關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論課件

第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論

建立在關(guān)系模型基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫，相應(yīng)的DBMS稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）。如何設(shè)計(jì)一個(gè)適合的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，關(guān)鍵是關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式的設(shè)計(jì)，一個(gè)好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式應(yīng)該包括多少關(guān)系模式，而每一個(gè)關(guān)系模式又應(yīng)該包括哪些屬性，又如何將這些相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系模式組建一個(gè)適合的關(guān)系模型，這些工作決定了到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的效率，也是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵所在。要設(shè)計(jì)一個(gè)好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，必須需要一定理論努指導(dǎo)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論就是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的一個(gè)理論指導(dǎo)。本章主要討論關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論，討論一個(gè)好的關(guān)系模式的標(biāo)準(zhǔn)，以及如何將不好的關(guān)系模式轉(zhuǎn)換成好的關(guān)系模式第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論建立在關(guān)系模型基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論

2.1規(guī)范化問題的提出2.2函數(shù)依賴2.3關(guān)系規(guī)范化2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則2.5小結(jié)第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論2.1規(guī)范化問題的提出2.1規(guī)范化問題的提出關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論最早是由關(guān)系數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)始人E.F.Codd提出的，后經(jīng)許多專家學(xué)者對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論作了深入的研究和發(fā)展，形成了一整套有關(guān)關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的理論。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：函數(shù)信賴范式（NormalForm）模式設(shè)計(jì)和模式分解其中，函數(shù)信賴起著核心的作用，是模式分解和模式設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，范式是模式分解的標(biāo)準(zhǔn)。

2.1規(guī)范化問題的提出關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論最早是由關(guān)系2.1規(guī)范化問題的提出數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)為什么要遵循一定的規(guī)范化理論？什么是好的關(guān)系模式？某些不好的關(guān)系模式可能導(dǎo)致哪些問題？下面通過例子進(jìn)行分析:例如，設(shè)有描述學(xué)生修課及住宿情況的關(guān)系模式：S-L-C（Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade）Sno表示學(xué)生學(xué)號(hào)，Sdept表示學(xué)生所在的系，Sloc表示學(xué)生所住宿舍樓，Cno表示課程號(hào)，Grade表示成績。2.1規(guī)范化問題的提出數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)為什么要遵循一定的規(guī)范2.1規(guī)范化問題的提出SnoSdeptSLOCCnoGrade9812101計(jì)算機(jī)2公寓DB809812101計(jì)算機(jī)2公寓OS859821101信息1公寓C909821101信息1公寓DS849821102信息1公寓OS78S-L-C關(guān)系模式實(shí)例分析以上關(guān)系中的數(shù)據(jù)，我們可以看出：(SNO,CNO)屬性的組合能唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)元組，所以(SNO,CNO)是該關(guān)系模式的主碼。2.1規(guī)范化問題的提出SnoSdeptSLOCCn3.刪除異常如果某個(gè)學(xué)生不再選修C課程，本應(yīng)該只刪去C，但C是主關(guān)系鍵的一部分，為保證實(shí)體完整性，必須將整個(gè)元組一起刪掉，這樣有關(guān)該學(xué)生的其它信息也隨之丟失。2.1規(guī)范化問題的提出但在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的操作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以下幾方面的問題：1.數(shù)據(jù)冗余 學(xué)生所在的系名和這個(gè)系所對(duì)應(yīng)的宿舍樓名字存儲(chǔ)的次數(shù)等于該系的學(xué)生人數(shù)乘以每個(gè)學(xué)生選修的課程門數(shù)，數(shù)據(jù)的冗余度很大，浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間。2.插入異常

