Bài 1. Cơ sở dữ liệu phân tán Các mối quan hệTS.Phạm Thế Quế

CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN
TỔNG QUAN
CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ
Ts. Phạm Thế Quế
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Khái niệm về quan hệ

Ω := {A1 , A2 , , An} tập các thuộc tính

∀R ⊆ A1 x A2 x x A2 là một quan hệ trên tập Ω

Ký hiệu R(Ω) = R(A1 , A2 , , An).

R(Ω) được biểu diễn dưới dạng bảng 2 chiều:
•
Cột : Các thuộc tính A1 , A2 ,
•
Hàng: Các bản ghi, n_bộ gồm n thành phần

Ký hiệu r ∈ R(Ω), r = (d1, d2, , dn), di
∈ Ai , i =1÷ n.
2
Ví dụ quan hệ EMP
Quan hệ nhân viên EMP (Employee) gồm các thuộc tính:
ENO Mã số nhân viên
ENAME Tên nhân viên
TITLE Chức danh nhân viên
SAL Mức lương nhân viên
PNO Mã số dự án nhân viên tham gia
RESP Nhiệm vụ được giao thực hiện trong dự
án

DUR Thời gian hoàn thành nhiệm vụ
EMP (ENO, ENAME, TITLE, SAL, PNO, RESP, DUR)
3
Ví dụ quan hệ EMP
ENO ENAME TITLE SAL PNO RESP DUR
E1 J.Doe Elect.Eng 40000 P1 Manager 12
E2 M.Smith Analyst 34000 P1 Analyst 24
E2 M.Smith Analyst 34000 P2 Analyst 6
E3 A.Lee Mech.Eng 27000 P3 Consultant 10
E3 A.Lee Mech.Eng 27000 P4 Engineer 48
E4 J.Miller Programmer 24000 P2 Programmer 18
E5 B.Casey Syst.Anal 34000 P2 Manager 24
E6 L.Chu Elect.Eng 40000 P4 Manager 48
E7 R.David Mech.Eng 27000 P3 Engineer 36
E8 J.Jones Syst.Anal 34000 P3 Manager 40
Hình 1.1: Một thể hiện của quan hệ nhân viên EMP
4
Ví dụ quan hệ PROJ
Quan hệ dự án PROJ bao gồm các thông tin:
PNO : Mã số dự án PNAME: Tên dự án
BUDGET Kinh phí dự án.
PROJ (PNO, PNAME, BUGET)
5
PNO PNAME BUDGET
P1 Instrumentation (đo đạc) 150000
P2 Database Develop 135000
P3 CAD/CAM 250000
P4 Maintenance (bảo trì) 310000
Hình 1.2: Một thể hiện của quan hệ dự án PROJ
Ví dụ quan hệ ASG

Quan hệ dự án ASG bao gồm các thông tin:
ASG (ENO, PNO, DESP, DUR)
DESP: Phần việc của dự án, DUR: Thời gian tham gia
6
PNO
P1
P2
P3
P4
Hình 1.2: Một thể hiện của quan hệ dự án ASG
Ví dụ quan hệ PAY
Quan hệ dự án PAY bao gồm các thông tin:
PNO : Mã số dự án PNAME: Tên dự án
7
PNO
P1
P2
P3
P4
Hình 1.2: Một thể hiện của quan hệ dự án PAY
Phụ thuộc hàm

∀ X, Y ⊆ Ω và quan hệ R(Ω)

Nói rằng
•
X xác định Y hay Y phụ thuộc hàm vào X,
•
Ký hiệu f : X → Y,
•

⇔ Nếu r, s ∈ R, r[X]= s[X] thì suy ra r[Y] = s[Y]

Nói cách khác, khi đối số trùng nhau thì hàm có cùng
giá trị. Một giá trị duy nhất của Y được xác định bởi
một giá trị của X.

