LỜI MỞ ĐẦU Để đáp ứng nhu cầu học tập sinh viên chuyên ngành Công nghệ Thông tin, giảng Cơ sở liệu biên soạn theo chương trình hệ thống tín Trường Đại học Đà Lạt, cung cấp kiến thức lý thuyết sở liệu Mặc dù cố gắng trình biên soạn giảng chắn giảng cịn nhiều thiếu sót hạn chế Rất mong nhận đóng góp ý kiến quý báu sinh viên bạn đọc để giảng ngày hoàn thiện Trang 1/103 Chương Giới Thiệu Chung Chương giới thiệu cho học viên khái niệm sở liệu (CSDL) hệ quản trị CSDL Giới thiệu 1.1 Giới thiệu hệ thống tập tin cổ điển Xét hệ thống tập tin cổ điển: tổ chức cách riêng rẽ, phục vụ cho mục đích đơn vị hay đơn vị trực thuộc cụ thể Ứng dụng hệ quản lý nhân công ty Tại cơng ty trang bị máy vi tính cho tất phịng ban Trong đó: • Phịng Tổ chức lưu giữ thông tin lý lịch nhân viên họ tên, bí danh, giới tính, ngày sinh, ngày vào đoàn, ngày vào đảng, ngày tuyển dụng, hệ số lương, hệ số phụ cấp, hoàn cảnh gia đình … Phần mềm sử dụng để quản lý Microsoft Access • Phịng Tài vụ lưu giữ thông tin họ tên, hệ số lương, hệ số phụ cấp, đơn vị … để tính tốn lương phụ cấp dựa danh sách phòng tổ chức gởi sang Các bảng tính làm Microsoft Excel • Bộ phận Văn thư sử dụng Microsoft word để thảo văn báo cáo tình hình đơn vị có nêu tổng số cơng nhân viên trình độ chun mơn đào tạo • Trong tổng cơng ty phịng ban trang bị máy vi tính quản lý thông tin cán chủ chốt cơng ty giám đốc, phó giám đốc, trưởng phó phịng Việc phát triển hệ thống quản lý sau: • Những chương trình ứng dụng phải viết nhu cầu nảy sinh • Các tập tin thường trực tạo theo yêu cầu • Trong thời gian dài tập tin dạng thức khác • Những chương trình ứng dụng viết ngơn ngữ khác Trang 2/103 Ưu điểm: • Việc xây dựng hệ thống tập tin riêng lẽ đơn vị quản lý tốn thời gian lượng thông tin cần quản lý khai thác nhỏ, khơng địi hỏi đầu tư nhiều nên triển khai nhanh • Thơng tin khai thác phục vụ cho mục đích hẹp nên khả đáp ứng nhanh chóng, kịp thời Hạn chế: Do thơng tin tổ chức phịng ban khác (thơng tin công cụ triển khai) nên rõ ràng phối hợp mặt tổ chức khai thác phịng ban khó khăn Thơng tin phịng ban khơng sử dụng cho phịng ban khác, công ty với tổng công ty Hơn thông tin cập nhật vào máy nhiều nơi khác Do có hạn chế sau: • Dữ liệu dư thừa không quán Những thơng tin giống bị trùng lắp số nơi Tất liệu khơng cập nhật • Khó khăn việc truy xuất liệu Có thể phải viết trình ứng dụng thỏa yêu cầu đặt Có thể tạo liệu cách thủ cơng thời gian • Khó khăn viết chương trình ứng dụng địi hỏi thơng tin liên quan đến nhiều đơn vị Dữ liệu tập tin khác Dữ liệu dạng thức khác Ngồi cịn số vấn đề chưa giải như: • Nhiều người sử dụng Muốn thời gian trả lời nhanh cho tác vụ đồng thời Cần bảo vệ cập nhật đồng thời • Các vấn đề bảo mật Mỗi người sử dụng hệ thống truy xuất liệu mà họ phép thấy Trang 3/103 Chẳng hạn người tính lương phụ cấp giải mẫu tin nhân viên, thấy thông tin lý lịch nhân viên; thủ quỹ truy xuất liệu khoản chi… Khó khăn để ràng buộc điều chương trình ứng dụng • Các vấn đề tồn vẹn Dữ liệu yêu cầu thỏa mãn ràng buộc Chẳng hạn nhân viên hưởng chế độ phịng tổ chức không hưởng chế độ trợ cấp cao phịng cơng đồn Với cách tiếp cận xử lý-tập tin, khó khăn để thực thay đổi ràng buộc • Khó khăn nâng cấp hệ thống Do hệ thống tổ chức thành tập