (entity) 12 3.2 Thuộc tính (attribute) 12 3.3.Loại thực thể (entity type) 12 3.4 Khoá (key) 12 3.5 Mối kết hợp (relationship) 13 BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN 15 BÀI TẬP THAM KHẢO 16 Chương MƠ HÌNH DỮ LIỆU QUAN HỆ 19 Một số khái niệm 19 1.1 Thuộc tính 19 1.2 Lược Đồ Quan Hệ (relation schema) 20 1.3 Quan Hệ (relation) 20 1.4 Bộ (Tuple) 20 Chuyển mơ hình thực thể kết hợp sang mơ hình liệu quan hệ 21 Ngôn ngữ đại số quan hệ 22 3.1 Phép Hợp quan hệ(Union) 22 3.2 Phép Giao quan hệ (Intersection) 22 3.3.Phép Trừ quan hệ (Minus) 23 3.4.Tích Decac quan hệ (Cartesian Product) 23 3.5 Phép chia quan hệ: 23 3.6 Phép Chiếu (projection) 24 3.7.Phép Chọn (Selection) 24 3.8 Phép q - kết 24 3.9 Phép Kết Tự Nhiên (natural join) 25 BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN 27 Chương NGÔN NGỮ TRUY VẤN DỮ LIỆU 29 Mở đầu 29 Tìm thơng tin từ cột bảng – Mệnh đề Select 31 Chọn dòng bảng – Mệnh đề Where 32 Sắp xếp dòng bảng – Mệnh đề Order by 34 Câu lệnh truy vấn lồng 35 Gom nhóm liệu – mệnh đề Group by 38 BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN 40 BÀI TẬP THAM KHẢO 42 Chương RÀNG BUỘC TOÀN VẸN 44 Ràng buộc toàn vẹn 44 1.1 Khái niệm ràng buộc toàn vẹn 44 1.2 Các yếu tố ràng buộc toàn vẹn: 44 Phân loại ràng buộc toàn vẹn: 46 2.1 Ràng buộc toàn vẹn có bối cảnh quan hệ 47 2.2 Ràng buộc tồn vẹn có bối cảnh nhiều quan hệ: 48 BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN: 50 BÀI TẬP THAM KHẢO: 50 Chương LÝ THUYẾT THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU 52 Các vấn đề gặp phải tổ chức liệu: 52 Phụ thuộc hàm 53 2.1 Định nghĩa phụ thuộc hàm 53 2.2 Cách xác định phụ thuộc hàm cho lược đồ quan hệ 53 2.3 Một số tính chất phụ thuộc hàm – hệ luật dẫn Armstrong 53 Bao đóng tập phụ thuộc hàm bao đóng tập thuộc tính 54 3.1 Bao đóng tập phụ thuộc hàm F 54 3.2 Bao đóng tập thuộc tính X 55 3.3 Bài toán thành viên 55 3.4 Thuật tốn tìm bao đóng tập thuộc tính 55 Khóa lược đồ quan hệ - số thuật toán tìm khóa 56 4.1 Định nghĩa khóa quan hệ 56 4.2 Thuật tốn tìm khóa lược đồ quan hệ 56 4.3 Thuật tốn tìm tất khóa lược đồ quan hệ 57 Phủ tối thiểu 58 5.1 Tập phụ thuộc hàm tương đương 58 5.2 Phủ tối thiểu 59 5.3 Thuật tốn tìm phủ tối thiểu 59 Dạng chuẩn lược đồ quan hệ 60 6.1 Một số khái niệm liên quan đến dạng chuẩn 60 6.2 Dạng chuẩn (First Normal Form) 60 6.3 Dạng chuẩn (Second Normal Form) 61 6.4 Dạng chuẩn (Third Normal Form) 62 6.5 Dạng chuẩn BC (Boyce Codd Normal Form) 63 BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN: 65 BÀI TẬP THAM KHẢO: 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Cơ sở liệu Mã mơn học: MHSCMT 17 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học Cơ sở liệu bố trí sau học xong môn Tin học đại cương, lập trình bản, tốn ứng dụng - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở, thuộc môn học, mô đun đào tạo nghề - Ý nghĩa vai trị: Cơ sở liệu mơn học sở chuyên ngành quan trọng tin học, nhằm chuẩn hóa kiến thức tảng tin học cho sinh viên hệ cao đẳng nghề chuyên ngành Quản trị mạng máy tính Mục tiêu mơ mơn học: - Về kiến thức: + Trình bày khái niệm, thuật ngữ sở liệu; - Về kỹ năng: + Vận dụng mơ hình liệu sở liệu quan hệ vào việc thiết kế sở liệu cho toán cụ thể; + Sử dụng ngôn ngữ truy vấn liệu quan hệ thành thạo; + Mô tả dạng chuẩn chuẩn hóa tốn sở liệu trước cài đặt; - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện cho sinh viên khả tự nghiên cứu tài liệu tự giác làm việc nhóm Nội dung mơn học: Thời gian Số TT I Tên chương, mục