學(xué)習(xí)講課范式

1、2022年7月29日第1頁數(shù)據(jù)庫范式設(shè)計(jì)專題教學(xué)目標(biāo):了解第一、二、三、BCNF 、四、五范式教學(xué)重點(diǎn)：第一、二、三范式數(shù)據(jù)庫范式 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)是要遵循一定的規(guī)則的，尤其是數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)范式?，F(xiàn)簡(jiǎn)單介紹一下1NF（第一范式）、2NF（第二范式）、3NF（第三范式），另有第四范式和第五范式（第四范式和第五范式屬于范式中的較高要求的范式）。 1NF（第一范式）2NF（第二范式）3NF（第三范式）4NF（第四范式）5NF（第五范式）5NF4NFBCNF3NF2NF1NF各范式關(guān)系圖第一范式 (1st NF)在任何一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，第一范式（1NF）是對(duì)關(guān)系模式的基本要求，不滿足第一范式（1NF）

2、的數(shù)據(jù)庫就不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫。 所謂第一范式（1NF）是指數(shù)據(jù)庫表的每一列都是不可分割的基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，同一列中不能有多個(gè)值，即實(shí)體中的某個(gè)屬性不能有多個(gè)值或者不能有重復(fù)的屬性。如果出現(xiàn)重復(fù)的屬性，就可能需要定義一個(gè)新的實(shí)體，新的實(shí)體由重復(fù)的屬性構(gòu)成，新實(shí)體與原實(shí)體之間為一對(duì)多關(guān)系。在第一范式（1NF）中表的每一行只包含一個(gè)實(shí)例的信息。簡(jiǎn)而言之，第一范式就是無重復(fù)的列。BuyerIDCountryCity1142中國中國日本美國北京北京東京紐約BuyerIDAddress1234中國北京市 美國紐約市英國利物浦日本東京市 非第一范式表姓名系書本書名編號(hào)價(jià)格張三計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)0000345物理00001

3、34“書本”屬性不是一個(gè)不可再分的原子屬性，即他是由3個(gè)部分組成第二范式（2NF） 如果關(guān)系模式R為第一范式，并且R中每一個(gè)非主鍵屬性完全依賴于R的某個(gè)候選關(guān)鍵字（通常為主鍵），即所有非主鍵列的值都完全信賴于主鍵列，則稱關(guān)系R屬于第二范式。例如：在選課關(guān)系表SCI（SNO，CNO，GRADE，CREDIT）中，SNO為學(xué)號(hào)，CNO為課程號(hào)，GRADE為成績，CREDIT為學(xué)分。由以上條件可知，關(guān)鍵字為組合關(guān)鍵字（SNO，CNO）。在應(yīng)用中使用以上關(guān)系模式有以下問題：（1）數(shù)據(jù)冗余即數(shù)據(jù)重復(fù)，假設(shè)同一門課有40個(gè)學(xué)生選修，學(xué)分就重復(fù)40次。（2）更新異常，若調(diào)整了某課程的學(xué)分，相應(yīng)的元組CRED

4、IT值都要更新，否則會(huì)出現(xiàn)同一門課程學(xué)分不同的情況。（3）插入異常，如計(jì)劃開新課，由于沒人選修，因此就沒有學(xué)號(hào)關(guān)鍵字，只有學(xué)生選修后才能把課程和學(xué)分存入。（4）刪除異常，若學(xué)生已結(jié)業(yè)，從當(dāng)前數(shù)據(jù)庫刪除選修記錄。若某些課程新生尚未選修，則此門課程及學(xué)分記錄將無法保存。 原因：非關(guān)鍵字屬性CREDIT僅依賴于CNO，也就是說CREDIT部分依賴組合關(guān)鍵字（SNO，CNO）而不是完全依賴。解決方法：分成兩個(gè)關(guān)系模式SC1（SNO，CNO，GRADE），C2（CNO，CREDIT）。新關(guān)系包括兩個(gè)關(guān)系模式，它們之間通過SC1中的外關(guān)鍵字CNO相聯(lián)系，在需要時(shí)再進(jìn)行聯(lián)接。 解決方法：姓名編號(hào)讀者類型書本