tin riêng lẽ nên thiếu chia xẻ thông tin phịng ban Bên cạnh việc kết nối hệ thống với hay nâng cấp ứng dụng gặp nhiều khó khăn Những nhược điểm dẫn tới việc phát triển hệ thống quản trị sở liệu 1.2 Định nghĩa sở liệu Cơ sở liệu (database) hệ thống thơng tin có cấu trúc lưu trữ thiết bị lưu trữ thứ cấp (băng từ, đĩa từ…) nhằm thoả mãn yêu cầu khai thác thông tin đồng thời nhiều người sử dụng hay nhiều chương trình ứng dụng với nhiều mục đích khác Ưu điểm CSDL: • Giảm trùng lắp thơng tin xuống mức thấp bảo đảm tính qn tồn vẹn liệu • Dữ liệu truy xuất theo nhiều cách khác • Khả chia xẻ thơng tin cho nhiều người sử dụng nhiều ứng dụng khác Để đạt ưu điểm CSDL đặt vấn đề cần giải quyết, là: • Tính chủ quyền liệu Do chia xẻ CSDL nên tính chủ quyền liệu bị lu mời làm mờ nhạt tinh thần trách nhiệm, thể vấn đề an toàn liệu, khả biểu diễn mối liên hệ ngữ nghĩa liệu tính xác liệu Nghĩa người khai thác CSDL phải có nghĩa vụ cập nhật thông tin CSDL Trang 4/103 • Tính bảo mật quyền khai thác thơng tin người sử dụng (NSD) Do có nhiều người khai thác CSDL cách đồng nên cần phải có chế bảo mật phân quyền khai thác CSDL • Tranh chấp liệu Nhiều người phép truy cập vào tài nguyên liệu (data source) CSDL với mục đích khác xem, thêm, xóa, sửa liệu Như cần phải có chế ưu tiên truy nhập liệu chế giải tình trạnh khố chết (DeadLock) q trình khai thác cạnh tranh Cơ chế ưu tiên thực dựa trên: Cấp quyền ưu tiên cho người khai thác CSDL, người có quyền ưu tiên cao ưu tiên cấp quyền truy nhập liệu trước Thời điểm truy nhập, có yêu cầu truy xuất trước có quyền truy nhập liệu trước Hoặc dựa chế lập lịch truy xuất hay chế khố … • Đảm bảo liệu có cố Việc quản lý tập trung làm tăng khả mát sai lệch thông tin có cố điện đột xuất, phần hay toàn đĩa lưu trữ liệu bị hư… Một số hệ điều hành mạng có cung cấp dịch vụ lưu đĩa cứng (cơ chế sử dụng đĩa cứng dự phòng - RAID), tự động kiểm tra khắc phục lỗi có cố Tuy nhiên bên cạnh dịch vụ hệ điều hành, CSDL thiết phải có chế khơi phục liệu cố bất ngờ xảy để đảm bảo CSDL ổn định 1.3 Các đối tượng sử dụng CSDL • Những người sử dụng khơng chun lĩnh vực tin học CSDL, CSDL cần có cơng cụ để giúp cho người sử dụng khơng chun khai thác hiệu CSDL • Các chuyên viên tin học biết khai thác CSD, người xây dựng ứng dụng khác phục vụ cho yêu cầu khác CSDL • Những người quản trị CSDL, người hiểu biết tin học, hệ quản trị CSDL hệ thống máy tính Họ người tổ chức CSDL (khai báo cấu trúc CSDL, ghi nhận yêu cầu bảo mật cho liệu cần bảo vệ…), họ cần phải nắm rõ vấn đề kỹ thuật để phục hồi liệu có cố Họ người cấp quyền hạn khai thác CSDL nên họ giải vấn đề tranh chấp liệu Trang 5/103 1.4 Hệ quản trị CSDL Để giải tốt vấn đề đặt cho CSDL trình bày 1.2 cần có hệ thống phần mềm chuyên dụng Hệ thống gọi hệ quản trị CSDL (Database Management System - DBMS), cơng cụ hỗ trợ tích cực cho nhà phân tích, thiết kế khai thác CSDL Hiện có nhiều hệ quản trị CSDL thị trường như: Visual Foxpro, SQL server, DB2, Microsoft Access, Oracle… Một hệ quản trị CSDL phải có: • Ngơn ngữ giao tiếp NSD CSDL: Ngôn ngữ mô tả liệu (Data Definition Language - DDL) phép khai báo cấu trúc CSDL, khai báo mối liên hệ liệu (Data Relationship) quy tắc (Rules, Constraint) quản lý áp đặt liệu Ngôn