Tổng quan sở liệu Tổng số Lý thuyết 5 Thực hành, tluyện tập 1.Một số khái niệm 2.Các mơ hình liệu 3.Mơ hình thực thể kết hợp II Mơ hình liệu quan hệ 1.Các khái niệm 2.Chuyển mơ hình thực thể kết hợp sang mơ hình liệu quan hệ 3.Ngơn ngữ đại số quan hệ Kiểm Tra/ Thi kết thúc mô đun III Ngôn ngữ truy vấn liệu 12 15 7 45 30 13 1.Mở đầu 2.Tìm thơng tin từ cột – Mệnh đề Select 3.Chọn dòng – Mệnh đề Where 4.Sắp xếp dòng bảng – Mệnh đề Order by 5.Câu lệnh truy vấn lồng 6.Gom nhóm liệu – mệnh đề Group by IV Ràng buộc toàn vẹn 1.Ràng buộc toàn vẹn 2.Phân loại ràng buộc toàn vẹn V Lý thuyết thiết kế sở liệu 1.Các vấn đề gặp phải tổ chức liệu 2.Các phụ thuộc hàm 3.Bao đóng tập phụ thuộc hàm bao đóng tập thuộc tính 4.Khóa lược đồ quan hệ Một số thuật tốn tìm khóa 5.Phủ tối thiểu 6.Dạng chuẩn lược đồ quan hệ Cộng: Chương TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU Mã chương: MHSCMT 17.01 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 điểm sở liệu - Giảm trùng lắp thông tin xuống mức thấp bảo đảm tính quán toàn vẹn liệu - Đảm bảo liệu truy xuất theo nhiều cách khác - Khả chia sẻ thông tin cho nhiều người sử dụng 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 tồn liệu bảo mật thơng tin quan trọng - Tính đồng liệu: Thơng 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 mơ tả liệu khỏi chương trình ứng dụng sử dụng liệu gọi độc lập liệu Điều cho phép phát triển tổ chức liệu mà khơng sửa đổi chương trình ứng dụng 1.4 Các đối tượng sử dụng CSDL Đối tượng sử dụng người khai thác sở liệu thơng 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 cơng việc Họ khai thác CSDL thơng 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, … Mỗi hệ quản trị CSDL cài đặt dựa mơ 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) Ngôn 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 yêu cầu trước có quyền truy xuất liệu trước,… - Hệ quản trị CSDL phải có chế lưu (backup) phục hồi 10 Thay vào xem xét toán khác: "Kiểm tra xem phụ thuộc hàm có thuộc bao đóng F+ hay khơng ?" Bài tốn gọi toán thành viên Bài toán thành viên thiết thực tốn tính bao đóng thực tế phải tìm tất phụ thuộc hàm suy diễn lơ-gic từ F Bài tốn thành viên liên quan mật thiết với khái niệm bao đóng tập thuộc tính 3.2 Bao đóng tập thuộc tính X XF+ Bao đóng tập thuộc tính XÌR (đối với tập phụ thuộc hàm F), ký hiệu (X ), tập hợp tất thuộc tính phụ thuộc hm vo X: + X+ = {A ù XđAẻF+} T định nghĩa dễ dàng suy ra: XÌX+ X®Y Û X+ Nghĩa X+ tập thuộc tính lớn phụ thuộc hàm vào X Ví dụ: Cho R(ABC) F = {A®B, B®C} Khi ta dễ dàng thấy bao đóng thuộc tính B B+ = {B,C} B®{B,C} B khơng xác định A 3.3 Bài toán thành viên Qua phần ta nhận thấy X+ định nghĩa thông qua F+ Vấn đề nảy sinh nghiên cứu lý thuyết CSDL là: Cho trước tập phụ thuộc hàm F phụ thuộc hàm f, tốn kiểm tra có hay khơng f Ỵ F+ gọi toán thành viên Để giải tốn tốn thành viên thật khơng đơn giản; F nhỏ F+ lớn Tuy nhiên ta giải cách tính X+ so sánh X+ với tập Y Dựa vào tính chất X → Y Ỵ F+ Û Y Í X+ , ta có câu trả lời X → Y Ỵ F+ hay khơng ? Như thay giải tốn thành viên ta đưa giải tốn tìm bao đóng tập thuộc tính 3.4 Thuật tốn tìm bao đóng tập thuộc tính Thuật tốn tìm bao đóng với độ phức tạp O(N2), với N số lượng thuộc tính lược đồ quan hệ Q Dữ Liệu Vào Q, F, X Í Q+ Dữ Liệu Ra X+ 55 Ví dụ: Cho lược đồ quan hệ Q(ABCDEGH) tập phụ thuộc hàm F = {B → A, DA → CE, D → H, GH → C, AC → D} Tìm bao đóng tập X = {AC} dựa F Giải: + - X = AC - Đặt Temp = X+ + Xét AC → D, có AC Í X+: X+ = X+ È D = ACD 