如果某個(gè)學(xué)生尚未選課,則學(xué)生所在的系名和這個(gè)系所對(duì)應(yīng)的宿舍樓無法插入到數(shù)據(jù)庫中。因?yàn)樵谶@個(gè)關(guān)系模式中，(SNO,CNO)是主關(guān)系鍵。根據(jù)關(guān)系的實(shí)體完整性約束，主關(guān)系鍵的值不能為空，當(dāng)某個(gè)學(xué)生尚未選課，即Cno為空,因此不能進(jìn)行插入操作。3.刪除異常2.1規(guī)范化問題的提出但在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的操作2.1規(guī)范化問題的提出4.更新異常如果某一學(xué)生從計(jì)算機(jī)系轉(zhuǎn)到信息系，那么不但要修改此學(xué)生的Sdept列的值,而且還要修改其Sloc的值,稍有不慎，就有可能漏改某些記錄，這就會(huì)造成數(shù)據(jù)的不一致性，破壞了數(shù)據(jù)的完整性。由于存在以上問題，我們說，S-L-C是一個(gè)不好的關(guān)系模式。那么，怎樣才能得到一個(gè)好的關(guān)系模式呢？我們把關(guān)系模式S-L-C分解為下面三個(gè)結(jié)構(gòu)簡單的關(guān)系模式，如圖所示。2.1規(guī)范化問題的提出4.更新異常由于存在以上問題，我SnoSdeptSLOCCnoGrade9812101計(jì)算機(jī)2公寓DB809812101計(jì)算機(jī)2公寓OS859821101信息1公寓C909821101信息1公寓DS849821102信息1公寓OS78SnoCnoGrade9812101DB809812101OS859821101C909821101DS849821102OS78SdeptSloc計(jì)算機(jī)2公寓信息1公寓SnoSdept9812101計(jì)算機(jī)9821102信息2.1規(guī)范化問題的提出S-LS-DS-C學(xué)生關(guān)系S-D(Sno,Sdept)選課關(guān)系S-C(Sno,Cno,Grade)系關(guān)系S-L(Sdept,Sloc)SnoSdeptSLOCCnoGrade981212.1規(guī)范化問題的提出在以上三個(gè)關(guān)系模式中，實(shí)現(xiàn)了信息的某種程度的分離，

S-D中存儲(chǔ)學(xué)生基本信息，與所選課程及宿舍無關(guān)；S-L中存儲(chǔ)系的有關(guān)信息，與學(xué)生無關(guān)；S-C中存儲(chǔ)學(xué)生選課的信息，而與學(xué)生及系的有關(guān)信息無關(guān)。與S-L-C相比，分解為三個(gè)關(guān)系模式后，數(shù)據(jù)的冗余度明顯降低。當(dāng)新插入一個(gè)系時(shí)，只要在關(guān)系S-L中添加一條記錄。當(dāng)某個(gè)學(xué)生尚未選課，只要在關(guān)系S-D中添加一條學(xué)生記錄，而與選課關(guān)系無關(guān)，這就避免了插入異常。當(dāng)某個(gè)學(xué)生選課后又退選，只需在S-C中刪除該學(xué)生記錄，而關(guān)系S-D中有關(guān)該學(xué)生的信息仍然保留，從而不會(huì)引起刪除異常。同時(shí)，由于數(shù)據(jù)冗余度的降低，數(shù)據(jù)沒有重復(fù)存儲(chǔ)，也不會(huì)引起更新異常。2.1規(guī)范化問題的提出在以上三個(gè)關(guān)系模式中，實(shí)現(xiàn)了信息的2.1規(guī)范化問題的提出經(jīng)過上述分析，我們說分解后的關(guān)系模式是一個(gè)好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式。一個(gè)好的關(guān)系模式應(yīng)該具備以下四個(gè)條件：盡可能少的數(shù)據(jù)冗余沒有插入異常沒有刪除異常沒有更新異常如何按照一定的規(guī)范設(shè)計(jì)關(guān)系模式，將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的關(guān)系分解成結(jié)構(gòu)簡單的關(guān)系，從而把不好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式轉(zhuǎn)變?yōu)楹玫年P(guān)系數(shù)據(jù)庫模式，這就是關(guān)系的規(guī)范化。規(guī)范化又可以根據(jù)不同的要求而分成若干級(jí)別。我們要設(shè)計(jì)的關(guān)系模式中的各屬性是相互依賴、相互制約的，這樣才構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼w。因此在設(shè)計(jì)關(guān)模式時(shí)，必須從語義上分析這些依賴關(guān)系。2.1規(guī)范化問題的提出經(jīng)過上述分析，我們說分解后的關(guān)系模2.2函數(shù)依賴1.函數(shù)依賴的定義函數(shù)對(duì)我們來說已經(jīng)是非常熟悉的概念，對(duì)公式：