Ký hiệu F:= {f: Lj → RjLj, Rj ⊆ Ω } tập PTH trên Ω
8
Phụ thuộc hàm

Trong quan hệ nhân viên EMP:
•
ENO→ ENAME
•
TITLE → SAL,
•
(ENO, PNO) → (RESP, DUR).

Trong quan hệ quản lý dự án PROJ:
•
PNO → (PNAME, BUDGET),
9
Phụ thuộc đa trị

Cho R(Ω) là một quan hệ và ∀X,Y ⊆ Ω.
•
Nói rằng X xác định đa trị Y hay Y phụ thuộc đa trị
vào X, ký hiệu là X→→ Y
⇔ nếu mỗi một giá trị của X xác định một tập giá
trị của Y không liên quan đến Ω – X – Y.


Có thể suy ra, nếu X →Y thoả trên R thì X →→ Y
cũng thoả trên R. Vì vậy phụ thuộc đa trị là tổng quát
hoá của phụ thuộc hàm.
10
Ví dụ phụ thuộc đa trị
11
ENO PNO PLACE
E1 P1 Toronto
E1 P1 New Ỷork
E1 P1 London
E1 P1 Toronto
E1 P2 New Ỷork
E1 P2 London
E2 P1 Toronto
E2 P1 New York
E2 P1 London
E2 P2 Toronto

SKILL (ENO, PNO, PLACE)
•
Một nhân viên có thể tham gia
nhiều dự án.
•
Một dự án có thể thực hiện tại
nhiều nơi khác nhau.
•
Một nhân viên có thể làm việc
tại nhiều nơi.


Các phụ thuộc đa trị:
•
ENO →→ PNO
•
ENO →→ PLACE
•
PNO →→ PLACE
Khóa lược đồ quan hệ

s = < Ω , F > là lược đồ quan hệ, Ω tập các thuộc tính
và F := {A → B A, B ⊆ Ω } tập các phụ thuộc hàm

∀ K⊆ Ω là khoá (Key) của s = < Ω , F > khi và chỉ
khi: a) K → Ω ∈ F + ⇔ K+ = Ω
b) ∀Z ⊂ K : Z → Ω ∉ F +⇔ Z+ ⊂ Ω

Cách khác: K là khóa ⇔ K+=Ω và (K–A)+≠Ω,∀A∈K.
Nghĩa là khoá khác nhau thì giá trị các bộ có chứa giá
trị khoá cũng khác nhau.

Giá trị khóa không thể nhận giá trị chưa được biết
(null) hoặc các giá trị chưa được xác định.
12
Dạng chuẩn 1 – 1NF (First Normal Form)

s = <Ω, F > được gọi là dạng chuẩn 1 – 1NF, khi và
chỉ khi các thuộc tính chỉ chứa các giá trị rõ ràng,
tường minh, không chứa Null, không xác định

Cấu trúc biểu diễn dữ liệu trong các quan hệ dạng 1NF

còn nhiều điều bất tiện. Vì vậy khi thao tác thực hiện
các phép chèn thêm, sửa đổi hay bổ sung cập nhật dữ
liệu thường xuất hiện dị thường thông tin, không thể
chấp nhận được trong quá trình tìm kiếm.
13
Dạng chuẩn 2 – 2NF (Second Normal Form)

s = <Ω, F > được gọi là dạng chuẩn 2 – 2NF, khi và
chỉ khi:

s = <Ω, F > là 1NF

Không tồn tại X → Y ∈ F + sao cho X là tập con
thực sự của khóa và Y là thuộc tính không khóa.

s = <Ω, F > là 1NF và các thuộc tính không khoá phụ
thuộc hàm đầy đủ vào khoá.
14
Dạng chuẩn 3 – 3NF (Third Normal Form)

s = <Ω, F > được gọi là dạng chuẩn 3 – 3NF, khi và
chỉ khi không tồn tại phụ thuộc hàm X → Y ∈ F+ sao
cho X+ ⊂ Ω , Y⊄X và Y là thuộc tính không khóa.

