1、第4章 關(guān)系規(guī)范化,本章知識點,關(guān)系規(guī)范化目的和意義 函數(shù)依賴 第一范式（1NF） 第二范式 （2NF） 第三范式（3NF） BC范式（BCNF） 逆規(guī)范化,關(guān)系規(guī)范化的目的和意義,E.F.Codd指出： 一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的關(guān)系都應(yīng)滿足一定的規(guī)范，才能構(gòu)造出好的關(guān)系模式,E. F. Codd,關(guān)系規(guī)范化的目的和意義,一個好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計所遵循的標準： 每個表應(yīng)提供一個惟一的標識符，用來區(qū)分不同的行 每個表應(yīng)當存儲單個實體類型的數(shù)據(jù) 每個表不應(yīng)該出現(xiàn)值全部相同的行（或列） 盡量避免接受NULL值（空值）的列 盡量避免值重復(fù) 關(guān)系規(guī)范化過程 用形式更為簡潔、結(jié)構(gòu)更加規(guī)范的關(guān)系模式取代原有關(guān)系模式的過

2、程,關(guān)系規(guī)范化的目的和意義,實例分析 將專業(yè)和系兩個實體存放在一個表內(nèi),關(guān)系規(guī)范化的目的和意義,實例分析 數(shù)據(jù)冗余 ：數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的重復(fù)存放稱為數(shù)據(jù)冗余 數(shù)據(jù)冗余導(dǎo)致的問題： 浪費存儲空間 可能造成數(shù)據(jù)的不一致性，產(chǎn)生插入、刪除和更新異常 增加了插入、刪除和更新數(shù)據(jù)的時間,數(shù)據(jù)重復(fù),關(guān)系規(guī)范化的目的和意義,實例分析 插入異常 ： 在不規(guī)范的數(shù)據(jù)表中插入數(shù)據(jù)時，由于實體完整性約束要求主鍵非空的限制，將會出現(xiàn)一些有用數(shù)據(jù)無法插入的情況,主鍵不能為空，插入失敗,關(guān)系規(guī)范化的目的和意義,實例分析 刪除異常 在不規(guī)范的數(shù)據(jù)表中，刪除某條記錄會將其中一部分有用數(shù)據(jù)一起刪除,有用數(shù)據(jù)被刪除,關(guān)系規(guī)范化的目

3、的和意義,實例分析 更新異常 在不規(guī)范的數(shù)據(jù)表中修改某條記錄的特定分量，而其它記錄中的等值分量不能同步更新，則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致,數(shù)據(jù)不一致,關(guān)系規(guī)范化的目的和意義,設(shè)計數(shù)據(jù)庫的方法： 憑借經(jīng)驗和常識可以進行數(shù)據(jù)庫初步設(shè)計 使用一些系統(tǒng)方法（如：規(guī)范化理論）來降低冗余，從而使數(shù)據(jù)庫設(shè)計更為合理 關(guān)系規(guī)范化是數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的指南，它是基于函數(shù)依賴和范式的,函數(shù)依賴,數(shù)據(jù)依賴 屬性之間相互依賴、相互制約的關(guān)系被稱為數(shù)據(jù)依賴 關(guān)系模式中的最常見的數(shù)據(jù)依賴為：函數(shù)依賴 函數(shù)依賴(Functional Dependencies),學(xué)生關(guān)系（學(xué)號，姓名，性別，年齡，專業(yè)編號，已取得總學(xué)分） 學(xué)號姓名 學(xué)號性

4、別 學(xué)號年齡 學(xué)號專業(yè)編號 學(xué)號已取得總學(xué)分,函數(shù)依賴,函數(shù)依賴的定義 已知：X和Y是關(guān)系R中兩個屬性（或?qū)傩越M） 若對于X的任何一個值，只有一個Y的值與之對應(yīng)，則稱Y函數(shù)依賴于X，記為：XY，X被稱為決定因子 任何屬性都函數(shù)依賴于候選鍵，所有候選鍵都是決定因子 例 子：,函數(shù)依賴,思 考 下面給出的關(guān)系表R(A, B, C, D)滿足下述哪個函數(shù)依賴？,A. AB B. BD C. DC D. AD,范式,范式的定義 范式（Normal Formula：NF）是表結(jié)構(gòu)在優(yōu)化時必須滿足的一些規(guī)則 最重要的范式包括： 第一范式（1NF） 第二范式（2NF） 第三范式（3NF） Boyce-Cod

