Bài 16. Chuẩn Hóa Lược Đồ Quan Hệ

NỘI DUNG : Một số khái niệm liên quan Các dạng chuẩn Dạng chuẩn 1 1NF- Fist normal form Dạng chuẩn 2 2NF- Second normal form Dạng chuẩn 3 3NF- Third normal form Dạng chuẩn BCNF Bo

Trang 1

BÀI 16:

CHUẨN HOÁ LƯỢC ĐỒ QUAN HỆ

1/45

Trang 2

NỘI DUNG :

Một số khái niệm liên quan

Các dạng chuẩn

Dạng chuẩn 1 (1NF- Fist normal form)

Dạng chuẩn 2 (2NF- Second normal form)

Dạng chuẩn 3 (3NF- Third normal form)

Dạng chuẩn BCNF (Boyce Codd normal form)

Thuật toán tìm dạng chuẩn cao nhất của lược đồ

Mối quan hệ giữa các dạng chuẩn

Trang 3

NỘI DUNG Chi tiết :

Trang 4

16.1 Một số khái niệm liên quan

Chuẩn hóa:

Là quá trình tách một lược đồ quan hệ thành một tập các

lược đồ con, sao cho quá trình tách là không mất thông tin

và các lược đồ con là tối ưu hơn lược đồ ban đầu theo nghĩa:

hạn chế dư thừa dữ liệu, thuận lợi cho các quá trình tạo lập,

cập nhật và các thao tác tìm kiếm khác

Định nghĩa về thuộc tính khóa:

Cho lược đồ quan hệ α=(U, F), thuộc tính A∈U được gọi là

thuộc tính khóa nếu như A thuộc một trong các khóa nào

đó, ngược lại A được gọi là thuộc tính không khóa.

Trang 5

Định nghĩa phụ thuộc hàm đầy đủ:

Cho lược đồ quan hệ α=(U, F), X, Y, Y ⊆ U tập thuộc tính

Y được gọi là phụ thuộc hàm đầy đủ vào tập thuộc tính

X nếu như Y phụ thuộc hàm vào X nhưng không phụ

thuộc hàm vào bất kỳ một tập con thực sự nào của x tức

là:

- X→ Y ( Y phụ thuộc hàm vào X)

- ∀ X’ ⊂ X thì X’ → Y ( mọi tập con thực sự của X đều

không thể xác định hàm Y)

Trang 6

Định nghĩa phụ thuộc hàm bắc cầu:

Cho lược đồ quan hệ α=(U, F), X ⊆ U, A ∈ U, thuộc tính A

được gọi là phụ thuộc hàm bắc cầu vào tập thuộc tính X

Nêú X → Y và Y không phụ thuộc bắc cầu vào X thì Y

phụ thuộc hàm trực tiếp vào X

∃

Trang 7

Trang 8

16.2 Các dạng chUẩn

Sự cần thiết chuẩn hóa dữ liệu:

• Mục tiêu: là triệt tiêu mức cao nhất khả năng xuất hiện các dị thường

thông tin khi thực hiện các phép lưu trữ.

• Chẩn hóa: khảo sát danh sách các thuộc tính và áp dụng các tập quy tắc

phân tích vào danh sách đó, biến đổi thành nhiều tập nhỏ hơn sao cho:

Tối thiểu việc lặp lại.

Tránh dị thường thông tin.

Xác định và giải quyết được sự không rõ ràng, nhập nhằng trong suy

diễn.

Trang 9

Quá trình chuẩn hóa:

Là quá trình tách lược đồ quan hệ về một nhóm tương

đương các lược đồ quan hệ chiếu sao cho khi kết nối tự nhiên

không làm tổn thất thông tin và bảo toàn được các phụ thuộc

hàm.

Cơ sở chuẩn hóa:

Dựa trên các khái niệm về phụ thuộc hàm, phụ thuộc hàm

đầy đủ, khóa, các thuộc tính không khóa…

Trang 10

Ví dụ:

Lược đồ quan hệ QLCAP( TC#, GTR, MC#, N#, NXS)

Trong đó: TC# : Mã tuyến cáp GTR : Giá trị của cáp

NSX : Nước sản xuất MC# : Mã cáp

N# : Mã nước sản xuất

Ngữ nghĩa dữ liệu như sau:

Trong một tuyến cáp, giá trị của một loại cáp được xác định

duy nhất.