5、編號(hào)編號(hào)書名書本類型日期張三0111教師0011物理TP2008張三0111教師4536英語YY2007李四0223學(xué)生9713企業(yè)管理CP2009如上表，存在非主屬性對(duì)關(guān)鍵字的部分依賴。那如何解決呢？如下：1.完全依賴于主關(guān)鍵字的非主屬性： 日期。2.不完全依賴的非主屬性：姓名、讀者類型 依賴于編號(hào)；書名、書本類型 依賴 書本編號(hào)；根據(jù)這個(gè)分類，將上表關(guān)系拆分成以下三個(gè)表：姓名、讀者類型、編號(hào)（表一）編號(hào)、書本編號(hào)、日期（表二）書本編號(hào)、書名、書本類型（表三）第三范式（3NF） 屬于第二范式，且表中的任何一個(gè)非主屬性都不傳遞函數(shù)依賴于任何關(guān)鍵字，則為第3范式；如果關(guān)系模式R中的所有非主屬性對(duì)

6、于任何候選關(guān)鍵字都不存在傳遞依賴，則稱關(guān)系R屬于第三范式。即如果一個(gè)表中的任意三列A、B、C，存在著A決定B，且B決定C的情況，那么這個(gè)表就不屬于第三范式，因?yàn)锳可以通過傳遞依賴決定C，這時(shí)應(yīng)該將傳遞依賴分解到兩個(gè)表中。 同時(shí)上表中的3個(gè)表都屬于第3范式； 所謂傳遞函數(shù)依賴，指的是如果存在“AB C”的決定關(guān)系，則C傳遞函數(shù)依賴于A。 因此，滿足第三范式的數(shù)據(jù)庫表應(yīng)該不存在如下依賴關(guān)系： 關(guān)鍵字段非主鍵字段x非主鍵字段y 假如學(xué)生關(guān)系表為Student（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，所在學(xué)院，學(xué)院地點(diǎn)，學(xué)院電話），關(guān)鍵字為單一關(guān)鍵字“學(xué)號(hào)”，因?yàn)榇嬖谌缦聸Q定關(guān)系：（學(xué)號(hào)）（姓名，年齡，所在學(xué)院，學(xué)院地點(diǎn)，

7、學(xué)院電話） 這個(gè)數(shù)據(jù)庫表是符合2NF，但是不符合3NF，因?yàn)榇嬖谌缦聸Q定關(guān)系：（學(xué)號(hào)）（所在學(xué)院） （學(xué)院地點(diǎn)，學(xué)院電話）即存在非關(guān)鍵字段學(xué)院地點(diǎn)，學(xué)院電話對(duì)關(guān)鍵字段學(xué)號(hào)的傳遞函數(shù)依賴它會(huì)存在數(shù)據(jù)冗余，更新異常，插入異常，刪除異常。將學(xué)生關(guān)系表分為如下兩個(gè)表：學(xué)生：（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，所在學(xué)院）學(xué)院：（學(xué)院，學(xué)院地點(diǎn)，學(xué)院電話）這樣的數(shù)據(jù)庫表是符合3NF，消除了數(shù)據(jù)冗余，更新異常，插入異常，刪除異常。設(shè)有以下關(guān)系模式SNC（SNO，SN，CNO，SCORE），其中SNO：學(xué)生學(xué)號(hào)SN：學(xué)生姓名（無重名）SCORE：成績我們可以判定該表有兩個(gè)候選鍵（SNO，CNO）和（SN，CNO）則其函數(shù)依賴

