关系数据库理论续

本文探讨了函数依赖集的定义、等价判断标准、最小依赖集的求解策略,以及关系模式分解中的无损连接性和功能依赖保持问题。通过实例解析了分解方法的选择原则和判断标准。

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数据依赖公理:

首先看定义:如果F+ =G+ ,就说函数依赖集F覆盖G或F与G等价。

由此我们可以推到出来两个性质:

我们判断F和G等价的要求是:

我们证明等价的更简单的方案是验证其中一个关系的每一个函数都在另一个关系的闭包中。

我们来看一个例题:


A在G中的闭包是ABC,而在F中存在A->B,所以A->B属于G的闭包。
B在G中的闭包是BC,而在F中存在B->C,所以B->C属于G的闭包。
所以F属于G的闭包,同理,G属于F的闭包。
整体解题过程如下:

最小依赖集:首先来看定义

  • F中每个函数依赖的右部都是单属性。
  • 对于F的任何函数依赖X->A,F-{X->A}与F都不等价,(函数依赖缺一不可)。
  • F中的每个函数依赖的左部没有多余依赖。

我们直接来看题:

根据我们的第一个判断条件,可以直接将这个给Pass掉,因为这三个函数依赖不满足右部都是单属性。

 很明显,通过B->C可推理出AB->C,所以AB->C是多余的。所以不符合第三个判断条件。

这个是最小函数依赖集。

当然,每个函数依赖集均与它的最小函数依赖集等价。

那么我们要如何求最小函数依赖集呢?

我们有三步走战略:

(1)分解: 使F中任一函数依赖的右部仅含有单属性。
(2)最小化左边的多余属性:
方法:对F中任一XY->A,在F中求X +
若A属于X + ,则Y为多余的。  
(3)删除冗余的函数依赖
方法:对F中任一X->A,在F-{X->A}中求X +
若A属于X + ,则X->A为多余的。

我们直接来看实例:

关系模式的分解:

对于存在数据冗余,插入异常,删除异常的关系模式,可以通过对关系模式的分解来解决问题。 

让我们先看定义:

定义4.16: 关系模式R(A 1 ,A2,…,A n),Ri( 设有i=1,2,……k)是
R的一些子集(把R看成其属性的集合),若R 1 ∪ R 2 ∪ … ∪ R k =U
,则称用ρ={R 1 ,R 2 ,…R k }代替R的过程为关系模式的分解。

关系模式分解后会带来两个问题:
1,查询时的连接操作是否会丢失某些信息或多出某些信息。这引出了无损连接的概念。
2,分解后的关系模式是否保持了原来的函数依赖。这是保持函数依赖的问题。

显然,一个关系可以有很多种分解方法,我们需要判断分解的好与坏。

我们给出一个例子:

 