ngữ thao tác liệu (Data Manipulaton Language - DML) cho phép NSD thêm, xố, liệu CSDL Ngơn ngữ truy vấn liệu (Structured Query Language - SQL) cho phép NSD truy vấn thông tin cần thiết Ngôn ngữ quản lý liệu (Data Control Language - DCL) cho phép người quản trị hệ thống thay đổi cấu trúc bảng liệu, khai báo bảo mật thông tin cấp quyền khai thác CSDL cho NSD • Tự điển liệu (Data dictionary) dùng để mô tả ánh xạ liên kết, ghi nhận thành phần cấu trúc CSDL, chương trình ứng dụng, mật mã, quyền sử dụng… • Có biện pháp bảo mật tốt • Có chế giải tranh chấp liệu • Có chế lưu phục hồi liệu có cố xảy • Có giao diện tốt, dễ sử dụng • Bảo đảm tính độc lập liệu chương trình: có thay đổi liệu (như sửa đổi cấu trúc lưu trữ bảng liệu, thêm mục,…) chương trình ứng dụng chạy CSDL không cần phải viết lại hay không ảnh hưởng đến NSD khác 1.5 Các mức biểu diễn CSDL Để hệ thống dùng phải tìm liệu cách hiệu Điều dẫn đến việc cần phải thiết kế cấu trúc liệu phức tạp việc biểu diễn liệu Trang 6/103 sở liệu Vì nhiều người sử dụng hệ thống sở liệu người hiểu biết nhiều máy tính nên người phát triển hệ thống phải che dấu phức tạp khỏi người sử dụng thông qua số mức trừu tượng, nhằm làm đơn giản hóa tương tác người sử dụng hệ thống Có mức biểu diễn liệu, cụ thể sau: Mức (mức vật lý - Physical level) • Nói đến cách thức liệu lưu trữ thực Trả lời câu hỏi liệu lưu trữ chúng nào? Cần mục gì? • Ví dụ mục, B-cây, băm • Những người thao tác mức người quản trị CSDL NSD chuyên môn Mức quan niệm hay mức logic (conception level, logical level) • Trả lời câu hỏi cần phải lưu trữ loại liệu? Đó liệu gì? Mối quan hệ chúng nào? • Như CSDL mức vật lý cài đặt cụ thể CSDL mức quan niệm Mức ngồi hay mức nhìn (view level) • Là mức NSD chương trình ứng dụng • Làm việc mức nhà chuyên môn, kỹ sư tin học, NSD không chun • Mỗi NSD hay chương trình ứng dụng nhìn CSDL theo góc độ khác Tuỳ thuộc vào vai trị NSD mà thấy tất phần CSDL NSD hay chương trình ứng dụng khơng biết cấu trúc tổ chức lưu trữ thông tin CSDL Họ làm việc phần CSDL theo cách nhìn người quản trị hay chương trình ứng dụng quy định, gọi khung nhìn Trang 7/103 NGƯỜI SỬ DỤNG MỨC NGỒI KHUNG NHÌN NGỒI MỨC QUAN NIỆM KHUNG NHÌN NGỒI … LƯỢC ĐỒ QUAN NIỆM LƯỢC ĐỒ TRONG MỨC TRONG CƠ SỞ DỮ LIỆU LƯU TRỮ Hình 1.1 Ba mức trừu tượng liệu 1.6 Sơ đồ tổng quát hệ quản trị CSDL Chương trình khai báo (mơ tả) cấu trúc Chương trình ứng dụng A Ngôn ngữ mô tả liệu Ngôn ngữ thao tác liệu Các tự điển liệu CSDL Hình 1.2 Sơ đồ tổng quát hệ quản trị CSDL Hình 1.2 minh họa sơ đồ tổng quát hệ quản trị CSDL Có mức: mức chương trình khai báo cấu trúc chương trình ứng dụng; mức mô tả CSDL, thao tác CSDL tự điển liệu; mức CSDL Trang 8/103 Mỗi hệ quản trị CSDL có ngơn ngữ khai báo hay mô tả (Data Definition Language DDL) cấu trúc CSDL riêng Những người thiết kế quản trị CSDL thực công việc khai báo cấu trúc CSDL Các chương trình khai báo cấu trúc CSDL viết ngơn ngữ mà hệ quản trị CSDL cho phép Hai công việc khai báo cấu trúc logic (là việc khai báo loại liệu mối liên hệ loại liệu đó, ràng buộc tồn vẹn liệu) khai báo vật lý (dữ liệu lưu trữ theo dạng nào, có mục) Các chương trình ứng dụng viết ngơn ngữ thao tác CSDL (Data Manipulation Langage - DML) với mục đích: • Truy