Nói cách khác nếu X→Y∈ F +, Y ⊄ X, khi đó hoặc X
là khóa hoặc Y là thuộc tính khóa.

2NF và không tồn tại sơ đồ bắc cầu
15
Dạng chuẩn 3 – 3NF (Third Normal Form)


Nhận xét:

2NF: cấm các thuộc tính không khoá phụ thuộc vào
các tập con thực sự của khoá.

3NF: cấm các thuộc tính không khoá phụ thuộc
hàm vào các tập thuộc tính có bao đóng khác Ω.
16
Dạng chuẩn Boyce – BCNF (Boyce Normal Form)


s = <Ω, F> BCNF, nếu ∀X →Y ∈ F +, khi đó Y ⊄ X
thì X+ = Ω.

Cách khác: nếu ∀X →Y∈ F +, khi đó hoặc Y⊆ X
(phụ thuộc tầm thường), hoặc X là khoá.

BCNF ⊂ 3NF ⊂ 2NF ⊂ 1NF.
17
Khác nhau giữa 3NF và Boyce – BCNF

3NF và BCNF giống nhau trừ mệnh đề “ hoặc Y là
một thuộc tính của khóa”, nghĩa là BCNF ⊂ 3NF

3NF:

Loại trừ các thuộc tính không khóa phụ thuộc vào
các thuộc tính có bao đóng khác Ω


X→Y∈ F +, Y không khóa và X+ ⊂ Ω

BCNF:

Loại trừ các thuộc tính phụ thuộc vào các thuộc
tính có bao đóng khác Ω.

X→Y∈ F +, X+ ⊂ Ω
18
Các quan hệ chuẩn 3NF và BCNF
19
ENO ENAME TITLE
E1 J.Doe Elect.Eng
E2 M.Smith Analyst
E3 A.Lee Mech.Eng
E4 J.Miller Programmer
E5 B.Casey Syst.Anal
E6 L.Chu Elect.Eng
E7 R.David Mech.Eng
E8 J.Jones Syst.Anal
ENO PNO RESP DUR
E1 P1 Manager 12
E2 P1 Analyst 24
E2 P2 Analyst 6
E3 P3 Consultant 10
E3 P4 Engineer 48
E4 P2 Programmer 18
E5 P2 Manager 24
E6 P4 Manager 48
E7 P3 Engineer 36

E8 P3 Manager 40
EMP
ASG
Các quan hệ chuẩn 3NF và BCNF
20
PNO PNAME BUDGET
P1 Instrumentation 150000
P2 Database Develop 135000
P3 CAD/CAM 250000
P4 Maintenance 310000
TITLE SAL
Elect.Eng 40000
Mech.Eng 27000
Programmer 24000
Syst.Anal 34000
PROJ PAY
Đại số quan hệ

Phép chọn (Select):
σE(R) = {t t ∈ R & t[E] = “True”}

Phép chiếu (Projection):
π A1,A2, , Ak (R) = {t[X]t∈R và X = (A1, A2, , Ak)}

Phép hợp (Union):
R ∪ S = {t t ∈ R hoặc t ∈ S}.

Phép trừ (Minus):
R — S = {t  t ∈ R và t ∉ S }


Tích Đê các
R(Ω) và S(Σ ), Ω ∩ Σ = ∅.
R x S = P(ΩΣ ) := {t  t[Ω] ∈ R & t[ Σ] ∈ S}
21
Đại số quan hệ

Phép giao (INTERSECT)
R ∩ S = {tt ∈ R And t ∈ S } = R – (R – S)
22

Kết nối -
θ

F = R.A θ S.B, ∀A∈ Ω và ∀B∈ Σ,
θ = {<, >, ≠, ≤, ≥}

Nếu θ là “ = “ gọi là kết nối bằng,

Ngược lại gọi là kết nối không bằng.
Đại số quan hệ

Kết nối tự nhiên

Nối tự nhiên là kết nối bằng của hai quan hệ trên
một thuộc tính,


23

Kết nối nửa