Mỗi mã cáp xác định mã nước sản xuất cáp.

Mã nước xác định tên nước sản xuất.

Trang 13

Trang 14

16.2.1 dạng chUẩn 1 (1NF-fist normal form)

Định nghĩa:

Một lược đồ quan hệ α=(U, F) được gọi là ở dạng chuẩn một ( 1NF)

nếu và chỉ nếu tất cả miền giá trị của các thuộc tính của R đều nguyên

tố (không thể phân chia được)

Ví dụ:

Xét quan hệ S(S#, PRO), thấy rằng thuộc tính PRO chứa các giá trị

không nguyên tố Vì vậy quan hệ này không phải là quan hệ dạng

chuẩn 1NF.

Trang 15

16.2.1 dạng chUẩn 1 (1NF-fist normal form)

Trang 16

Trang 17

16.2.2 dạng chUẩn 2 (2NF-Second normal form)

Trước khi nghiên cứu dạng chuẩn thứ 2, ta xét ví dụ sau đây:

Xét CSDL gồm 2 lược đồ quan hệ THI (MONTHI,

GIAOVIEN) và SINHVIEN ( MONTHI, MSSV, TEN, TUOI,

DCHI, DIEM) phản ánh thông tin về kết quả thi của một đơn

vị nào đó Trong

quan hệ THI thì MONTHI là khóa và trong quan hệ

SINHVIEN thì MONTHI và MSSV là khóa Ở

quan hệ thứ hai dễ nhận thấy rằng MONTHI, MSSV, DIEM

xác định kết quả thi của sinh viên còn MSSV, TEN, TUOI,

DCHI xác định đối tượng dự thi.

Trang 18

Xét các hiện hành của 2 lược đồ quan hệ THI và SINHVIEN

Trang 19

Trang 20

Trong quá trình cập nhật, truy suất dữ liệu xuất hiện các vấn

Trang 21

Định nghĩa:

Cho lược đồ quan hệ α=(U, F), lược đồ α được gọi là ở dạng

chuẩn 2( ký hiệu là 2 NF) nếu như lược đồ ở dạng chuẩn 1 NF

và các thuộc tình không khóa của α là phụ thuộc đầy đủ vào

khóa chính.

Thuật toán kiểm tra lược đồ có ở dạng chuẩn 2NF

hay không?

Input: Lược đồ quan hệ α =( U, F)

Output: Khẳng định α có đạt dạng chuẩn 2NF hay không

Trang 22

Thuật toán 1:

Thuật toán kiểm tra dạng chuẩn 2NF

Vào: Lược đồ quan hệ Q, tập phụ thuộc hàm F

Ra: Khẳng định Q cóa đạt dạng chuẩn 2NF hay không

Bước 1: Tìm tất cả các khóa của Q

Bước 2: Với tất cả các khóa K, tìm bao đóng của tất cả các tập

con thật sự S của K.

Bước 3: Nếu có bao đóng S+ chứa thuộc tính không khóa thì

Q không đạt chẩn 2NF ngược lại Q đạt được dạng chuẩn

2NF.

Trang 23

Ví dụ:

Cho lược đồ quan hệ Q(A, B, C, D) và tập phụ thuộc hàm:

F={AB→C, B→D, BC→A } Hỏi Q có đạt chuẩn 2NF hay không?

Giải:

Iα =Q \ ∪ ( Ri- -Li )=ABCD \ (C∪D∪A)=B Iα ≠Q

N={∪ ( Ri- -Li ) sao cho Li ⊆Iα }=D

Trang 24

Iα ={ B}, B={AC}

Khóa là K=AB và K=BC Ta thấy B⊂ K, B→D, D là

thuộc tính không khóa => thuộc tính không khóa không phụ

thuộc đầy đủ vào khóa

Trang 25

Thuật Toán 2:

Bước 1: Tìm tất cả các khóa của lược đồ α, từ tất cả các khóa

này ta suy ra các thuộc tính không khóa của lược đồ α Ký

hiệu tập thuộc tính không khóa này là NK.