xuất liệu • Cập nhật liệu (thêm, xóa, sửa) • Khai thác liệu • Ngơn ngữ thao tác CSDL cịn sử dụng cho người sử dụng thao tác trực tiếp với CSDL Tự điển liệu (Data Dictionary - DD) CSDL hệ quản trị CSDL sử dụng để lưu trữ cấu trúc CSDL, thông tin bảo mật, bảo đảm an toàn liệu cấu trúc ngồi Tự điển liệu cịn gọi siêu CSDL (Meta-Database) 1.7 Tính độc lập liệu chương trình • Độc lập liệu vật lý Khả cập nhật lược đồ vật lý không làm cho chương trình ứng dụng phải bị viết lại Việc cập nhật mức thường cần thiết để cải tiến hiệu suất • Độc lập liệu logic Khả cập nhật lược đồ logic mà không làm cho chương trình ứng dụng phải bị viết lại Những cập nhật thường thực cấu trúc logic sở liệu thay đổi Các cách tiếp cận CSDL Nền tảng cấu trúc sở liệu mơ hình liệu Mơ hình liệu định nghĩa sưu tập công cụ khái niệm dùng cho việc mô tả liệu, mối quan hệ liệu, ngữ nghĩa liệu ràng buộc liệu Trang 9/103 2.1 Mơ hình liệu mạng Mơ hình liệu mạng (Network Data Model) hay gọi tắt mô hình mạng (Network Model) mơ hình biểu diễn đồ thị có hướng Mơ hình xây dựng Honeywell vào năm 1964-1965 Trong mơ hình này, có khái niệm sử dụng: mẫu tin hay ghi (record), loại mẫu tin (record type) loại liên hệ (set type) Loại mẫu tin: đặc trưng cho loại đối tượng riêng biệt Chẳng hạn quản lý nhân đơn vị đối tượng cần phản ảnh giới thực Phịng, nhân viên, cơng việc, lý lịch… có loại mẫu tin đặc trưng cho đối tượng Trong mơ hình mạng, loại mẫu tin thể hình chữ nhật, thể (instance) loại mẫu tin gọi ghi (record) Ở ví dụ loại mẫu tin Phịng có mẫu tin phịng ban cơng ty, loại mẫu tin Nhân viên có mẫu tin nhân viên làm việc phịng ban cơng ty… Loại liên hệ: liên kết loại mẫu tin chủ với mẫu tin thành viên Trong mơ hình mạng, loại liên hệ thể hình bầu dục liên kết hai loại mẫu tin thể cung có hướng từ loại mẫu tin chủ đến loại liên hệ từ loại liên hệ đến loại mẫu tin thành viên Trong loại liên kết người ta số lượng mẫu tin tham gia vào mối kết hợp Cú mt s loi sau: ã 1ữ (One to One): Mỗi mẫu tin loại mẫu tin chủ kết hợp với mẫu tin loại mẫu tin thành viên Ví dụ, nhân viên có mt lý lch cỏ nhõn ã 1ữ n (One to Many): Mỗi mẫu tin loại mẫu tin chủ kết hợp với hay nhiều mẫu tin loại mẫu tin thành viên Ví dụ, phịng ban cú mt hoc nhiu nhõn viờn ã n ữ (Many to One): Nhiều mẫu tin loại mẫu tin chủ kết hợp với mẫu tin loại mẫu tin thành viên Ví dụ, nhiều nhân viên làm cơng việc • Đệ quy (Recursive): Một loại mẫu tin chủ đồng thời mẫu tin thành viên với Ví dụ, trưởng phịng nhân viên thuộc phịng cơng ty Hình 1.4 minh hoạ mơ hình liệu mạng Trang 10/103 F={B C , AC D, D G, AG E } Cho biết AC → E có thuộc F+ khơng? Cho biết BD → AD có thuộc F+ khơng? Với tập 7, 8, 9: • Tìm khóa (theo thuật tốn tìm khóa) • Tìm khóa (theo thuật tốn tìm khóa) • Tìm phủ tối thiểu Bài tập Cho lược đồ quan hệ R(A, B, C, D) tập phụ thuộc hàm F={AB CD, B C,C D} Bài tập Cho lược đồ quan hệ R {ABCDEFGHKLM} tập phụ thuộc hàm F={ A B, C D, E F, G AHK, AH G, GLC M} Bài tập Cho lược đồ quan hệ R {ABCDEFGHKL} tập phụ thuộc hàm F={A B, AC D, F G, FK LEH, E FH} Bài tập 10 Với hai tốn tình quản lý đề án quản lý ngân hàng, ngoại trừ ràng buộc khố khố ngoại, tìm tất RBTV theo yêu cầu: bối cảnh, biểu diễn, tầm ảnh hưởng Với RBTV tìm được, phân theo loại