Y=f(X)給定一個(gè)X值，都會(huì)有一個(gè)Y值和它對(duì)應(yīng)，也可以說X函數(shù)決定Y，或Y函數(shù)依賴于X。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中討論函數(shù)或函數(shù)依賴注重的是語義上的關(guān)系，比如：省=f(城市)如果“城市”是自變量X，“省”是因變量或函數(shù)值Y。并且把X決定Y，或Y函數(shù)依賴于X表示為：

X→Y2.2函數(shù)依賴1.函數(shù)依賴的定義2.2函數(shù)依賴函數(shù)依賴定義：如果有一個(gè)關(guān)系模式R(A1,A2,…,An)，X和Y為{A1,A2,…,An}的子集，那么對(duì)于關(guān)系R中的任意一個(gè)X值，都只有一個(gè)Y值與之對(duì)應(yīng)，則稱X函數(shù)決定Y，或Y函數(shù)依賴于X。例如：對(duì)學(xué)生關(guān)系模式：Student（Sno,SName,Sdept,Sage）

有：Sno→SName,Sno→Sdept,Sno→Sage

對(duì)學(xué)生修課關(guān)系模式：SC（Sno,Cno,Grade）

有：（Sno,Cno）→Grade2.2函數(shù)依賴函數(shù)依賴定義：如果有一個(gè)關(guān)系模式R(A1,2.2函數(shù)依賴2．函數(shù)依賴與屬性之間的聯(lián)系類型有關(guān)（1）在一個(gè)關(guān)系模式中，如果屬性X與Y有1:1聯(lián)系時(shí)，則存在函數(shù)依賴X→Y，Y→X，即

XY（2）如果屬性X與Y有1:m的聯(lián)系時(shí)，則只存在函數(shù)依賴X→Y。

例如，Sno與Sage，Sdept之間均為1:m聯(lián)系，所以有 SNO→Sage，Sno→Sdept。（3）如果屬性X與Y有m:n的聯(lián)系時(shí)，則X與Y之間不存在任何函數(shù)依賴關(guān)系。例如，一個(gè)學(xué)生可以選修多門課程，一門課程又可以為多個(gè)學(xué)生選修，所以SNO與CNO之間不存在函數(shù)依賴關(guān)系。由于函數(shù)依賴與屬性之間的聯(lián)系類型有關(guān)，所以在確定屬性間的函數(shù)依賴關(guān)系時(shí)，可以從分析屬性間的聯(lián)系類型入手，便可確定屬性間的函數(shù)依賴。例如，當(dāng)學(xué)生無重名時(shí)，SNOSN2.2函數(shù)依賴2．函數(shù)依賴與屬性之間的聯(lián)系類型有關(guān)XY2.2函數(shù)依賴3．一些術(shù)語和符號(hào)

設(shè)有關(guān)系模式R(A1,A2,…,An)，X和Y均為{A1,A2,…,An}的子集如果X→Y，但Y不包含于X，則稱X→Y是非平凡的函數(shù)依賴。如果X→Y，則稱X為決定因子。fX→YX→Yp如果Y函數(shù)不依賴于X，則記作XY。如果對(duì)X的某個(gè)真子集X′，有X′→Y，則稱Y部分函數(shù)依賴于X，(或稱Y對(duì)X部分函數(shù)依賴)記作