Bước 2: Với mỗi khóa Ki, ký hiệu họ của các tập con thực sự

của Ki là { S1, S2, …, Ski }, ký hiệu Q={ Q1, Q2, …, Qn } là

họ tất cả các tập con thực sự của khóa Ki.

Bước 3: Tìm bao đóng Q+ ={ Q1+, Q2+, …, Qn+ }

Bước 4: Nếu Q+ ∩ NK=φ với mọi i=1…n thì lược đồ α ở

dạng chuẩn 2NF ngược lại tồn tại Q+ ∩ NK≠φ thì lược đồ α

không ở dạng chuẩn 2NF.

Trang 26

Trang 27

16.2.3 dạng chUẩn 3 (3NF-THiRD normal form)

Định nghĩa 1:

Cho lược đồ quan hệ α= ( U, F), lược đồ α được gọi là ở

dạng chuẩn 3 ( ký hiệu là 3 NF), nếu như lược đồ ở dạng

chuản 2NF và các thuộc tính không khóa của α là không phụ

thuộc hàm bắc cầu vào khóa chính.

Cho lược đồ quan hệ α =( U, F), lược đồ α được gọi là ở

dạng chuẩn 3, ký hiệu là 3NF, nếu như mọi phụ thuộc hàm

X→ A ∈ F+ với A ∉ X thì:

- Hoặc X là siêu khóa.

- Hoặc A là thuộc tính khóa.

Trang 28

Nhận xét:

Lược đồ quan hệ α =( U, F), với F là tập các phụ thuộc hàm

có vế phải chỉ gồm một thuộc tính Khi đó lược đồ α ở dạng

chuẩn 3NF khi và chỉ khi mọi phụ thuộc hàm X→A∈ F với A

∉ X đều có :

- Hoặc X là siêu khóa.

- Hoặc A là thuộc tính khóa.

Trang 29

Thuật toán kiểm tra lược đồ có ở dạng chuẩn 3NF hay không?

Từ định nghĩa về dạng chuẩn 3NF trên ta có thuật toán

kiểm tra xem một lược đồ có ở dạng chuẩn 3NF hay không

như sau:

Output: Khẳng định α có đạt dạng chuẩn 3NF hay không

Trang 30

Thuật toán kiểm tra dạng chuẩn BCNF

Ra: Khẳng định Q có đạt dạng chuẩn 3NF hay không

Bước 1: Tìm tất cả khóa của Q.

Bước 2: Từ F tạo tập phụ thuộc hàm tương đương FItt có vế

phải một thuộc tính.

Bước 3: Nếu mọi phụ thuộc hàm X→ A∈ FItt với A ∉ X đều

có X là siêu khóa hoặc A là một thuộc tính khóa thì Q đạt

chẩn 3 ngược lại Q không đạt chuẩn 3.

Trang 31

Iα =Q \ ∪ ( Ri- -Li )=ABCD \ ABCD= φ , Iα ≠Q

N={∪ ( Ri -Li ) sao cho Li ⊆Iα }= φ

Trang 32

K1= { AB };K2= { AD }; K3= { C } là khóa

=> mọi phụ thuộc hàm X→A∈F đều có A là thuộc tính

Trang 33

Bước 1: Tìm tất cả khóa của lược đồ α.

Bước 2: Từ F tìm tập phụ thuộc hàm tương đương F’, mà vế

phải của các phụ thuộc hàm trong F’ chỉ có một thuộc tính.

Bước 3: Nếu mọi phụ thuộc hàm X→A∈F’ với A∉X đều có X

là siêu khóa hoặc A là thuộc tính khóa thì α đạt chuẩn 3NF

ngược lại α không đạt chuẩn 3NF.

Trang 34

Trang 35

16.2.4 dạng chUẩn BCNF (Boyce Codd normal form)

Cho lược đồ quan hệ α= ( U, F), lược đồ α được gọi là ở dạng

chuẩn Boyce Codd, ký hiệu là BCNF, nếu như lược đồ ở dạng

chuẩn 1NF và nếu X→A∈F+ (A∉X) thì X phải là siêu khóa

của lược đồ.