RBTV Trang 89/103 Chương Dạng chuẩn chuẩn hóa sở liệu Chương giới thiệu dạng chuẩn, phân rã bảo tồn thơng tin, bảo tồn phụ thuộc hàm, qua trình bày cách phân rã bảo tồn bảo tồn thơng tin bảo toàn phụ thuộc Dạng chuẩn lược đồ quan hệ Để dễ dàng trình bày dạng chuẩn, cần nắm rõ khái niệm: Thuộc tính khố: Cho lược đồ quan hệ Q( A1 , A2 , , An ) , thuộc tính B gọi thuộc tính khố B thuộc tính thành phần khố Q, ngược lại B gọi thuộc tính khơng khố Ví dụ: R(A, B, C, D), F={AB C, B D, BC A} Trong ví dụ trên, lược đồ R có khố AB, BC Khi A, B, C thuộc tính khố, D thuộc tính khơng khố Giá trị ngun tố Giá trị nguyên tố giá trị không phân nhỏ Ví dụ: Giá trị ChiTietMua: “Bánh Orion gói, Kẹo mút cây” khơng phải giá trị ngun tố phân thành: tên hàng, số lượng, đơn vị tính 1.1 Dạng chuẩn Lược đồ Q dạng chuẩn thuộc tính mang giá trị nguyên tố Trong toán xét dạng chuẩn, dạng chuẩn thấp dạng chuẩn Ví dụ Cho lược đồ HOADON(MaHD, MaKH, NgayHD, CtietMua, SoTien), sau Trang 90/103 MaHD MaKH NgayHD CtietMua SoTien Tên hàng KH01 15-10-05 ĐVT Bánh Orion Gói 25.000 Kẹo mút HD01 Số lượng Cây 2.000 HD02 KH01 18-10-05 Gạo Kg 30.000 HD03 KH02 24-10-05 Đường Kg 15.000 Bánh AFC Gói 24.000 Nhận thấy CTiếtMua không mang giá trị nguyên tố, HOADON khơng đạt dạng chuẩn 1.2 Dạng chuẩn 1.2.1 Định nghĩa Lược đồ Q dạng chuẩn thoả: (1) Q đạt dạng chuẩn (2) Mọi thuộc tính khơng khóa Q phụ thuộc đầy đủ vào khóa 1.2.2 Kiểm tra dạng chuẩn Để kiểm tra dạng chuẩn thực hiện: Bước 1: Tìm khóa Q Bước 2: Với khóa K, tìm bao đóng tập tất tập thực Si K Bước 3: Nếu tồn bao đóng Si+ chứa thuộc tính khơng khóa Q không đạt dạng chuẩn 2, ngược lại Q đạt dạng chuẩn Ví dụ Cho Q1 (A, B, C, D), F={A B, B DC} Lược đồ có khóa A, nên thuộc tính phụ thuộc đầy đủ vào khóa Do Q1 đạt dạng chuẩn Ví dụ Cho Q2 (A, B, C, D), F={AB D, C D} Lược đồ có khóa ABC, ngồi cịn có C⊂ABC mà C D, D thuộc tính khơng khóa (nghĩa thuộc tính D khơng phụ thuộc đầy đủ vào khóa) Do Q2 khơng đạt dạng chuẩn Trang 91/103 Ví dụ 3: Xem ví dụ đơn giản CSDL gồm quan hệ MONHOC, SINHVIEN sau: MONHOC (MaMH, TenMH, STC, Loai) Tân từ: Mỗi mơn học có mã mơn học (MaMH) để phân biệt với môn học khác, có tên mơn học (TenMH), số tín (STC), loại bắt buộc hay tự chọn (Loai) MaMH TenMH STC Loai CT101 Nhập môn tin học BB CT102 TH kỹ máy tính BB TN311 Xác suất thống kê BB CT103 Thiết kế Web TC CT110 Nguyên lý lập trình BB SINHVIEN (MSSV, MaMH, TenSV, DiaChi, Diem) Tân từ: Mỗi sinh viên (MSSV) thi môn học (MaMH) ghi nhận lại điểm (Diem), ngồi cịn có thơng tin liên quan đến sinh viên họ tên (TenSV), địa (DiaChi) MSSV MaMH TenSV DiaChi Diem 0310677 CT101 Nguyễn Thị Hoa 11 Nguyễn Công Trứ, Đà Lạt 0310678 CT101 Trần Hoàng 20 Bùi Thị Xuân, Đà Lạt 0310679 CT101 Lê Thanh Sơn Nhà Chung, Đà Lạt 0310677 CT102 Nguyễn Thị Hoa 11 Nguyễn Công Trứ, Đà Lạt 0310678 CT102 Trần Hoàng 20 Bùi Thị Xuân, Đà Lạt 0310678 TN311 Trần Hoàng 20 Bùi Thị Xuân, Đà Lạt 0310679 TN311 Lê Thanh Sơn Nhà Chung, Đà Lạt 0310677 CT103 Nguyễn Thị Hoa 11 Nguyễn Công Trứ, Đà Lạt 0310678 CT103 Trần Hoàng 20 Bùi Thị Xuân, Đà Lạt Trang 92/103 0310000 CT110 Nguyễn Ngọc Lê Hồng Phong, Đà Lạt Ở quan hệ SINHVIEN nhận thấy phụ thuộc: MSSV, MaMH Diem MSSV TenSV, DiaChi Vậy quan hệ SINHVIEN khơng đạt dạng chuẩn