Bài giảng hệ cơ sở dữ liệu chương 5 1 ts lê thị tú kiên

 Xác định khóa của lược đồ quan hệ  Chuẩn hóa lược đồ quan hệ  Các phép tách lược đồ quan hệ  Chuyển đổi mô hình thực thể liên kết sang mô hình quan hệ 4... Vế phải của mỗi phụ th

CHƯƠNG 5 Thiết kế CSDL quan hệ mức khái niệm

Tiến sĩ: Lê Thị Tú Kiên

Giới thiệu

 Các bước thiết kế CSDL

 Tập hợp các yêu cầu và phân tích

 Thiết kế khái niệm

 Thiết kế logic

 Thiết kế vật lí

2

 Xác định khóa của lược đồ quan hệ

 Chuẩn hóa lược đồ quan hệ

 Các phép tách lược đồ quan hệ

 Chuyển đổi mô hình thực thể liên kết sang mô hình quan hệ

4

Dư thừa và dị thường dữ liệu

5

Dƣ thừa dữ liệu

 NHAN_VIEN_PHONG(MSNV,HO_TEN,NG_SINH,

GIOI_TINH,LUONG,MA_DV,TEN_PHONG,MA_TP)

6

Dị thường dữ liệu

 Dị thường khi thêm bộ

7

Dị thường dữ liệu

 Dị thường khi xóa bộ

8

Dị thường dữ liệu

 Dị thường khi sửa bộ

9

Cách giải quyết dị thường dữ liệu

 Tách lược đồ NHAN_VIEN_PHONG thành hai lược đồ:

NHAN_VIEN(MSNV,HO_TEN,NG_SINH,GIOI_TINH,LUONG,MA_DV)

PHONG(MA_DV,TEN_PHONG,MA_TP)

10

Cách giải quyết dị thường dữ liệu

11

Phụ thuộc hàm

12

Phụ thuộc hàm suy diễn

 F: tập các phụ thuộc hàm trên R(U)

 X  Y được suy diễn logic từ F nếu  r  R(U), r thỏa F kéo theo r thỏa X  Y

 Kí hiệu: F ╞ (X  Y)

 Ví dụ: F={A  B, B  C} thì F ╞ (A  C)

14

Bao đóng của tập phụ thuộc hàm

F+={(X  Y) | F ╞ (X  Y)}

Nếu F+=F, thì F được gọi là họ phụ thuộc hàm đầy đủ

Ví dụ: Cho F={AC  B, D  E}, vì F=F+ nên F là tập PTH đầy đủ

15

Hệ tiên đề Armstrong

16

Hệ tiên đề Armstrong

 Cho U, R(U), F, và X, Y, Z  U Kí hiệu XY=X  Y A1 Phản xạ (Reflexivity):

Nếu Y  X thì F ╞ (X  Y ) A2 Tăng trưởng (Augmentation)

Nếu F ╞ (X  Y ) thì  Z  U, F╞ (XZ  YZ) A3 Bắc cầu (Transitivity)

Nếu F ╞ (X  Y ) và F ╞ (Y  Z ) thì F ╞ (X  Z)

17

A3 Bắc cầu

Nếu F ╞ (XY ) và

F ╞ (YZ ) thì F ╞ (XZ)

Ví dụ

 Cho F={AB  C, B  D, CD  E, CE  GH, G  A}

Chứng minh F╞ (AB  EG)

20

Ví dụ

 Chứng minh {AB  C, B  D, CD  E, CE  GH, G  A}╞ (AB  EG)

 Giải:

 Do CEGH nên theo luật tách ta có: CEG (1)

 Áp dụng luật tăng trưởng với (1) ta được CEEG (2)

 Do CDE nên theo luật tăng trưởng ta có: CDCE (3)

 Từ (2) và (3), áp dụng luật bắc cầu ta được: CDEG(4)

 Do BD nên theo luật tăng trưởng ta có: BCCD (5)

 Từ (4) và (5), áp dụng luật bắc cầu ta được: BCEG(6)

 Do ABC nên theo luật tăng trưởng ta có: ABBC (7)

 Từ (6) và (7), áp dụng luật bắc cầu ta được: ABEG Suy ra đpcm

21

Bao đóng của tập thuộc tính

22

Định nghĩa bao đóng của tập thuộc tính

X+ F ={A  U| X  A  F+}

23

 B1: X1 = X0 EG = BDEG vì PTH D  EG có vế trái D  X0 và vế phải EG  X0

 B2: X2 = X1 C = BDEGC vì PTH BE  C có vế trái BE  X1 và vế phải C  X1

 B3: X3 = X2 A = BDEGCA vì PTH C  A có vế trái C  X2 và vế phải A  X2

 B4: X4 = X3 = ABCDEG = U

 Kết luận: (BD) +

F = U= ABCDEG

25

Bổ đề về bao đóng của tập thuộc tính

F╞Arm(X  Y)  Y  X+ F

27

Phủ của tập các phụ thuộc hàm

29

Sự tương đương của các tập PTH

 F, G: các phụ thuộc hàm

F phủ G nếu G  F+

F tương đương G nếu F+=G+

30

Tập phụ thuộc hàm tối tiểu

 F tối tiểu nếu:

i. Vế phải của mỗi phụ thuộc hàm trong F gồm đúng một thuộc tính

ii. Không thể bỏ đi bất kỳ một thuộc tính nào ở vế trái của một phụ thuộc nào trong F mà vẫn thu được một tập phụ thuộc tương đương với nó

iii. Không thể bỏ đi một phụ thuộc hàm nào trong F mà vẫn thu được một tập phụ thuộc tương đương với nó (F không dư thừa)