5、e范式（BCNF）,范式,范式的特征 E.F.Codd把關(guān)系模式應(yīng)滿足的規(guī)則劃分成幾級，每一級稱為一個范式 范式的等級越高，應(yīng)滿足的條件也越嚴 規(guī)范化 一個低級范式的關(guān)系模式，通過分解（投影）方法可以轉(zhuǎn)換成若干高一級范式的關(guān)系模式，這個過程稱為規(guī)范化 1NF 2NF 3NF BCNF,第一范式,第一范式定義 若關(guān)系R中的每個屬性（列）都是不可再分的，并且每個屬性都是單值的，則稱關(guān)系R滿足第一范式，記為：R1NF 屬性不可再分：1NF中不能出現(xiàn)子屬性 屬性值為單值：每個單元格中不允許出現(xiàn)一個以上的數(shù)據(jù) 1NF是對關(guān)系的最低要求，不滿足1NF的關(guān)系是非規(guī)范化的關(guān)系,第一范式,實例分析 提出 / 分

6、析問題,非規(guī)范化,第一范式,實例分析 問題求解,第二范式,第二范式定義 若關(guān)系R1NF，并且每個非主屬性都函數(shù)依賴于整個候選鍵，而不是依賴于部分候選鍵，則稱關(guān)系R滿足第二范式，記為：R2NF 1NF轉(zhuǎn)化為2NF： 優(yōu)先判斷主鍵的規(guī)范性 將依賴部分鍵的非主屬性和所依賴部分鍵組成一個關(guān)系 將依賴整個鍵的非主屬性和整個鍵組成另一個關(guān)系,第二范式,實例分析 提出問題：滿足1NF，不滿足2NF,第二范式,實例分析 分析問題： 插入異常：在一個學(xué)生未選擇任何課程時，該學(xué)生信息不能被插入 更新異常：對于給定的學(xué)生，學(xué)號、性別、姓名和年齡重復(fù)多次；對于給定的班級，課程名稱、開課時間重復(fù)多次 刪除異常：當需要刪

7、除某個學(xué)生的信息時，與該學(xué)生相關(guān)的班級信息將被刪除；刪除班級信息時，選該班級課程的學(xué)生信息也將被刪除，這種刪除將造成一些信息的丟失,第二范式,實例分析 問題求解,滿足2NF,第二范式,思 考 在按照2NF要求分解之后的關(guān)系模式中，確定學(xué)生表、班級表和選課表的主鍵和外鍵。,第三范式,第三范式定義 若關(guān)系R2NF，并且它的非主屬性只函數(shù)依賴于候選鍵，而不依賴于其它非主屬性，則稱R滿足第三范式，記為：R3NF 2NF轉(zhuǎn)化為3NF： 將不只依賴于鍵的非主屬性和所依賴的非主屬性組成一個關(guān)系 原有關(guān)系中去掉那些不只依賴于鍵的非主屬性，剩余部分組成一個關(guān)系,第三范式,實例分析 提出問題：滿足2NF，不滿足3

8、NF,第三范式,實例分析 分析問題 插入異常：如果一個專業(yè)沒有學(xué)生時不能插入該專業(yè)的信息 更新異常：對于給定的專業(yè)，專業(yè)名稱和專業(yè)帶頭人姓名重復(fù)多次出現(xiàn)，產(chǎn)生了數(shù)據(jù)冗余，如果一個專業(yè)的專業(yè)帶頭人姓名發(fā)生變更，則與該專業(yè)相關(guān)的所有記錄都要更新，否則將造成同一專業(yè)其帶頭人不一致，引發(fā)更新異常。 刪除異常：當一個專業(yè)只有一個學(xué)生時，在刪除該學(xué)生信息的時候會將該專業(yè)的信息全部刪除，造成有效數(shù)據(jù)的丟失，引發(fā)刪除異常。,第三范式,實例分析 問題求解,滿足3NF,第三范式,思 考 在按照3NF要求分解之后的關(guān)系模式中，確定學(xué)生表和專業(yè)表的主鍵和外鍵。,BC范式,BC范式定義 若關(guān)系R1NF，并且它的決定因子