。

如果X→Y，并且Y→X，則記作X?Y。如果X→Y，并且對(duì)于X的一個(gè)任意真子集X/

都有X/

Y，則稱Y完全函數(shù)依賴于X(Y對(duì)X完全函數(shù)依賴)，記作2.2函數(shù)依賴3．一些術(shù)語和符號(hào)fX→YX→Yp如果2.2函數(shù)依賴?yán)?：有關(guān)系模式：SC（Sno,Sname,Cno,Credit,Grade）各屬性分別為：學(xué)號(hào)、姓名、課程號(hào)、學(xué)分、成績，主碼為（Sno,Cno）f→→p函數(shù)依賴關(guān)系有：Sno→Sname

姓名函數(shù)依賴于學(xué)號(hào)因?yàn)镾noGrade,CnoGrade,(Sno,Cno)→Grade,所以有（Sno,Cno）Grade成績完全函數(shù)依賴于學(xué)號(hào)和課程號(hào)（Sno,Cno）Sname

姓名部分函數(shù)依賴于學(xué)號(hào)和課程號(hào)2.2函數(shù)依賴?yán)?：有關(guān)系模式：SC（Sno,Snam2.2函數(shù)依賴如果X→Y（非平凡函數(shù)依賴，并且Y

X）、Y→Z，則稱Z傳遞函數(shù)依賴于X(或稱Z對(duì)X傳遞函數(shù)依賴)。

例如:在關(guān)系模式：S（Sno,Sname,Dept,Dept_master）中,各屬性分別為：學(xué)號(hào)、姓名、所在系和系主任（假設(shè)一個(gè)系只有一 個(gè)主任），主碼為Sno。

傳遞函數(shù)依賴關(guān)系有：

Sno→Sname

由于：Sno→Dept,Dept→Dept_master

所以有：Sno→Dept_master(系主任傳遞函數(shù)依賴于學(xué)號(hào))2.2函數(shù)依賴如果X→Y（非平凡函數(shù)依賴，并且YX一.關(guān)系模式中的碼

1．候選碼設(shè)K為R(U,F)中的屬性或?qū)傩越M，若KU，則K為R候選碼。（U-表示關(guān)系R的屬性全集,F-表示關(guān)系R上的依賴函數(shù)集)主碼：關(guān)系R(U,F)中可能有多個(gè)候選碼，則選其中一個(gè)作為 主碼全碼：候選碼為整個(gè)屬性組。主屬性與非主屬性：在R(U,F)中，包含在任一候選碼中的屬性稱為主屬性，不包含在任一候選碼中的屬性稱為非主屬性。例1：SC（Sno，Cno，Grade）

其候選碼為：（Sno，Cno），也為主碼

則主屬性為：Sno，Cno，Grade為非主屬性。

2.3關(guān)系規(guī)范化f→一.關(guān)系模式中的碼2.3關(guān)系規(guī)范化f→2.3關(guān)系規(guī)范化一.關(guān)系模式中的碼

例2：R（P，W，A）

其中各屬性含義分別為：演奏者，作品和聽眾。其語義為：一個(gè)演奏者可演奏多個(gè)作品，某一作品可被多個(gè)演奏者演奏；聽眾也可欣賞不同演奏者個(gè)不同作品。

其候選碼為：（P，W，A），因?yàn)橹挥羞@三者才能確定一場(chǎng)音樂會(huì)。我們稱全部屬性均為主碼的表為全碼表。2．外碼定義：若R（U，F(xiàn)）的屬性（組）X（X屬于U）是另一個(gè)關(guān)系S的主碼，則稱X為R的外碼。例3:學(xué)生關(guān)系SD(Sno,Sdept)和選課關(guān)系SC(Sno,Cno,Grade),SC中的Sno是SD中的主碼,則Sno是SC的外碼