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 toán dừng Vậy X+ = {ACDEH} Khóa lược đồ quan hệ - số thuật tốn 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 khố R thoả đồng thời hai điều kiện sau: K Í R + Ỵ 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 khoá 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 Ỵ K if (K - A)+ = Q+ then K = K - A K cịn 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 56 Ví dụ: Cho lược đồ quan hệ R(ABC) tập phụ thuộc hàm F={ A → B; A → C; B → A} Hãy tìm khóa R 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 không 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 khơng 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 = q then K = TN ; kết thúc Ngược lại Qua bước Bước Tìm tất tập TG: Xi S= f " Xi Ỵ 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 Bước 3: Tính (TN È Xi)+ 57 Bước 4: Nếu Xi+ = R+ Xi siêu khố Nếu tập TN È Xi có bao đóng R+ TN È Xi siêu khố R Giả sử sau bước có m siêu khoá: S = {S1,S2,…,Sm} Bước : Xây dựng tập chứa tất khoá R từ tập S Xét Si,Sj S (i ¹ j), Si Ì Sj ta loại Sj (i, j = m), kết cịn 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 f TN È Xi f (TN È Xi)+ f 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 thiểu 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+ 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; G={B→ A; DA→ CE; DA → AH; AC → DEH} D → H; GH→ C; D → H; GH→ C; AC→ D; DG → 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) 58 5.2 Phủ tối thiểu 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 khơng 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→Y∈F Nói phụ thuộc hàm Z → Y có vế trái dư thừa (phụ thuộc khơng đầy đủ) có A∈Z cho: F ≡ F-{Z → Y}∪{(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 khơng dư thừa F khơng chứa phụ thuộc hàm có vế trái dư thừa Thuật toán 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'→Y∈ 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: 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 không dư thừa: Nói F tập phụ thuộc hàm khơng dư thừa không tồn F’⊂ 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 → Y khỏi Bước 3: - Lặp lại bước cho phụ thuộc hàm F F 5.3 Thuật tốn tìm phủ tối thiểu Từ điều kiện xác định phủ tối thiểu, ta có thuật tốn tìm phủ tối thiểu sau: Thuật toán: 59 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 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 không tồn X' Í X cho X → A Î 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 thuộc tính R mang giá trị đơn Ví dụ: Xét quan hệ KETQUA sau: MASV 01234 02345 HOVATEN Nguyễn Văn An Lê Văn Thịnh KHOA CNTT CNTT TENMONHOC DIEMTHI Cơ sở liệu Toán rời rạc Lập trình web Cơ sở liệu Quan hệ khơng đạt chuẩn 1NF thuộc tính TENMONHOC, DIEMTHI thứ khơng mang giá trị đơn Ta đưa quan hệ quan hệ KETQUA1 đạt chuẩn sau: MASV HOVATEN KHOA 60 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, khơng xét thêm mặc định quan hệ xét đạt dạng chuẩn 6.3 Dạng chuẩn (Second Normal Form) Định nghĩa: Một lược đồ quan hệ R dạng chuẩn (2NF) R đạt dạng chuẩn thuộc tính khơng khóa R phụ thuộc đầy đủ vào khóa Hệ quả: Nếu R đạt dạng chuẩn tập thuộc tính khơng khóa R rỗng R đạt chuẩn 2 Nếu 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: Nếu 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) tập phụ thuộc hàm F={AB→C; B→D; BC→A} Hỏi R có đạt chuẩn hay khơng? Giải: - Tìm tất khóa R: TN = {B}, TG = {AC} Xi f 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 - 