1997 基于关系模型的含空值关系数据库的数据更新

1997年5月 计算机工程与科学　第19卷　第2期 M ay1997 COM PU T ER EN G I N EER I N G&SC IEN CE V o l.19　N o.2　基于关系模型的含空值关系数据库的数据更新U p dating the D ata in R elati onalD atabases Con tain ing N u ll V alueU nder R elati onal M odel马宗民3　严　丽①M a Zong m i n and Yan L i(3中科院沈阳自动化所) (辽宁工运学院)(Shenyang I n stitute of Auto ma tion,Ch i nese Acade m y of Sc iences)(L i aon i ng W orkersM ove m en t College) 摘　要　本文以空值的完全语义为基础,以空值环境下基于5值(5VL)的选择运算为工具,深入研究了基于关于模型的含空值关系数据库的数据更新策略和实现算法。

ABSTRACT　In th is p ap er,on the basis of the w ho le sem an tics of nu ll value,w e study the data up date po licy con tain ing nu ll value under relati onal m ode in detail,u sing the selecti on op erati on w h ich is based on five2valued logic in nu ll value environm en t.关键词　关系模型,空值,关系数据库,更新。

KEY WORD S　relati onal m odel,nu ll value,relati onal database,up date.一、基础知识 完全语义下的空值有不存在型空值、存在型空值和占位型空值(文中分别有Υ0,Υ3和Υ-表示)。

含空值关系数据库中的信息有等价、相容和相关的关系(分别用≡、∆和≈表示),三者之间的关系是等价必相容和相关,相容必相关,反之不成立。

由于含空值关系数据库中信息有等价、相容和相关三种关系,为适应空值环境下数据处理的需要,满足处理后有效性和完备性的要求,因此消除含空值关系数据库中的信①收稿日期:1996年4月10日。

作者简介:马宗民,男,1965年11月生,硕士,助研,主要从事关系数据库,工程数据库及C I M S的研究与开发,已在国内外期刊上发表十余篇论文;严丽,讲师。

通讯地址:110015　辽宁省沈阳南塔街中科院沈阳自动化所七部。

T el:(024)3893201-3226Address:Secti on7,Shenyang Inst.of A uto.,Ch inese A cadem y of Sciences,Shenyang,L iaoning110015, P.R.Ch ina息冗余应有三种操作形式:强状态(SS)、亚强状态(M S)和弱状态(W S),分别用于消除关系中因信息相关、信息相容和信息等价产生的信息冗余。

空值完全语义下适用于关系数据库的多值逻辑是5值逻辑(5VL),它由5个状态值构成:I(不可能)、F(假)、T(真)、M1(或为T或为F)和M2(或为I或为F及T)。

空值环境下基于5VL的选择运算有三种选择形式:强状态(SS)、亚强状态(M S)和弱状态(W S),分别用于选取关系中使选择条件表达式为T、为T或M1及T或M1及M2的元组。

有关消除含空值关系数据库信息冗余的算法及5VL选择运算的实现,已有文献论述,本文不再赘述,这里只给出两个算法的算法名reduce(R,typ e)和NΡF(R,typ e),其中F是选择条件,typ e是操作形式,可取SS,M S和W S。

两个算法的时间复杂度分别是0 (km2)和0(m),这里m关系中的元组数,k是属性列数。

二、更新处理的实现 1　插入操作新元组进入含空值关系数据库的插入操作在实施时,需要完成以下几项工作:a.插入元组的合法性检查这项工作包括两方面内容:一是插入元组任主属性上是否有不存在型空值;二是插入元组是否保持被更新关系数据库上的函数依赖(FD)。

如果插入元组在主属性上有不存在型空值或插入元组不能使关系上的FD弱保持成立,则插入操作不能进行,否则将破坏关系的一致性。

检查插入元组t合法性的算法为check(R,t,FD S),其中R是被更新关系,FD S 是R上FD的最小覆盖集。

该算法的输出是一个标志变量flag,其值为true时,表明t是合法的,否则t非法,此时t不能进入R。

b.空值的同一化处理这项工作包括空值的非空化处理及用较确定的空值替代相关的不很确定的空值。

这一过程的实施是由于合法元组插入到关系可能带入较确定的信息而引起的。

空值同一化处理的原理是,对于FD:X→Y及元组p和q,当p(X)≡q[X]且p [Y] q[Y]时,p[X]和q[Y]应取两者中较确定的值。

在实现上,应对关系中的任两个元组(包括插入元组)在FD集中的每个FD上进行上述处理。

空值同一化处理的算法是Sam eas(R,t,FD S),其中R,t及FD S的意义与check (R,t,FD S)中的相同。

该算法的输出是同一化处理后的关系及标志变量fg,其值为true 时表明进行了同一化处理,否则表明没有进行同一化处理。

c.空值的等价代换由于经过空值的同一化处理后关系中有些空值已被较确定的值替换了,因此对这些空值在关系中的所有出现均应用已有的数确定的值进行代换。

空值等价代换的算法是R ep lace(R)。

d.插入元组进入关系e.消除关系中的冗余信息插入元组经合法性检查、空值同一化及空值等价代换处理后进入关系,可能导致关系中的信息冗余。

消除信息冗余的算法是reduce(R,typ e),其中typ e是操作形式。

有关算法Check(R,t,FD S),Sam eas(R,t,FD S),R ep lace(R)及reduce(R, typ e)的实现过程及算法描述,详见[1,2,3],本文不再赘述。