2.3關(guān)系規(guī)范化一.關(guān)系模式中的碼2.3關(guān)系規(guī)范化二.范式規(guī)范化的基本思想是消除關(guān)系模式中的數(shù)據(jù)冗余，消除數(shù)據(jù)依賴中的不合適的部分，解決數(shù)據(jù)插入、更新、刪除時(shí)發(fā)生異?，F(xiàn)象。這就要求關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)出來的關(guān)系模式要滿足一定的條件。我們把關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化過程中為不同程度的規(guī)范化要求設(shè)立的不同標(biāo)準(zhǔn)稱為范式（NormalForm）。由于規(guī)范化的程度不同，就產(chǎn)生了不同的范式。滿足最基本規(guī)范化要求的關(guān)系模式叫第一范式(1NF)在第一范式中進(jìn)一步滿足一些要求為第二范式(2NF)以此類推就產(chǎn)生了第三范式(3NF)等概念。每種范式都規(guī)定了一些限制約束條件。

2.3關(guān)系規(guī)范化二.范式2.3關(guān)系規(guī)范化二.范式范式的概念最早由E.F.Codd提出。從1971年起，Codd相繼提出了關(guān)系的三級(jí)規(guī)范化形式，即第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）。1974年，Codd和Boyce以共同提出了一個(gè)新的范式的概念，即Boyce-Codd范式，簡稱BC范式。1976年Fagin提出了第四范式，后來又有人定義了第五范式。至此在關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范中建立了一個(gè)范式系列：1NF,2NF,3NF,BCNF,4NF,5NF,一級(jí)比一級(jí)有更嚴(yán)格的要求。2.3關(guān)系規(guī)范化二.范式2.3關(guān)系規(guī)范化

4NF5NFBCNF3NF2NF1NF規(guī)范與非規(guī)范關(guān)系各個(gè)范式之間的聯(lián)系可以表示為：

5NF?4NF?BCNF?3NF?2NF?1NF2.3關(guān)系規(guī)范化4NF5NFBCNF3NF2NF1NF規(guī)范2.3關(guān)系規(guī)范化1．第一范式第一范式（FirstNormalForm）是最基本的規(guī)范形式，即關(guān)系中每個(gè)屬性都是不可再分的簡單項(xiàng)。定義:如果關(guān)系模式R，其所有的屬性均為簡單屬性，即每個(gè)屬性都是不可再分的，則稱R屬于第一范式，簡稱1NF，記作R1NF。

系名稱高級(jí)職稱人數(shù)教授副教授計(jì)算機(jī)系610信息管理系35電子與通訊系48系名稱教授副教授計(jì)算機(jī)系610信息管理系35電子與通訊系482.3關(guān)系規(guī)范化1．第一范式系名稱2.3關(guān)系規(guī)范化2．第二范式

定義：如果關(guān)系模式R∈1NF，并且R中的每個(gè)非主屬性都完全函數(shù) 依賴于主碼，則R∈2NF。

例：S-L-C（Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade）就不是2NF的。 因?yàn)椋⊿no,Cno）是主碼，而又有：Sno→Sdept,

因此有：（Sno，Cno）Sdept

→p即存在非主屬性對(duì)主碼的部分函數(shù)依賴，所以S-L-C不是2NF。2.3關(guān)系規(guī)范化2．第二范式→p即存2.3關(guān)系規(guī)范化2．第二范式分解過程為：首先，對(duì)于組成主碼的屬性集合的每一個(gè)子集，用它作為主碼構(gòu)成一個(gè)表。S-C(Sno,Cno…),S(Sno…),C(Cno…)

f→f→f→對(duì)于每個(gè)表，將依賴于此主碼的屬性放置到此表中。

S-L-C關(guān)系模式分解后的形式為：

S-L（Sno,Sdept,Sloc）和S-C（Sno,Cno,Grade）S-L有：SnoSdept，SnoSLOC：是2NFS-C有:（Sno,Cno）Grade：是2NF2.3關(guān)系規(guī)范化2．第二范式f→f→f→對(duì)于每個(gè)表2.3關(guān)系規(guī)范化2．第二范式