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} 61 Ta thấy B⊂K1, 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 chuẩn (Third Normal Form) Định nghĩa: Một lược đồ quan hệ R đạt chuẩn (3NF) phụ thuộc hàm X→A ∈ F+ với A ∉ X đều có - Hoặc X siêu khóa - 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 ∈ F+ với A ∉ X đều 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 X→A ∈ Ftt với A ∉ 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={∅} TG={ABCD} Xi f TN È Xi f (TN È Xi)+ f Siêu khóa Khóa - - A A A - - B B B - - C C CABD C C D D DB - - AB AB ABCD AB AB 62 AC AC ACBD AC - AD AD ADBC AD AD BC BC BCAD BC - BD BD BD - - CD CD CDAB CD - ABC ABC ABCD ABC - 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 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 BC (Boyce Codd Normal Form) Định nghĩa: Một lược đồ quan hệ R đạt dạng chuẩn BC phụ thuộc hàm X→A ∈ F+ với A∉X 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 ∈ F+ với A∉X có X siêu khóa (Việc chứng minh định lý xem tập nâng cao) Thuật toán kiểm tra dạng chuẩn BC: Vào: lược đồ quan hệ R, tập phụ thuộc hàm F Ra: Khẳng định R đạt không 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 ∈ Ftt với A ∉ X có X siêu khóa R đạt chuẩn BC Ngược lại R không đạt chuẩn BC Ví dụ: 63 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} Xi TN È Xi (TN È Xi)+ Siêu khóa Khóa f 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 tập thuộc tính khóa, X tập thuộc tính khơng khóa, ta có: 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 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 64 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; DE→GJ; D→C; CF→J; B→I; C→G; F→J } 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 65 BÀI TẬP THAM KHẢO: Bài a Cho lược đồ quan hệ Q(ABCD), r quan hệ Q 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: 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: 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 → B; BC→D} 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 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 66 F={ A → D; D → A; AB→C} a Tính AC+ b Chứng minh BD →C 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; GH→ C; AC→D } Hãy tìm khố Q ? Bài Hãy tìm tất khố cho lược đồ quan Q(BROKER,OFFICE,STOCK,QUANTITY,INVESTOR,DIVIDENT) hệ sau: 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 khoá 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 trên) 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 khoá e Nếu X → Y YZ → W XZ → W 67 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 →V 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 khố 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 → G] d.Q(ABCDEG); F=[AB → C; C → B; ABD → E;G → A] e.Q(ABCDEGHI);F=[AC→B; BI→ACD; ABC→D; H→I; ACE→BCG, CG→AE] 68 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 69 ... sinh viên hệ cao đẳng nghề chuyên ngành Quản trị mạng máy tính Mục tiêu mơ mơn học: - Về kiến thức: + Trình bày khái niệm, thuật ngữ sở liệu; - Về kỹ năng: + Vận dụng mơ hình liệu sở liệu quan hệ... TÀI LIỆU: MHSCMT 17 LỜI GIỚI THIỆU Cơ sở liệu môn học sở chuyên ngành quan trọng Mục đích giáo trình nhằm chuẩn hóa tài liệu học tập cho sinh viên hệ cao đẳng nghề chuyên ngành sửa chữa máy tính, ... xong môn Tin học đại cương, lập trình bản, tốn ứng dụng - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở, thuộc môn học, mô đun đào tạo nghề - Ý nghĩa vai trị: Cơ sở liệu mơn học sở chuyên ngành quan trọng tin