下面给出插入操作的算法。

算法1:In sert(R,t,FD S,typ e)输入:关系R,插入元组t,FD集FD S及操作类型type;输出:插入操作完成后的R;Check(R,t,FD S);if(-flay)then retu rnSam eas(K,t,FD S)if fg then R ep lace(R);R:=R+{t};reduce(R,type). 算法1的时间复杂度是0(km2),这里k是FD集中的FD个数,m是关系中的元组个数。

2　删除操作删除操作是去除关系中满足条件元组的操作。

由于含空值关系数据库中元组对条件的满足有确切满足和可能满足,相应地基于5VL的选择运算有强状态,亚强状态和弱状态三种形式,因此为获取空值环境下删除操作的不同有效性和完备性,删除操作也应有三种操作形式:强状态(SS)、亚强状态(M S)、弱状态(W S)。

SS下的删除操作是从关系中去除用弱选选出的满足删除条件的元组,M S下的删除操作是从关系中去除用亚强选选出的满足删除条件的元组,W S下的删除操作是从关系中去除用强选选出的满足删除条件的元组。

下面给出删除操作的算法描述。

算法2:D elete(R,F,typ e)输入:关系R,删除条件F,删除操作类型tpye;输出:删除操作后的关系R;case type of　SS:R:=R-NΡF(R,W S);　M S:R:=R-NΡF(R,M S);　W S:R:=R-NΡF(R,SS)end case.算法2的时间复杂度是0(m),这里m是关系中元组的个数。

3　修改操作修改操作是对关系中满足修改条件元组按要求进行内容修改的操作。

基于删除操作同样的考虑,含空值关系数据库的修改操作也应有三种操作形式:强状态(SS)、亚强状态(M S)和弱状态(W S)。

SS下的修改操作是修改关系中用强选选出的满足修改条件的元组,M S下的修改操作是修改关系中用亚强选选出的满足修改条件的元组,W S下的修改操作是修改关系中用弱选选出的满足修改条件的元组。

当然,修改操作的实施必须满足完整性约束,以防止破坏关系的一致性,并且也要进行空值的同一化、空值的等价代换及消除信息冗余的处理。

下面给出修改操作的算法描述。

算法3:M odify(R,F1,F2,FD S,thp e)输入:关系R,FD集FD S,修改操作类型,被修改元组改前应满足的条件F1及修改后应满足的条件F2;输出:修改后的关系R;r:NΡF1(R,type)R:=R-r3fo r i:=1to m do{m是r中的元组数} s:=t i依F2修改后的结果;{t i∈r} In sert(R,S,FD S,type);if(-flag)then R:=R+{t i}nex t i.算法3的时间复杂度是0(km3),其中k是FD集中FD的个数,m是关系中的元组个数。

例1　设关系实例R如下,其中各存在型空值的语义及属性域均为[1,9]。

被修改元组满足条件B=4,修改后元组满足条件C=6。

则三种修改操作下的修改结果分别为:RA B C D Υ048Υ31 1Υ3225Υ31Υ-173 25Υ336M odify(R,B=3,C=6,SS)A B C DΥ046Υ311Υ3225Υ31Υ-17325Υ336M odify(R,B=3,C=6,M S)A B C DΥ046Υ311Υ3265Υ31Υ-17325Υ336M odify(R,B=3,C=6,W S)A B C DΥ046Υ311Υ3265Υ31Υ-16325Υ336 上例中出于简化的考虑,假设修改操作满足FD是合法的,且修改后不需要进行空值的同一化,等价代换及消除冗余的处理。

三、更新操作的有效性和完备性分析 由上文的讨论内容可知,基于关系模型的含空值关系数据库存的更新处理有三种操作形式。

SS下的插入操作与SS下的消除冗余信息的操作相一致,它在插入元组合法的前提下去除了插入元组可能带来的确定、不确定及很不确定的信息冗余,从而保证了插入操作实施后关系的有效性,但由于被去除的不确定及很不确定冗余信息也有不冗余的可能,因而去除这些元组后,关系是不完备的。

SS下的删除操作法去除了关系中所有确切、不确切及很不确切满足删除条件的元组,因而删除操作实施后关系也是有效的,但由于被删除的不确定及很不确定满足删除条件的元组也有不满足条件的一面,因而该操作实施后关系是不完备的。