thuộc tính TenSV, DiaChi thuộc tính khơng khố phụ thuộc vào MSSV: không phụ thuộc đầy đủ vào khố Trong q trình cập nhật lưu trữ liệu xuất vấn đề sau: • Ở quan hệ SINHVIEN, việc lưu trữ thông tin sinh viên bị lặp lại (tên, địa chỉ) • Q trình cập nhật: o Sửa đổi: Khi cần sửa đổi địa sinh viên (ví dụ Nguyễn Thị Hoa) cần phải sửa đổi lần trùng lắp thơng tin, nữa, sửa đổi thông tin sinh viên lại không liên quan đến thông tin thi cử o Thêm: Nếu chèn thêm vào quan hệ SINHVIEN mà sinh viên chưa thi môn khơng khố MSSV, MaMH khơng đầy đủ Vấn đề khắc phục loại bỏ thông tin kết thi cử khỏi quan hệ o Xoá: Giả sử cần xóa bỏ mơn CT110 mà danh sách sinh viên giữ nguyên Khi xóa {‘CT110’, ‘Nguyên lý lập trình 2’, 5, ‘BB’} quan hệ MONHOC xố {‘0310000’, ‘CT110’, ‘Nguyễn Ngọc’, ‘1 Lê Hồng Phong, Đà Lạt’, 9} quan hệ SINHVIEN Khi thơng tin sinh viên bị Để khắc phục bất lợi trên, quan hệ SINHVIEN tách thành quan hệ SINHVIEN (MSSV, TenSV, DiaChi) KETQUATHI (MSSV, MaMH, Diem) Như vậy, quan hệ dạng chuẩn thứ Trang 93/103 1.3 Dạng chuẩn 1.3.1 Định nghĩa Định nghĩa Với lược đồ Q; X, Y hai tập Q+; A thuộc tính Khi A gọi phụ thuộc bắc cầu vào X thỏa: (1) X Y, Y A (2) Y X (3) A ∉ XY Lược đồ Q dạng chuẩn thuộc tính khơng khóa khơng phụ thuộc bắc cầu vào khóa Việc kiểm tra dạng chuẩn theo định nghĩa khó cài đặt Ta thực kiểm tra dạng chuẩn theo định nghĩa sau: Định nghĩa Lược đồ Q dạng chuẩn phụ thuộc hàm X A∈F+, với A ∉ X có: (1) X siêu khóa, (2) A thuộc tính khóa 1.3.2 Kiểm tra dạng chuẩn Từ định nghĩa 2, để kiểm tra dạng chuẩn thực bước sau: Bước 1: Tìm khóa Q Bước 2: Phân rã vế phải phụ thuộc hàm F để tập F trở thành tập phụ thuộc hàm có vế phải thuộc tính Bước 3: Nếu phụ thuộc hàm X A ∈F, mà A ∉ X thỏa (1) X siêu khóa (vế trái chứa khóa), (2) A thuộc tính khóa (vế phải tập khóa) Q đạt dạng chuẩn 3, ngược lại Q khơng đạt dạng chuẩn Ví dụ Cho Q (A, B, C, D), F={AB D, C D} Bước 1: Q có khóa ABC Trang 94/103 Bước 2: Mọi phụ thuộc hàm F có vế phải thuộc tính Bước 3: Với AB D, nhận thấy D ∉ ABC có • Vế trái (AB) khơng phải siêu khóa • Hơn vế phải (D) khơng thuộc tính khóa Vậy Q khơng đạt dạng chuẩn 1.4 Dạng chuẩn BC (Boyce Codd) 1.4.1 Định nghĩa Lược đồ Q dạng chuẩn BC phụ thuộc hàm X A∈F+, với A ∉ X có X siêu khóa 1.4.2 Kiểm tra dạng chuẩn BC Từ định nghĩa, để kiểm tra dạng chuẩn BC thực bước sau: Bước 1: Tìm khóa Q Bước 2: Phân rã vế phải phụ thuộc hàm F để tập F trở thành tập phụ thuộc hàm có vế phải thuộc tính Bước 3: Nếu phụ thuộc hàm X A ∈F, mà A ∉ X thỏa X siêu khóa (vế trái chứa khóa), Q đạt dạng chuẩn BC, ngược lại Q khơng đạt dạng chuẩn BC Ví dụ Cho Q (A, B, C, D, E, I), F={ACD EBI, CE AD} Bước 1: Q có hai khóa {ACD, CE} Bước 2: Phân rã vế phải phụ thuộc hàm F, ta có: F={ACD E, ACD B, ACD I, CE A, CE D} Bước 3: Mọi phụ thuộc hàm F có vế trái siêu khóa Vậy Q đạt dạng chuẩn BC 1.5 Kiểm tra dạng chuẩn Kiểm tra dạng chuẩn lược đồ quan hệ Q Bước 1: Tìm khóa Q Bước 2: Kiểm tra dạng chuẩn BC, Q đạt dạng chuẩn BC, Trang 95/103 ngược lại qua bước Bước 3: Kiểm tra dạng chuẩn 3, Q đạt dạng chuẩn 3, ngược lại qua bước Bước 4: Kiểm tra dạng chuẩn 2, Q đạt dạng chuẩn 2, ngược lại Q đạt dạng chuẩn Kiểm tra dạng chuẩn lược đồ CSDL Dạng chuẩn lược đồ CSDL dạng chuẩn thấp dạng chuẩn