一个关系可以有多种分解方法,如何判断分解的好与坏呢?
分解一:ρ1={R1(sno), R2(dept), R3(mname)}
不好! 无法恢复r.
分解二:ρ2={R1(sno,dept),R2(sno,mname)}
不好! 丢失dept→ mname
分解三:ρ3={R1(sno, dept),R2(dept ,mname} 好!
显然,我们在分解的时候,如果连接项是重复出现的值,很容易造成有损链接,造成冗余的连接项,且不正确,但是如果我们使连接项不出现重复元素,这样就可以避免有损分解的冗余。
显然,以A为主属性进行连接,连接项是主属性,当然是无损连接。对于每一个A项都有唯一一个B项和C项与之对应。
如何判断一个分解是否具有无损连接性:
我们再来看第二步:
厚礼蟹,这说的是什么困吧,看不懂一点,举例还不行,概念也讲不明白。
SBPPT,没有一点含金量,我直接放弃。
最小函数依赖   定义:如果函数依赖F满足下列条件,则称F为最小函数依赖或最小覆盖。   ① F中的任何一个函数依赖的右部仅含有一个属性;   ② F中不存在这样一个函数依赖X→A,使得F与F-{X→A}等价;   ③ F中不存在这样一个函数依赖X→A,X有真子Z使得F-{X→A}∪{Z→A}与F等价。   算法:计算最小函数依赖。   输入 一个函数依赖   输出 F的一个等价的最小函数依赖G   步骤:① 用分解的法则,使F中的任何一个函数依赖的右部仅含有一个属性;      ② 去掉多余的函数依赖:从第一个函数依赖X→Y开始将其从F中去掉,然后在剩下的函数依赖中求X的闭包X+,看X+是否包含Y,若是,则去掉X→Y;否则不能去掉,依次做下去。直到找不到冗余的函数依赖;      ③ 去掉各依赖左部多余的属性。一个一个地检查函数依赖左部非单个属性的依赖。例如XY→A,若要判Y为多余的,则以X→A代替XY→A是否等价?若A属于(X)+,则Y是多余属性,可以去掉。   举例:已知关系模式R,U={A,B,C,D,E,G},F={AB→C,D→EG,C→A,BE→C,BC→D,CG→BD,ACD→B,CE→AG},求F的最小函数依赖。   解1:利用算法求解,使得其满足三个条件   ① 利用分解规则,将所有的函数依赖变成右边都是单个属性的函数依赖,得F为:F={AB→C,D→E,D→G,C→A,BE→C,BC→D,CG→B,CG→D,ACD→B,CE→A,CE→G}   ② 去掉F中多余的函数依赖   A.设AB→C为冗余的函数依赖,则去掉AB→C,得:F1={D→E,D→G,C→A,BE→C,BC→D,CG→B,CG→D,ACD→B,CE→A,CE→G} 闭包   计算(AB)F1+:设X(0)=AB   计算X(1):扫描F1中各个函数依赖,找到左部为AB或AB子函数依赖,因为找不到这样的函数依赖。故有X(1)=X(0)=AB,算法终止。   (AB)F1+= AB不包含C,故AB→C不是冗余的函数依赖,不能从F1中去掉。   B.设CG→B为冗余的函数依赖,则去掉CG→B,得:F2={AB→C,D→E,D→G,C→A,BE→C,BC→D,CG→D,ACD→B,CE→A,CE→G}   计算(CG)F2+:设X(0)=CG   计算X(1):扫描F2中的各个函数依赖,找到左部为CG或CG子函数依赖,得到一个C→A函数依赖。故有X(1)=X(0)∪A=CGA=ACG。   计算X(2):扫描F2中的各个函数依赖,找到左部为ACG或ACG子函数依赖,得到一个CG→D函数依赖。故有X(2)=X(1)∪D=ACDG。   计算X(3):扫描F2中的各个函数依赖,找到左部为ACDG或ACDG子函数依赖,得到两个ACD→B和D→E函数依赖。故有X(3)=X(2)∪BE=ABCDEG,因为X(3)=U,算法终止。   (CG)F2+=ABCDEG包含B,故CG→B是冗余的函数依赖,从F2中去掉。   C.设CG→D为冗余的函数依赖,则去掉CG→D,得:F3={AB→C,D→E,D→G,C→A,BE→C,BC→D,ACD→B,CE→A,CE→G}   计算(CG)F3+:设X(0)=CG   计算X(1):扫描F3中的各个函数依赖,找到左部为CG或CG子函数依赖,得到一个C→A函数依赖。故有X(1)=X(0)∪A=CGA=ACG。   计算X(2):扫描F3中的各个函数依赖,找到左部为ACG或ACG子函数依赖,因为找不到这样的函数依赖。故有X(2)=X(1),算法终止。(CG)F3+=ACG。   (CG)F3+=ACG不包含D,故CG→D不是冗余的函数依赖,不能从F3中去掉。   D.设CE→A为冗余的函数依赖,则去掉CE→A,得:F4={AB→C,D→E,D→G,C→A,BE→C,BC→D,CG→D,ACD→B,CE→G}   计算(CG)F4+:设X(0)=CE   计算X(1):扫描F4中的各个函数依赖,找到左部为CE或CE子函数依赖,得到一个C→A函数依赖。故有X(1)=X(0)∪A=CEA=ACE。   计算X(2):扫描F4中的各个函数依赖,找到左部为ACE或ACE子函数依赖,得到一个CE→G函数依赖。故有X(2)=X(1)∪G=ACEG。   计算X(3):扫描F4中的各个函数依赖,找到左部为ACEG或ACEG子函数依赖,得到一个CG→D函数依赖。故有X(3)=X(2)∪D=ACDEG。   计算X(4):扫描F4中的各个函数依赖,找到左部为ACDEG或ACDEG子函数依赖,得到一个ACD→B函数依赖。故有X(4)=X(3)∪B=ABCDEG。因为X(4)=U,算法终止。 (CE)F4+=ABCDEG包含A,故CE→A是冗余的函数依赖,从F4中去掉。 得到F4={AB→C,D→E,D→G,C→A,BE→C,BC→D,CG→D,ACD→B,CE→G}   ③ 去掉F4中各函数依赖左边多余的属性(只检查左部不是单个属性的函数依赖)由于C→A,函数依赖ACD→B中的属性A是多余的,去掉A得CD→B。 例如XY→A,若要判Y为多余的,则以X→A代替XY→A是否等价?若A属于(X)+,则Y是多余属性,可以去掉。   故最小函数依赖为:F={AB→C,D→E,D→G,C→A,BE→C,BC→D,CG→D,CD→B,CE→G}
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