第十一章 关系数据库规范化理论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master subtitle style,第十一章 关系数据库规范化理论,【,本章要点,】,本章主要讨论关系数据库规范化理论，讨论一个好的关系模式的标准，以及如何将不好的关系模式转换成好的关系模式，并能保证所得到的关系模式仍能表达原来的语义。,11.1,函数依赖,11.1.1,函数依赖的基本概念,如果有一个关系模式,R(A,1,，,A,2,，,，,A,n,),，,X,和,Y,为其的子集，那么对于关系,R,中的任意一个,x,值，都只有一个,y,值与之对应，则称,X,函数决定,Y,，或,Y,函数依赖于,X,，记为 ：,XY,例如，对学生关系模式,Student(Sno,，,Sname,，,Sdept,，,Sage),有以下依赖关系,Sno,Sname,，,Sno,Sdept,，,Sno,Sage,函数依赖讨论的是属性之间的依赖关系，它是语义范畴的概念，也就是说关系模式的属性之间是否存在函数依赖只与语义有关。,11.1.2,一些术语和符号,下面给出在本章中经常使用的一些术语和符号。,设有关系模式,R(A,1,，,A,2,，,，,A,n,),，,X,和,Y,为其子集，则有以下结论：,1),如果,XY,，但,Y,不包含于,X,，则称,XY,是非平凡的函数依赖,。如不作特别说明，我们总是讨论非平凡函数依赖。,2),如果,Y,函数不依赖于,X,，则记为,XY,。,3),如果,XY,，则称,X,称为,决定因子,。,4),如果,XY,，并且,YX,，则记为,Y,X,。,5),如果,XY,，并且对于,x,的一个任意真子集,X,都有,XY,，则称,Y,完全函数依赖,于,X,，记为,XY,。如果成立,XY,，则称,Y,部分函数依赖,于,X,，记为,XY,。,6),如果,XY(,非平凡函数依赖，并且,),、,YZ,，则称,Z,传递函数依赖,于,X,。,f,p,例,11.1,假设有关系模式,SC(Sno,，,Sname,，,Cno,，,Grade),其中各属性分别为：学号、姓名、课程号、成绩，主码为,(Sno,，,Cno,),则函数依赖关系有：,Sno,Sname,姓名,函数依赖,于学号,(Sno,，,Cno,) ,Sname,姓名,部分函数依赖,于学号和课程号,(Sno,，,Cno,) Grade,成绩,完全函数依赖,于学号和课程号,p,f,例,11.2,假设有关系模式,S(Sno,，,Sname,，,Dept,，,Dept_master,),，其中各属性分别为：学号、姓名、所在系和系主任,(,假设一个系只有一个主任,),，主码为,Sno,，则函数依赖关系有：,Sno,Sname,姓名,完全函数依赖,于学号,由于：,Sno,Dept,所在系,完全函数依赖,于学号,Dept,Dept_master,系主任,完全函数依赖,于系,系主任,传递函数依赖,于学号,所以有：,Sno,Dept_master,f,f,f,t,11.2,关系规范化,11.2.1,关系模式中的码,设用,U,表示关系模式,R,的属性全集，即,U= R(A,1,，,A,2,，,，,A,n,),用,F,表示关系模式,R,上的函数依赖集，则关系模式,R,可表示为,R(U,，,F),。,1,候选码,设,K,为,R(U,，,F),中的属性或属性组，若,K,U,，则,K,为,R,的,候选码,(K,为,决定,R,全部,属性值的,最小,属性组,),。,主码,：关系,R(U,，,F),中可能有多个候选码，则选其中一个作为主码。,主属性与非主属性,：在,R(U,，,F),中，包含在任一候选码中的属性称为主属性，不包含在任一候选码中的属性称为非主属性。,f,例,11.3,SC(Sno,，,Cno,，,Grade),其候选码为：,(Sno,，,Cno,),，也为主码。,则主属性为：,Sno,和,Cno,Grade,为非主属性。,2,外码,若,R(U,，,F),的属性,(,组,)X(X,属于,U),是另一个关系,S,的主码，则称,X,为,R,的外码,(X,必须,先定义为,S,的主码,),。,11.2.2,范式,若关系满足不同程度要求就称它属于不同的范式。,满足最低要求的关系属于第一范式，简称,1NF,(First Normal Form),。,在第一范式中进一步满足一些要求的关系属于第二范式，简称,2NF,，依此类推，还有,3NF,、,BCNF,、,4NF,、,5NF,。