最小依赖集实验：S 关系模式分析

探讨数据依赖对关系模式设计的影响，并以高校教务系统为例进行说明。 案例分析：高校教务数据库 假设我们需要设计一个数据库来管理高校教务信息，其中包含以下实体和属性： 学生: 学号 (Sno)、所在系 (Sdept)、系主任姓名 (Mname)、课程号 (Cno)、成绩 (Grade) 一种简单直接的方式是将所有属性都放在一个关系模式中： Student U = {Sno, Sdept, Mname, Cno, Grade} 然而，这种设计存在数据冗余和更新异常等问题。例如，同一个系的多个学生拥有相同的系主任姓名，修改系主任姓名时需要更新多条记录。 这些问题的存在是因为属性之间存在着数据依赖关系，例如： 学号 (Sno) 决定了学生所在系 (Sdept) 所在系 (Sdept) 决定了系主任姓名 (Mname) 为了优化数据库设计，我们需要识别并分析数据依赖关系，并根据不同的范式进行分解和规范化。

在关系模式S中，最小依赖集F={ SNO→SDEPT，SDEPT→MN，（SNO，CNAME）→G }被定义为U={ SNO，SDEPT，MN，CNAME，G }的最小覆盖。然而，F’={ SNO→SDEPT，SNO→MN，SDEPT→MN，（SNO，CNAME）→G，（SNO，SDEPT）→SDEPT }却不是最小覆盖。这是因为F’-{ SNO→MN }与F’等效，而F’-{（SNO，SDEPT）→SDEPT }也与F’等效。

泛关系理论涵盖了泛关系模型、泛关系表示及泛关系查询。2. 符号表追踪理论探讨了数据库模式的特性。3. 超图理论应用于研究数据库模式。4. 空值理论详细讨论了空值表示、空值的运算和推理方法，以及空值在查询优化中的应用。

在关系模式S中，U={ SNO，SDEPT，MN，CNAME，G }，给定功能依赖集F={ SNO→SDEPT，SDEPT→MN， （SNO，CNAME）→G }，我们考虑F’={SNO→SDEPT，SNO→MN， SDEPT→MN，(SNO，CNAME)→G， (SNO，SDEPT)→SDEPT}。尽管F’覆盖了F，但它不是最小依赖集。例如，F’去除SNO→MN或添加(SNO，SDEPT)→SDEPT时不再等效于F’。因此，F’不满足最小依赖集的定义。

关系模式 R 的范式及分解 关系模式 R 达到第二范式 (2NF)，因为其非主属性完全函数依赖于键 (商店编号, 商品编号)。但由于存在传递函数依赖(商店编号, 商品编号) → 商店编号 → 部门编号 → 负责人，R 不属于第三范式 (3NF)。 为达到 3NF，可将 R 分解为： R1(商店编号, 商品编号, 数量) R2(商店编号, 部门编号, 负责人) 关系 SC 的范式、异常分析及分解 范式: 关系 SC 的范式低于第三范式 (3NF)。 异常分析: SC 存在插入和删除异常。 插入异常: 无法单独插入部门信息，必须依赖于学生信息的插入。 删除异常: 删除某个学生信息的同时，会丢失其对应部门的信息。 原因: 非主属性“部门负责人”对候选键“学号”并非完全函数依赖，而是传递函数依赖于“系名”。 分解: 为达到 3NF，可将 SC 分解为： SC1(学号, 姓名, 系名) SC2(系名, 部门负责人) 分解后的影响: 分解后的关系消除了插入和删除异常。

关系数据库模式分解的目标之一是保持依赖关系。对于给定的关系模式 R(U) 及其函数依赖集 F，如果 R1(U1), R2(U2), ..., Rn(Un) 是 R(U) 的分解，那么 F 在 Ri 上的投影 Fi 被定义为 F 的闭包 F+ 中所有属性仅包含在 Ri 中的函数依赖的集合。换句话说，如果 α→β 属于 Fi，则 α 和 β 的所有属性都必须在 Ri 中。 如果关系模式 R(U) 的分解 R1(U1), R2(U2), ..., Rn(Un) 满足 (F1∪F2∪…∪Fn)+ = F+，则称该分解为保持依赖分解。

关于关系模式分解的标准，有三种等价的定义：1. 分解应具有无损连接性；2. 分解需保持函数依赖；3. 分解须同时保持函数依赖和无损连接性。这些标准在数据库安全实验中具有重要意义。

这份资源包含SAS判别分析的实验结果以及对应的数据集。

假设D1代表包含50个学生的集合，D2代表包含2个班级的集合。那么D1和D2的笛卡尔积D1  D2将包含100个元素 (50 x 2 = 100)。 每个元素代表一个学生与一个班级的可能组合。 在关系数据库中，关系被定义为多个集合（例如D1，D2，...，Dn）笛卡尔积的一个子集。 构成关系的这些集合，例如D1，D2，...，Dn，被称为关系的域，它们限定了关系中元组的取值范围，并且必须是有限的非空集合。 关系的度是指关系中域的数量，用n表示。