lược đồ quan hệ Phép phân rã Mục tiêu việc thiết kế CSDL quan hệ tạo tập lược đồ quan hệ cho phép lưu trữ thơng tin khơng có dư thừa khơng cần thiết truy tìm thơng tin cách dễ dàng, xác Việc phân rã lược đồ thành lược đồ mong muốn đạt bảo tồn thơng tin bảo tồn phụ thuộc 2.1 Phân rã bảo tồn thơng tin Cho lược đồ quan hệ Q (TenNCC, DiaChiNCC, SanPham, DonGia) Phân rã Q thành Q1 Q2 sau: Q1 (TenNCC, SanPham, DonGia) Q2 (TenNCC, DiaChiNCC) Khi ta sau: Q DiaChiNCC Nguyễn Mai 10 Nguyễn Công Trứ Bánh xốp 10.000 Nguyễn Mai 10 Nguyễn Công Trứ Kẹo mè 20.000 Nguyễn Mai Q1 TenNCC SanPham 20 Nguyễn Văn Trỗi 20.000 TenNCC SanPham DonGia Nguyễn Mai Bánh xốp 10.000 Trang 96/103 Kẹo mè DonGia Nguyễn Mai TenNCC DiaChiNCC Nguyễn Mai 10 Nguyễn Công Trứ Nguyễn Mai Q2 Kẹo mè 20 Nguyễn Văn Trỗi Q1 >< Q 20.000 TenNCC DiaChiNCC SanPham DonGia Nguyễn Mai 10 Nguyễn Trứ Công Bánh xốp 10.000 Nguyễn Mai 10 Nguyễn Trứ Công Kẹo mè 20.000 Nguyễn Mai 20 Nguyễn Văn Trỗi Bánh xốp 10.000 Nguyễn Mai 20 Nguyễn Văn Trỗi Kẹo mè 20.000 Như kết thể Q Q1 >< Q khác nhau, ta nói phép phân rã gọi khơng bảo tồn thơng tin (mất mát thông tin) Định nghĩa Q lược đồ quan hệ, Q1, Q2 hai lược đồ có: + Q1+ ∩ Q2 = X + Q1+ ∪ Q2 = Q + Khi Q phân rã thành hai lược đồ Q1, Q2 phép phân rã bảo toàn thông tin với r thể Q ta có: r = r.Q1 >< r.Q2 (r kết phép kết tự nhiên hình chiếu Q1, Q2) 2.2 Phân rã bảo toàn phụ thuộc hàm Một vấn đề cần quan tâm phân rã lược đồ Q thành lược đồ Qi với tập Fi tương ứng tính từ tập phụ thuộc hàm F Phép phân rã bảo toàn phụ thuộc (giữ lại Trang 97/103 phụ thuộc) với ri thể Qi thoả điều kiện: ri thoả phụ thuộc hàm X Y ∈F+ với XY⊆Qi+ Định nghĩa Gọi Q1, Q2,…, Qn phân rã lược đồ quan hệ Q, tập phụ thuộc hàm F Q Hình chiếu F tập thuộc tính Qi+ ký hiệu ΠQi+(F) tập phụ thuộc hàm X Y ∈F+ với XY⊆Qi+ ΠQi+(F) = Fi+={X Y | X Y ∈F+ XY⊆Qi+ } Khi phân rã bảo tồn tập phụ thuộc hàm F F ≡ ∪ ΠQi+(F) Thiết kế CSDL cách phân rã 3.1 Phân rã thành dạng chuẩn BC (hoặc dạng chuẩn 3) bảo tồn thơng tin 3.1.1 Thuật tốn Bước 1: Tìm tất khóa Q Bước 2: Tìm phụ thuộc hàm X Y ∈F có X khơng siêu khóa Y khơng chứa thuộc tính khóa • Nếu tìm thấy tách Q thành Q1 Q2 theo cách: o Q1 = Q[XY]; F1 ≡ ΠQ1(F) (tìm bao đóng tất tập XY để tính F1) Tiếp tục phân rã (Q1, F1) o Q2 = Q[Q+ - Y]; F2 ≡ ΠQ2(F) (tìm bao đóng tất tập (Q+ - Y) để tính F2) Tiếp tục phân rã (Q2, F2) • Nếu khơng tìm thấy xét dạng chuẩn Qi: o Nếu phụ thuộc hàm Fi có vế trái siêu khóa Qi đạt dạng chuẩn BC o Nếu có phụ thuộc hàm Fi có vế trái khơng siêu khóa vế phải thuộc tính khóa Qi đạt dạng chuẩn 3.1.2 Ví dụ Ví dụ Cho Q (SDIM), F={SI D, SD M} Trang 98/103 Bước 1: Q có khóa {SI} Bước 2: Phụ thuộc hàm SD M có SD khơng siêu khóa nên tách: Q1 = (SDM); F1 = {SD M} Q2 = (SDI); F2 = {SI D} Để tìm tập phụ thuộc hàm F1, F2 cần tính bao đóng tập Tìm F1: với Q1 = (SDM): bao đóng tập + SF = S + DF = D + MF = M + SDF = SDM + SM F = SM + DM F = DM + SDM F = SDM F1 = ΠQ1(F) = {SD M, SD SM, SD DM, SD SDM } ⇒ F1 = {SD M} Tìm F2: với Q2= (SDI): bao đóng tập + SF = S + DF = D + IF = I + SDF = SDM + SI F = SIDM + DI F = DI + SDI F = SDIM Trang 99/103 F2 = ΠQ2(F) = {SI D, SI SD, SI DI, SI SDI } ⇒ F2 = {SI D} Bước 3: Mọi phụ thuộc hàm F1và F2 có vế trái siêu khóa nên Q1 