2NF的缺點(diǎn)2NF的關(guān)系模式在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)，仍然存在著一些問題：數(shù)據(jù)冗余每個(gè)系名和所在的宿舍樓名字存儲(chǔ)的次數(shù)等于該系的學(xué)生人數(shù)。插入異常當(dāng)一個(gè)新系沒有招生時(shí)，有關(guān)該系的信息無法插入。刪除異常某系學(xué)生全部畢業(yè)而沒有招生時(shí)，刪除全部學(xué)生的記錄也隨之刪除了該系的有關(guān)信更新異常更換系所在宿舍樓名字時(shí)，仍需改動(dòng)較多的學(xué)生記錄。之所以存在這些問題，是由于在S-L表中存在著非主屬性對(duì)主碼的傳遞依賴。分析S-L表中函數(shù)依賴關(guān)系，Sno→Sdept，Sdept→Sloc，Sno→Sloc，非主屬性Sloc對(duì)主碼Sno傳遞依賴。為此，對(duì)關(guān)系模式還需進(jìn)一步簡化，消除這種傳遞依賴，得到3NF。

2.3關(guān)系規(guī)范化2．第二范式S-L分解后的關(guān)系模式為：S-D（Sno,Sdept）和D-L（Sdept,Sloc）

對(duì)S-D，有：SnoSdept，因此S-D是3NF的對(duì)D-L，有：SdeptSloc，因此D-L也是3NF的2.3關(guān)系規(guī)范化3．第三范式定義：如果R(U,F)∈2NF，并且所有非主屬性都不傳遞依賴于主碼，則R(U,F)∈3NF。

f→f→關(guān)系模式S-L（Sno,Sdept,Sloc）不是3NF。分解過程為:

（1）對(duì)于不是候選碼的每個(gè)決定因子，從表中刪去依賴于它的所有屬性；得到S-D（Sno,Sdept）（2）新建一個(gè)表，新表中包含在原表中所有依賴于該決定因子的屬性；（3）將決定因子作為新表的主碼。新建的表:D-L（Sdept,Sloc）

S-L分解后的關(guān)系模式為：S-D（Sno,Sdept）和D-2.3關(guān)系規(guī)范化3．第三范式

關(guān)系模式S-L由2NF分解為3NF后，函數(shù)依賴關(guān)系變得更加簡單，既沒有非主屬性對(duì)主碼的部分依賴，也沒有非主屬性對(duì)主碼的傳遞依賴，解決了2NF中存在的四個(gè)問題。數(shù)據(jù)冗余降低。系所在的宿舍樓名字存儲(chǔ)次數(shù)與該系的學(xué)生人數(shù)無關(guān)，只在關(guān)系D-L中存儲(chǔ)一次不存在插入異常。當(dāng)一個(gè)新系沒有學(xué)生時(shí)，該系的信息可以直接插入到關(guān)系D-L中，而與學(xué)生關(guān)系S-D無關(guān)不存在刪除異常。要?jiǎng)h除某系的全部學(xué)生而仍然保留該系的有關(guān)信息時(shí)，可以只刪除學(xué)生關(guān)系S-D中的相關(guān)學(xué)生記錄，而不影響系關(guān)系D-L中的數(shù)據(jù)。不存在更新異常。更換所在的宿舍樓時(shí)，只需修改關(guān)系D-L中一個(gè)相應(yīng)元組的Sloc屬性值，從而不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的不一致現(xiàn)象。S-L-C規(guī)范到3NF后，所存在的異?，F(xiàn)象已經(jīng)全部消失。通常在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中，一般要求要達(dá)到3NF。2.3關(guān)系規(guī)范化3．第三范式3．第三范式

但是3NF只限制了非主屬性對(duì)碼的依賴關(guān)系，而沒有限制主屬性對(duì)碼的依賴關(guān)系。

例如：設(shè)關(guān)系模式SNC（SNO，SN，CN0，SCORE），其中SNO代表學(xué)號(hào)，SN代表學(xué)生姓名并假設(shè)沒有重名，CNO代表課程號(hào)，SCORE代表成績?？梢耘卸?，SNC有兩個(gè)候選碼（SNO，CNO）和（SN，CNO），其函數(shù)依賴如下：