31

Thuật toán tìm tập PTH tối tiểu

Thuật toán tìm tập PTH tối tiểu

 Vào: F

 Ra: Tập PTH tối tiểu G của F

 Phương pháp (tiếp)

 Bước 2: Loại bỏ thuộc tính dư thừa ở vế trái các PTH

Với mỗi PTH X→A trong G Với mỗi thuộc tính BX

Nếu {(X\B)→A} G+ thì thay thế X→A bằng (X\B)→A

33

Thuật toán tìm tập PTH tối tiểu

 Vào: F

 Ra: Tập PTH tối tiểu G của F

 Phương pháp (tiếp)

 Bước 3: Loại bỏ các PTH dư thừa

Với mỗi PTH X→A còn lại trong G Nếu X→A  {G\{X→A}}+ thì loại bỏ X→A khỏi G

 Bước 4: Kết luận G là tập PTH tối tiểu của F

Chú ý: Có thể tráo hai bước 2 và bước 3 cho nhau

34

nên điều kiện thứ nhất thỏa mãn

 Bước 2: Loại bỏ các thuộc tính dư thừa ở vế trái các PTH trong F

 Do các PTH B→A và D→A có vế trái chỉ gồm 1 thuộc tính nên không có thuộc tính dư thừa vế trái

 Xét PTH AB→D: do B→A nên ta có BB→AB hay B→AB, mà AB→D nên theo luật suy diễn bắc cầu suy ra B→D Vì vậy, AB→D dư thừa thuộc tính A nên

ta thay AB→D bằng B→D

35

 Xét B→A: Do B→D và D→A nên theo luật suy diễn bắc cầu ta có B→A Vì vậy, {B→A}  {G\{B→A}} + nên ta loại B→A khỏi G Suy ra G={D→A,B→D}

 Do D→A không thể suy diễn ra từ PTH B→D và ngược lại nên ta không thể loại chúng khỏi G

36

Khoá của lƣợc đồ quan hệ

37

Thuật toán xác định một khoá của LĐQH

Vào: Cho R=<U, F> F ={TiPi| Ti,Pi  U, Ti ∩Pi= , i=1,2,…,p}

Ra: Một khoá X của R

Phương pháp:

Đặt P = Pi Bước 1: X:=U\P Bước 2: Nếu X+=U thì chuyển sang bước 5 Bước 3: X:=(U\P)(T∩P);

Bước 4: Với mỗi Ai(T∩P) thực hiện:

X:=X\{Ai} Nếu X+  U thì X:=X{Ai};

Bước 5: Kết luận X là khoá

40

 Cho R=<U, F> F ={Ti Pi| Ti,Pi U, Ti∩Pi=  , i=1,2,…,p}

 P =  Pi: Tập các thuộc tính vế bên phải các PTH trong F

 T=  Ti : Tập các thuộc tính vế bên trái các PTH trong F

 U\P: tập các thuộc tính chỉ xuất hiện vế bên trái các PTH và là một phần

của khóa

 U\T: tập các thuộc tính chỉ xuất hiện vế bên phải các PTH và không

thuộc khóa

 T∩P: tập các thuộc tính có thể thuộc vào khóa hoặc không

 Gọi K là khóa của lược đồ, khi đó K phải thỏa mãn điều kiện:

U\P  K  (U\P)  (T∩P)

Các dấu hiệu nhận biết khóa

41

Thuật toán xác định một khoá của LĐQH

Bước 4: Với mỗi Ai  (T∩P) thực hiện:

X=X\{Ai} nếu X +  U thì X=X  {Ai};

Bước 5: Kết luận X là khoá

Bước 2: X + =   U nên chuyển sang bước 3

42

Thuật toán xác định một khoá của LĐQH

Bước 4: Với mỗi Ai  (T∩P) thực hiện:

X=X\{Ai} nếu X +  U thì X=X  {Ai};

Bước 5: Kết luận X là khoá

Xét A  X, vì X=X\{A} = BCDEG có

X + =ABCDEG=U nên X= BCDEG

43

Thuật toán xác định một khoá của LĐQH

Bước 4: Với mỗi Ai  (T∩P) thực hiện:

X=X\{Ai} nếu X +  U thì X=X  {Ai};

Bước 5: Kết luận X là khoá

Thuật toán xác định một khoá của LĐQH

Bước 4: Với mỗi Ai  (T∩P) thực hiện:

X=X\{Ai} nếu X +  U thì X=X  {Ai};

Bước 5: Kết luận X là khoá

Thuật toán xác định một khoá của LĐQH

Bước 4: Với mỗi Ai  (T∩P) thực hiện:

X=X\{Ai} nếu X +  U thì X=X  {Ai};

Bước 5: Kết luận X là khoá

- Xét G  X, vì X=X\{G} = C có X + =CA  U nên X= X  {G} =CG;

Bước 5: Như vậy, CG là một khoá của lược đồ

46

 Vào: Cho R=<U, F> F ={Ti Pi| Ti,Pi U,

 Bước 4: Kết luận và kết thúc thuật

toán

Hãy tìm tất cả các khóa của lược

đồ R?