8、如下：SNOSN （SNO，CNO）SCORE （SN，CNO）SCORE唯一的非主屬性SCORE對(duì)鍵不存在部分依賴，也不存在傳遞依賴，所以SNC屬于第3范式；從另一個(gè)角度來說存在主屬性對(duì)鍵的部分函數(shù)依賴，這樣將造成關(guān)系SNC中存在較大的數(shù)據(jù)冗余，學(xué)生姓名的存儲(chǔ)次數(shù)等于該生所選的課程數(shù)，從而引起修改異常。BCNF若關(guān)系模式R是第一范式，且每個(gè)屬性都不傳遞依賴于R的候選鍵。這種關(guān)系模式就是BCNF模式。即在第三范式的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)庫表中如果不存在任何字段對(duì)任一候選關(guān)鍵字段的傳遞函數(shù)依賴則符合鮑依斯-科得范式。假設(shè)倉庫管理關(guān)系表為StorehouseManage(倉庫ID, 存儲(chǔ)物品ID, 管理員I

9、D, 數(shù)量)，且有一個(gè)管理員只在一個(gè)倉庫工作；一個(gè)倉庫可以存儲(chǔ)多種物品。這個(gè)數(shù)據(jù)庫表中存在如下決定關(guān)系：(倉庫ID, 存儲(chǔ)物品ID) (管理員ID, 數(shù)量)(管理員ID, 存儲(chǔ)物品ID) (倉庫ID, 數(shù)量)所以，(倉庫ID, 存儲(chǔ)物品ID)和(管理員ID, 存儲(chǔ)物品ID)都是StorehouseManage的候選關(guān)鍵字，表中的唯一非關(guān)鍵字段為數(shù)量，它是符合第三范式的。但是，由于存在如下決定關(guān)系：(倉庫ID) (管理員ID)(管理員ID) (倉庫ID)即存在關(guān)鍵字段決定關(guān)鍵字段的情況，所以其不符合BCNF范式。它會(huì)出現(xiàn)如下異常情況：(1) 刪除異常： 當(dāng)倉庫被清空后，所有存儲(chǔ)物品ID和數(shù)量信息

10、被刪除的同時(shí)，倉庫ID和管理員ID信息也被刪除了。(2) 插入異常： 當(dāng)倉庫沒有存儲(chǔ)任何物品時(shí)，無法給倉庫分配管理員。(3) 更新異常： 如果倉庫換了管理員，則表中所有行的管理員ID都要修 改。把倉庫管理關(guān)系表分解為二個(gè)關(guān)系表：倉庫管理：StorehouseManage(倉庫ID, 管理員ID)；倉庫：Storehouse(倉庫ID, 存儲(chǔ)物品ID, 數(shù)量)。這樣的數(shù)據(jù)庫表是符合BCNF范式的，消除了刪除異常、插入異常和更新異常。四種范式之間的關(guān)系 第四范式（4NF） 第四范式首先要求是第三范式，且在關(guān)系模式中，至多只有一個(gè)多值事實(shí)。所謂多值事實(shí)，就是指某個(gè)屬性有若干個(gè)值，這些值由另一個(gè)屬性的

11、一個(gè)值決定。 例如，職工表（職工編號(hào)，職工孩子姓名，職工選修課程），在這個(gè)表中同一個(gè)職工可能會(huì)有多個(gè)職工孩子姓名。類似地，同一個(gè)職工也可能會(huì)有多個(gè)職工選修課程，即這里存在著兩個(gè)多值事實(shí)，即不符合第四范式。如果要符合第四范式，則只需要將這個(gè)表分為兩個(gè)表，使它們最多只有一個(gè)多值事實(shí)。職工表1（職工編號(hào)，職工孩子姓名），職工表2（職工編號(hào)，職工選修課程），此時(shí)職工表1和職工表2都只有一個(gè)多值事實(shí)，所以這是符合第四范式的。第五范式（5NF） 第五范式，如果在保證信息正確的前提下，每個(gè)表都不能拆分成兩個(gè)或多個(gè)表（每個(gè)表都有一個(gè)主鍵，且是原表主鍵的真子集），則稱此表屬于第五范式。例如，銷售關(guān)系表（銷售代理、制造公司、產(chǎn)品名稱）就不符合第五范式，因?yàn)檫@此表可以分解成以下三個(gè)表：關(guān)系表1（銷售代理、制造公司），關(guān)系表2（銷售代理、產(chǎn)品名稱），關(guān)系表3（制造公司，產(chǎn)品名稱）。第五范式的好處是可以減少數(shù)據(jù)重復(fù)，