9、都是候選鍵，則稱R滿足BC范式，記為：RBCNF,BC范式,實例分析 提出問題：滿足3NF，不滿足BCNF,BC范式,實例分析 分析問題 該關(guān)系中存在如下函數(shù)依賴： (depNo, productNo) account (depName, productNo ) account depNodepName depNamedepNo 候選鍵包括：（depNo, productNo）和（depName，productNo） 主屬性包括：depNo、depName和productNo 非主屬性包括：account,BC范式,實例分析 分析問題 BCNF轉(zhuǎn)換方法 將產(chǎn)生函數(shù)依賴關(guān)系的主屬性組成一個新關(guān)系

10、 組合剩余的屬性，合并相同的元組,BC范式,實例分析 問題求解,滿足BCNF,逆規(guī)范化,通過規(guī)范化可以分解得到一些結(jié)構(gòu)簡單的表，但是在查詢時可能需要連接多個表，這造成了大量的數(shù)據(jù)庫邏輯運算，從而降低了查詢效率 為了提高查詢效率，可以在特定的表中引入一些額外的屬性 數(shù)據(jù)庫設(shè)計允許存在合理的冗余,逆規(guī)范化,逆規(guī)范化的定義 將兩個或多個滿足高范式的關(guān)系模式通過自然連接，重新合并成一個滿足較低范式的關(guān)系模式的過程稱為逆規(guī)范化 規(guī)范化和逆規(guī)范化是相互矛盾的，何時進行規(guī)范化、何時進行逆規(guī)范化、進行到什么程度，在具體的應(yīng)用環(huán)境中，需要數(shù)據(jù)庫設(shè)計者仔細分析和平衡 逆規(guī)范化需要設(shè)計者在關(guān)系中有意地引入一些冗余以

11、改進系統(tǒng)的查詢性能,逆規(guī)范化,實例分析 提出問題,計算stuNo= S001學(xué)生的已獲學(xué)分，需要對三個表進行連接,逆規(guī)范化,實例分析 分析問題 查詢和計算過程在經(jīng)過數(shù)據(jù)庫編譯后，將會變成一個比較繁瑣的程序在后臺運行，尤其在數(shù)據(jù)庫記錄非常多、用戶訪問量很大的情況下將會造成用戶難以忍受的延遲。 在表中適當增加一定冗余，可以減少數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負荷，提高查詢速度，如果需要經(jīng)常查詢和統(tǒng)計學(xué)生已獲得學(xué)分，可以在原來的學(xué)生表中增加一個新的字段stuTotalCredi來表示已取得的總學(xué)分，雖然這樣設(shè)計在一定程度上會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的冗余，但是可以極大提高查詢速度。,逆規(guī)范化,實例分析 問題求解,增加一個新列來存儲學(xué)

12、生已獲總學(xué)分,本章小結(jié),設(shè)計不合理的數(shù)據(jù)庫存在數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常和更新異常等一系列問題。 一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的關(guān)系都應(yīng)滿足一定的規(guī)范，才能構(gòu)造出好的關(guān)系數(shù)據(jù)模式，關(guān)系規(guī)范化的目的就是實現(xiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計的優(yōu)化。 函數(shù)依賴涉及到平凡函數(shù)依賴、非平凡函數(shù)依賴、完全函數(shù)依賴、部分函數(shù)依賴、傳遞函數(shù)依賴等概念。 根據(jù)一個關(guān)系模式的語義，可以求出其最小函數(shù)依賴集，確定各屬性之間的函數(shù)依賴關(guān)系，并求出關(guān)系的候選鍵。 關(guān)系模式應(yīng)滿足的規(guī)范化程度分為幾級，每一級稱為一個范式。 第一范式是一個關(guān)系的最低規(guī)范化級別，第一范式要求屬性不能再分，即所有的屬性都是單值屬性。,本章小結(jié),第二范式要求消除所有非主屬性對主屬性的部分函數(shù)依賴。如果滿足第一范式的關(guān)系中所有候選鍵都是單屬性，則滿足第二范式。 第三范式要求消除非主屬性對主屬性的傳遞函數(shù)依賴。在關(guān)系規(guī)范化過程中，通常是先消除傳遞函數(shù)依賴，再消除部分函數(shù)依賴。 BC范式要求消