Định ngĩa 2:

Cho lược đồ quan hệ α= ( U, F), lược đồ α được gọi là ở dạng

chuẩn Boyce Codd, ký hiệu là BCNF, nếu như lược đồ ở dạng

chuẩn 1NF và nếu X→A∈F là phụ thuộc hàm không tầm

thường (Y⊄ X) thì X phải là siêu khóa của lược đồ.

Trang 36

Thuật toán kiểm tra lược đồ ở dạng chuẩn BCNF hay không?

Từ định nghĩa về dạng chuẩn BCNF trên ta có thuật toán

kiểm tra xem một lược đồ có ở dạng chuẩn BCNF hay không

như sau:

Output: Khẳng định α có đạt dạng chuẩn BCNF hay không

Trang 37

Thuật toán kiểm tra dạng chuẩn BCNF

Ra: Khẳng định Q có đạt dạng chuẩn 3NF hay không

Bước 1: Tìm tất cả khóa của Q.

Bước 2: Từ F tạo tập phụ thuộc hàm tương đương FItt có vế

phải một thuộc tính.

Bước 3: Nếu mọi phụ thuộc hàm X→ A∈ FItt với A ∉ X đều

có X là siêu khóa thì Q đạt chẩn BCNF ngược lại Q không đạt

chuẩn BCNF.

Trang 38

Ví dụ:

Q (A, B, C, D, E, I) F={ACD→EBI; CE→AD }

Hỏi Q có đạt chuẩn BCNF hay không?

Giải:

Iα =Q \ ∪ ( Ri -Li )=ABCDEI \ (EBI∪AD)=C => Iα ≠Q

N={∪ ( Ri -Li ) sao cho Li ⊆Iα } = φ

Trang 39

F =FItt={ ACD→E, ACD→B, ACD→I, CE→A, CE→D}

Mọi phụ thuộc hàm của FItt đều có vế trái là siêu khóa

Trang 40

Thuật tán 2:

Bước 1: Từ F tìm tập phụ thuộc hàm tương đương F’, mà vế

phải của các phụ thuộc hàm trong F’ chỉ có một thuộc tính.

Bước 2: Nếu mọi phụ thuộc hàm X→A∈F+ với A∉X đều có

X là siêu khóa thì α đạt chẩn BCNF ngược lại α không đạt

chuẩn BCNF.

Trang 41

Trang 42

16.2 Thuật toán tìm dạng chuẩn cao nhất

của lược đồ

Cho lược đồ quan hệ α =( U, F), hãy tìm dạng chuẩn cao nhất

của lược đồ α.

Input: Lược đồ quan hệ α =( U, F) ( ở đây ta giả thiết rằng

lược đồ α đã được chuẩn hóa, tức là đã ở dạng chuẩn 1).

Output: Dạng chuẩn cao nhất của lược đồ α.

Thuật toán:

Bước 1: Tìm tất cả các khóa của lược đồ α.

Bước 2: Sử dụng thuật toán kiểm tra lược đồ ở dạng chuẩn

BCNF, nếu lược đồ ở dạng BCNF thì dừng thuật toán và kết

luận dạng chuẩn cao nhất của lược đồ là BCNF, ngược lại thì

chuyển qua bước tiếp theo.

Trang 43

16.2 Thuật toán tìm dạng chuẩn cao nhất

của lược đồ

Thuật toán:

3NF, nếu lược đồ ở dạng 3NF thì dừng thuật toán và kết luận

dạng chuẩn cao nhất của lược đồ là 3NF, ngược lại thì chuyển

qua bước tiếp theo.

2NF, nếu lược đồ ở dạng 2NF thì dừng thuật toán và kết luận

dạng chuẩn cao nhất của lược đồ là 3NF, ngược lại thì lược đồ

ở dạng chuẩn 1NF.

Trang 44

Trang 45

16.4 Mối quan hệ giữa các dạng chuẩn

Định lý: Một lược đò ở dạng chuẩn cao khi thì cũng ở dạng

chuẩn thấp, tuy nhiên điều ngược lại có thể đúng, điều này

được môt tả trong hình sau:

1NF

Tiêu đề	Chuẩn hóa lược đồ quan hệ
Trường học	Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Thể loại	bài giảng
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	325,33 KB