Armstrong公理

從已知的一些函式依賴,可以推導出另外一些函式依賴,這就需要一系列推理規則,這些規則常被稱作“Armstrong 公理”。

公理

從已知的一些函式依賴,可以推導出另外一些函式依賴,這就需要一系列推理規則。函式依賴的推理規則最早出現在1974年W.W.Armstrong 的論文裡,這些規則常被稱作“Armstrong 公理”

設U 是關係模式R 的屬性集,F 是R 上成立的只涉及U 中屬性的函式依賴集。函式依賴的推理規則有以下三條:

自反律:若屬性集Y 包含於屬性集X,屬性集X 包含於U,則X→Y 在R 上成立。(此處X→Y是平凡函式依賴)

增廣律:若X→Y 在R 上成立,且屬性集Z 包含於屬性集U,則XZ→YZ 在R 上成立。

傳遞律:若X→Y 和 Y→Z在R 上成立,則X →Z 在R 上成立。

其他的所有函式依賴的推理規則可以使用這三條規則推導出。

有效性完備性

①Armstrong公理系統的有效性指的是:由R出髮根據Armstrong公理系統推導出來的每一個函式依賴一定是R所邏輯蘊含的函式依賴。

②Armstrong公理系統的完備性指的是:對於R所邏輯蘊含的每一函式依賴,必定可以由R出髮根據Armstrong公理系統推導出來。

公理的推論

合併規則:若X→Y,X→Z同時在R上成立,則X→YZ在R上也成立。

分解規則:若X→W在R上成立,且屬性集Z包含於W,則X→Z在R上也成立。

偽傳遞規則:若X→Y在R上成立,且WY→Z,則XW→Z。

函式依賴的公理系統

一、Armstrong公理系統設關係模式R<U,F>,其中U為屬性集,F是U上的一組函式依賴,那么有如下推理規則:

① A1自反律:若Y⊆X⊆U,則X→Y為F所蘊含;

② A2增廣律:若X→Y為F所蘊含,且Z⊆U,則XZ→YZ為F所蘊含;

③ A3傳遞律:若X→Y,Y→Z為F所蘊含,則X→Z為F所蘊含。

根據上面三條推理規則,又可推出下面三條推理規則:

④ 合併規則:若X→Y,X→Z,則X→YZ為F所蘊含;

⑤ 偽傳遞規則:若X→Y,WY→Z,則XW→Z為F所蘊含;

⑥ 分解規則:若X→Y,Z⊆Y,則X→Z為F所蘊含。

引理:X→A1A2…Ak成立的充分必要條件是X→Ai成立(i=1,2,...,k)。

二、Armstrong公理系統的證明

① A1自反律:若Y X U,則X→Y為F所蘊含

證明1

設Y⊆X⊆U。

對R<U,F>的任一關係r中的任意兩個元組t,s:

若t[X]=s[X],由於Y X,則有t[Y]=s[Y],所以X→Y成立,自反律得證。

② A2增廣律:若X→Y為F所蘊含,且Z U,則XZ→YZ為F所蘊含

證明2

設X→Y為F所蘊含,且Z⊆U。

對R<U,F>的任一關係r中的任意兩個元組t,s:

若t[XZ]=s[XZ],由於X ⊆XZ,Z⊆ XZ,根據自反律,則有t[X]=s[X]和t[Z]=s[Z];

由於X→Y,於是t[Y]=s[Y],所以t[YZ]=s[YZ];所以XZ→YZ成立,增廣律得證。

③ A3傳遞律:若X→Y,Y→Z為F所蘊含,則X→Z為F所蘊含

證明3

設X→Y及Y→Z為F所蘊含。

對R<U,F>的任一關係r中的任意兩個元組t,s:

若t[X]=s[X],由於X→Y,有t[Y]=s[Y];

再由於Y→Z,有t[Z]=s[Z],所以X→Z為F所蘊含,傳遞律得證。

④ 合併規則:若X→Y,X→Z,則X→YZ為F所蘊含

證明4

因X→Y ,所以X→XY (增廣律 XX→XY即X→XY)

因X→Z ,所以XY→YZ (增廣律)

因X→XY,XY→YZ

故X→YZ (傳遞律)

⑤ 偽傳遞規則:若X→Y,WY→Z,則XW→Z為F所蘊含

證明5

因X→Y ,所以WX→WY (增廣律)

因WY→Z ,所以XW→Z (傳遞律)

⑥ 分解規則:若X→Y,Z∈Y,則X→Z為F所蘊含

證明6

因Z∈Y  所以Y→Z (自反律)

因X→Y 所以X→Z (傳遞律)

閉包及其計算

定義1:設F是關係模型R的一個函式依賴集,X,Y是R的屬性子集,如果從F中的函式依賴能夠推出X→Y,則稱F X→Y。

定義2:被F邏輯蘊涵的函式依賴的全體構成的集合,稱為F的閉包,記作F+。

定義3:設F是屬性集U上的一組函式依賴,則屬性集X關於F的閉包X+F定義為X+F={A|A∈U且X→A可由F經Armstrong公理導出},即X+F={A|X→A∈F+}。

定理1:設關係模型R(U),F為其函式依賴集,X,Y為U的真子集,則從F推出X→Y的充要條件是Y是X+F的真子集。

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