Q2 đạt dạng chuẩn BC Ví dụ Cho Q (ABCDE), F = {BC A, C D, AE B, B D, B E} Bước 1: khóa {CB, CAE} Bước 2: Từ C D tách thành: • Q1(CD), F1= {C D}, Khóa C Đạt dạng chuẩn BC • Q2(CABE), F2= {B E, CB A, AE B} Chi tiết tính F1, F2 sau: Tìm F1: với Q1 = (CD) + C F = CD + DF = D + CDF = CD Vậy F1 = {C D} Tìm F2: với Q2(CABE): + C F = CD + AF = A + BF = BDE + EF = E + CAF = CAD + CBF = CBADE + CE F = CED Trang 100/103 + ABF = ABDE + AE F = AEBD + BE F = BED + CABF = CABDE + CAE F = CAEBD + CBE F = CBEAD + ABE F = ABED + CABE F = CABED F2= {B E, CB AE, AB E, AE B, CAB E, CAE B, CBE A} Vậy F2= {B E, CB A, AE B} Xét dạng chuẩn Q2: Khoá Q2: {CB, CAE} Vậy Q2 đạt dạng chuẩn 3.1.3 Cải tiến thuật tốn Nhận thấy tìm phụ thuộc hàm hình chiếu Qi, xét tập Xi, ( X i )+ = Q + , tiếp tục xét tập Xj : Xi ⊂ Xj , hiển nhiên (X j )+ = Q + , F F cuối phụ thuộc hàm có vế trái Xj bị loại để chọn phụ thuộc hàm có vế trái Xi Do đó, tìm phụ thuộc hàm hình chiếu Qi, xét tập Xi, ( X i )+ = Q + , F thực loại bỏ tính toán cho trường hợp Xj : Xi ⊂ Xj Ví dụ: với tìm F2 ví dụ trên: Q2(CABE), F = {BC A, C D, AE B, B D, B E} + C F = CD + AF = A + BF = BDE + EF = E Trang 101/103 + CAF = CAD + CB F = CBADE , loại tập CAB, CBE, CABE + CE F = CED + ABF = ABDE + AE F = AEBD + BE F = BED + ABE F = ABED F2= {B E, CB AE, AB E, AE B} Vậy F2= {B E, CB A, AE B} 3.2 Phân rã thành dạng chuẩn vừa bảo tồn thơng tin vừa bảo tồn phụ thuộc hàm Bước 1: Tìm phủ tối thiểu F Bước 2: Loại bỏ tất thuộc tính Q khơng liên quan đến phụ thuộc hàm PTT(F) Bước 3: Nếu có phụ thuộc hàm PTT(F) liên quan đến thuộc tính Q khơng thể phân rã Ngược lại, qua bước Bước 4: Gom nhóm phụ thuộc hàm có vế trái Với nhóm phụ thuộc hàm có vế trái, tạo thành lược đồ Bước 5: Kiểm tra lược đồ có thoả dạng chuẩn chưa, chưa áp dụng bước để phân rã tiếp Ví dụ Cho Q (CTHRSG), F={C T, HR C, HT R, CS G, HS R} PTT(F) = F = {C T, HR C, HT R, CS G, HS R} Ta có kết phân rã Q1(CT), Q2(HRC), Q3(HTR), Q4(CSG), Q5(HRS) Bài tập Bài tập 7, 8, chương 7, với yêu cầu: - Phân rã thành dạng chuẩn BC dạng chuẩn bảo tồn thơng tin Trang 102/103 - Phân rã thành dạng chuẩn bảo tồn thơng tin bảo toàn phụ thuộc hàm Tài Liệu Tham Khảo Bài giảng Cơ sở liệu, Nguyễn Hữu Tân, Đại Học Đà Lạt, 2004 Bài tập sở liệu, Nguyễn Xuân Huy – Lê Hoài Bắc, NXB thống kê, 2003 Giáo trình Cơ sở liệu, Nguyễn Đăng Tỵ - Đỗ Phúc, Đại Học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2001 Nhập mơn Cơ sở liệu quan hệ, Lê Tiến Vương, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1994 David Maier, The theory of Relational Databases, Computer Science Press, Rockville, 1983 Trang 103/103 ... viên, họ tên sinh viên với môn học mà sinh viên đạt điểm Cho biết mã sinh viên, họ tên sinh viên học tất khóa học Cho biết tổng số sinh viên khoa Cho biết mã sinh viên, họ tên sinh viên đạt điểm... viên đạt điểm cao khóa học Cho biết mã sinh viên, họ tên sinh viên điểm trung bình sinh viên học kỳ niên học Cho biết mã giáo viên, họ tên giáo viên chuyên ngành giáo viên tham gia dạy năm 2004-2005... tên gọi” SINHVIEN (Mã _sinh_ viên, Tên _sinh_ viên, Ngày _sinh, Quê_quán, Khoa) quan hệ với tân từ : “Mỗi sinh viên có mã sinh viên để phân biệt với sinh viên khác, có họ tên, ngày tháng năm sinh, quê