,1,第一范式,每一个数据项都是,不可再分,的是第一范式的关系。,2,第二范式,如果,R(U,，,F)1NF,，并且,R,中的每个,非主属性,都,完全函数依赖,于主码，则,R(U,，,F)2NF,。,从定义中可以看出，若某个,1NF,的关系的主码只由一个列组成，那么这个关系就是,2NF,关系。,如果主码是由多个属性列共同构成的复合主码，并且存在非主属性对主属性的,部分函数依赖,，则这个关系就不是,2NF,关系。,例如，前面所示的,SLC(Sno,，,Sdept,，,Sloc,，,Cno,，,Grade),关系就不是,2NF,的。,因为,(Sno,，,Cno,),是主码，而又有,Sno,Sdept,，因此有,(Sno,，,Cno,) ,Sdept,即存在非主码属性对主码的部分函数依赖关系，所以此,SLC,关系不是,2NF,的。,p,3,第三范式,如果,R(U,，,F)2NF,，并且所有非主属性都,不传递依赖,于主码，则,R(U,，,F)3NF,。,从定义中可以看出，如果存在非主属性对主码的传递依赖，则相应的关系模式就不是,3NF,的。,以关系模式,SL(,Sno,，,Sdept,，,Sloc,),为例，因为,Sno,Sdept,，,SdeptSloc,所以,Sno,Sloc,。,t,由于,3NF,关系模式中不存在非主码属性对主码的部分依赖和传递依赖关系，因而在很大程度上消除了数据冗余和更新异常，因此在通常的数据库设计中，一般要求要达到,3NF,。,11.3,关系模式分解的准则,规范化的方法是进行模式分解，但分解后产生的模式应与原模式,等价,，即模式分解必须遵守一定的准则。模式分解要满足以下标准：,1),模式分解具有,无损连接性,。,2),模式分解能够,保持函数依赖,。,无损连接,是指分解后的关系通过,自然连接,可以恢复成原来的关系，即通过自然连接得到的关系与原来的关系相比，既不多出信息、又不丢失信息。,保持函数依赖,的分解是指在模式的分解过程中,函数依赖不能丢失,的特性，即模式分解不能破坏原来的语义。,分解具有无损连接性和分解保持函数依赖是两个独立的标准。具有无损连接性的分解不一定保持函数依赖,(,如前边的分解方案,2),，保持函数依赖的分解不一定具有无损连接性。,一般情况下，在进行模式分解时，我们,应将有直接依赖关系的属性放置在一个关系模式中,，这样得到的分解结果一般既能具有无损连接性，也能保持函数依赖关系不变。,小结,关系规范化理论是设计没有操作异常的关系数据库表的基本原则。规范化理论主要研究关系表中各属性之间的依赖关系。根据依赖关系的不同，我们介绍了不包含子属性的第一范式，消除了属性问的部分依赖关系的第二范式，消除了属性间的传递依赖关系的第三范式，最后到每个决定因子都必须是码的,BCNF,。范式的每一次升级都是通过模式分解实现的，在进行模式分解时应注意保持分解后的关系能够具有无损连接性并能保持原有的函数依赖关系。,关系规范化理论的根本目的是指导我们设计没有数据冗余和操作异常的关系模式。对于一般的数据库应用来说，设计到第三范式就足够了。因为规范化程度越高，表的个数也就越多，因而有可能降低数据的查询效率。,习题,11,1,关系规范化中的操作异常有哪些,?,它是由什么原因引起的,?,解决的办法是什么,?,2,设有关系模式：,Studentl,(,学号，姓名，出生日期，所在系，宿舍楼,),，其语义为：一个学 生只在一个系学习，一个系的学生只住在一个宿舍楼里。指出此关系模式的候选码，判断 此关系模式是第几范式的。若不是第三范式的，请将其规范化为第三范式关系模式，并指 出分解后的每个关系模式的主码和外码。,3,有关系模式：,Student2(,学号，姓名，所在系，班号，班主任，系主任,),，其语义为：一个 学生只在一个系的一个班学习，一个系只有一个系主任，一个班只有一名班主任。指出此关系模式的候选码，判断此关系模式是第几范式的。若不是第三范式的，请将其规范化为 第三范式关系模式，并指出分解后的每个关系模式的主码和外码。,4,设有关系模式：授课表,(,课程号，课程名，学分，授课教师号，教师名，授课时数,),，其语义为：一门课程可以由多名教师讲授，一名教师可以讲授多门课程，每个教师对每门课程有惟一的授课时数。指出此关系模式的候选码，判断此关系模式属于第几范式。若不是第三范式的，请将其规范化为第三范式关系模式，并指出分解后的每个关系模式的主码。,