Giải

 Đặt P= Pi = {AHBDC} = {ABCDH}

T=  Ti ={CDEGHB}={BCDEGH}

 Bước 1: X=U\P = {EFG}

 Bước 2: EFG+ = EFGA ≠ U nên EFG không là khóa mà chỉ là một phần

của các khóa

 Bước 3: Ta có T∩P = {BCDH}, các tập con của T∩P bao gồm: {B, C, D,

H, BC, BD, BH, CD, CH, DH, BCD, BCH, BDH, CDH, BCDH}

 Bước 1: X=U\P = {EFG}

 Bước 3: EFG+ = EFGA ≠ U nên

EFG không là khóa mà chỉ là một

BEFG là một khóa của R

 Vì CEFG+ = ABCDEFGH = U (từ EG→A, EC→H, H→B, BE→CD) nên CEFG là một khóa

 Vì DEFG+ = ADEFG ≠ U (từ EG→A) nên DEFG không là khóa

 Vì HEFG+ = ABCDEFGH = U (từ EG→A, H→B, BE→CD) nên

EFGH là một khóa

EFG không là khóa mà chỉ là một

khóa BEFG, CEFG và HEFG nên chúng chỉ là siêu khóa, không là khóa

BEFG, CEFG và HEFG

Chuẩn hóa lƣợc đồ quan hệ

51

Chuẩn hoá dữ liệu

52

 Quá trình đánh giá và chỉnh sửa cấu trúc của các quan hệ

nhằm

 tối thiểu hoá dư thừa dữ liệu

 loại trừ dị thường dữ liệu

 Thực hiện qua một dãy các bước được gọi là các dạng chuẩn:

Dạng chuẩn 1 (1NF)

53

 Miền giá trị của mỗi thuộc tính trong R:

 phải là kiểu nguyên tố

 không phải là một kiểu cấu trúc phức hợp, đa giá trị hay quan hệ

con

StudentID Activity Fee

Dạng chuẩn 2 (2NF)

 Lược đồ quan hệ R  2NF khi và chỉ khi:

 R1NF

 Mọi thuộc tính không khóa của R đều phụ thuộc hàm đầy đủ vào khóa

 Chú ý: Thuộc tính không khóa là những thuộc tính không thuộc vào

khóa nào (Khóa chính /Khóa tuyển) của lược đồ

56

Dạng chuẩn 2: Phụ thuộc hàm đầy đủ

 Cho lược đồ quan hệ R=<U, F>; X, Y  U

 Y phụ thuộc hàm đầy đủ vào X

nếu F╞ (X  Y) và ∄Z, Z  X, Z  X thỏa mãn F╞ (Z  Y)

57

StudentID Activity Fee

Tách lược đồ ACTIVITY thành các lược đồ ở dạng chuẩn 2NF

Dạng chuẩn 2: Ví dụ 1

Dạng chuẩn 2: Ví dụ 2

Chuần hóa 2NF

NHAVIEN_DUAN

Dạng chuẩn 2: Lƣợc đồ thuộc 2NF chƣa?

NHAVIEN_PHONG

Dạng chuẩn 3:Phụ thuộc hàm bắc cầu

 Cho lược đồ quan hệ R(U,F), X  U, A  U

 A phụ thuộc hàm bắc cầu vào X trên R

nếu tồn tại tập Y, Y  U, sao cho:

X  Y, Y  A, nhưng Y↛X với A  XY

63

Dạng chuẩn Boyce Codd (BCNF)

Dạng chuẩn Boyce Codd: Ví dụ

Các dạng chuẩn khác

 Phụ thuộc đa trị  Dạng chuẩn 4

 Phụ thuộc kết nối  Dạng chuẩn 5

67

Bài toán xác định dạng chuẩn cho lƣợc đồ

Bước 2: Kiểm tra R 2NF?

 Xác định tất cả các khóa của R: Áp dụng thuật toán tìm tất cả khóa của lược đồ  R có 2 khóa

AB và BE

Bài toán xác định dạng chuẩn cho lƣợc đồ

69

 Bước 2: Kiểm tra R2NF?

 Các thuộc tính không khóa bao gồm C và D

 Do AB  DE và D  C nên dựa theo luật suy diễn Armstrong ta có AB  C Như vậy, C và

D đều PTH đầy đủ vào khóa AB

 Tuy nhiên, do E  AD và D  C nên ta có

E  C Như vậy, D và C đều không PTH đầy

đủ vào khóa BE Do đó R  2NF

 Kết luận: R1NF