SNO?SN （SNO，CNO）→SCORE （SN，CNO）→SCORE如某個(gè)同學(xué)需要改名，則需要將該學(xué)生的所有記錄都要進(jìn)行修改，稍有不慎，就有可能漏改某些記錄，這就會(huì)造成數(shù)據(jù)的不一致性。產(chǎn)生操作異常的原因:（SNO，CNO）SN，即存在主屬性對(duì)碼的部分函數(shù)依賴為了解決這種問題，Boyce與Codd共同提出了一個(gè)新范式的定義，這就是Boyce-Codd范式，通常簡稱BCNF或BC范式。它彌補(bǔ)了3NF的不足。2.3關(guān)系規(guī)范化→p3．第三范式2.3關(guān)系規(guī)范化→p

但是，因?yàn)镾NO?SN，即決定因素SNO或SN不包含候選碼，從另一個(gè)角度說，存在著主屬性對(duì)碼的部分函數(shù)依賴：（SNO，CNO）SN，（SN，CNO）SNO，所以SNC不是BCNF。2.3關(guān)系規(guī)范化4．BC范式(BCNF)定義：若關(guān)系模式R∈1NF，對(duì)于關(guān)系R的每個(gè)函數(shù)依賴X→Y且YX，X必含有候選碼，則R∈BCNF。即每個(gè)決定屬性集都包含候選碼。上面例子中唯一的非主屬性SCORE對(duì)碼不存在部分函數(shù)依賴，也不存在傳遞函數(shù)依賴。所以SNC3NF?！鷓→p但是，因?yàn)镾NO?SN，即決定因素SNO或SN不包含2.3關(guān)系規(guī)范化4．BC范式(BCNF)解決這一問題的辦法仍然是通過投影分解進(jìn)一步提高SNC的范式等級(jí)，將SNC規(guī)范到BCNF。

可以將SNC分解成如下兩個(gè)關(guān)系：S1(SNO,SN),S2(SNO,CNO,SCORE)

對(duì)于S1，有兩個(gè)候選碼SNO和SN，對(duì)于S2，主碼為（SNO，CNO）。在這兩個(gè)關(guān)系中，每個(gè)決定屬性集都包含候選碼(即無論主屬性還是非主屬性都不存在對(duì)碼的部分依賴和傳遞依賴)，S1BCNF，S2BCNF。關(guān)系SNC轉(zhuǎn)換成BCNF后，數(shù)據(jù)冗余度明顯降低。學(xué)生的姓名只在關(guān)系S1中存儲(chǔ)一次，學(xué)生要改名時(shí)，只需改動(dòng)一條學(xué)生記錄中的相應(yīng)的SN值，從而不會(huì)發(fā)生修改異常。SNOSNS1中的函數(shù)依賴關(guān)系SNOCNOSCORES2中的函數(shù)依賴關(guān)系2.3關(guān)系規(guī)范化4．BC范式(BCNF)可以將SNC2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則關(guān)系規(guī)范化的目的：解決關(guān)系模式中存在的插入、刪除、更新操作異常，數(shù)據(jù)冗余問題.關(guān)系規(guī)范化的方法：圍繞函數(shù)依賴的主線，對(duì)一個(gè)關(guān)系模式進(jìn)行分解，使關(guān)系從較低級(jí)范式變換到較高級(jí)范式。(模式分解)分解關(guān)系模式，逐步消除不合適的函數(shù)依賴1NF2NF3NFBCNF消除非主屬性對(duì)碼的部分函數(shù)依賴消除非主屬性對(duì)碼的傳遞函數(shù)依賴消除主屬性對(duì)碼的部分和傳遞函數(shù)依賴2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則關(guān)系規(guī)范化的目的：解決關(guān)系模式中存2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則模式分解的準(zhǔn)則：模式分解具有無損連接性:分解后的關(guān)系通過自然連接可以恢復(fù)成原來的關(guān)系，即通過自然連接得到的關(guān)系與原來的關(guān)系相比，既不多出信息、又不丟失信息。模式分解能夠保持函數(shù)依賴:

在模式的分解過程中，函數(shù)依賴不能丟失的特性，即模式分解不能破壞原來的語義。2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則模式分解的準(zhǔn)則：2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則例：S-D-L（Sno，Dept，Loc）有函數(shù)依賴：

Sno→Dept，Dept→Loc

不是第三范式的。至少可以有三種分解方案，分別為：方案1：S-L（Sno，Loc），D-L（Dept，Loc）方案2：S-D（Sno，Dept），S-L（Sno，Loc）方案3：S-D（Sno，Dept），D-L（Dept，Loc）

這三種分解方案得到的關(guān)系模式都是第三范式的，那么如何比較這三種方案的好壞呢？由此在將一個(gè)關(guān)系模式分解為多個(gè)關(guān)系模式時(shí)除了提高規(guī)范化程度之外，還需要遵守一定的準(zhǔn)則.三種分解方案是否都滿足分解準(zhǔn)則呢？2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則例：S-D-L（Sno，Dept，2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則假設(shè)此關(guān)系模式的數(shù)據(jù)如表2-1所示，此關(guān)系用r表示。Sno

Dept

Loc

S01D1L1S02D2L2S03D2L2S04D3L1表2－12.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則假設(shè)此關(guān)系模式的數(shù)據(jù)如表2-1所示2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則方案1:將S-D-L分解投影得到S-L和D-L關(guān)系Sno

Loc

S01L1S02L2S03L2S04L1Dept

Loc

D1L1D2L2D3L1S-LD-LSno

Dept

Loc

S01D1L1S01D3L1S02D2L2S03D2L2S04D1L1S04D3L1表2－2結(jié)論:方案1不滿足無損連接性自然連接2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則方案1:將S-D-L分解投影得到S2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則方案2:將S-D-L分解投影得到S-D和S-L關(guān)系Sno

DeptS01D1S02D2S03D2S04D3Sno

Loc

S01L1S02L2S03L2S04L1S-DS-LSno

Dept

Loc

S01D1L1S02D2L2S03D2L2S04D3L1表2－3結(jié)論:方案2滿足無損連接性,但沒有保持原有的函數(shù)依賴關(guān)系.但如果假設(shè)學(xué)生S03從D2系轉(zhuǎn)到了D3系，則需在表S-D（S03,D2）改為（S03,D3），同時(shí)還需要在表S-L（S03,L2）改為（S03,L1）。如果這兩個(gè)修改沒有同時(shí)進(jìn)行，則數(shù)據(jù)庫中就會(huì)出現(xiàn)不一致信息。這是由于這樣分解得到的兩個(gè)關(guān)系模式?jīng)]有保持原來的函數(shù)依賴關(guān)系造成的。原有的函數(shù)依賴Dept→Loc在分解后跨在了兩個(gè)關(guān)系模式上。因此分解方案2沒有保持原有的函數(shù)依賴關(guān)系，也不是好的分解方法。自然連接2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則方案2:將S-D-L分解投影得到2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則方案3:將S-D-L分解投影得到S-D和D-L關(guān)系Dept

Loc

D1L1D2L2D3L1S-DD-LSno

Dept

Loc

S01D1L1S02D2L2S03D2L2S04D3L1表2－4結(jié)論:方案3既滿足無損連接性,又保持原有的函數(shù)依賴關(guān)系. 故它是一個(gè)好的分解方法Sno

DeptS01D1S02D2S03D2S04D3自然連接2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則方案3:將S-D-L分解投影得到S2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則分解具有無損連接性和分解保持函數(shù)依賴是兩個(gè)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)。具有無損連接性的分解不一定保持函數(shù)依賴；保持函數(shù)依賴的分解不一定具有無損連接性。一般情況下，在進(jìn)行模式分解時(shí)，應(yīng)將有直接依賴關(guān)系的屬性放置在一個(gè)關(guān)系模式中，這樣得到的分解結(jié)果一般能具有無損連接性，并能保持函數(shù)依賴關(guān)系不變。

2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則分解具有無損連接性和分解保持函數(shù)2.5小結(jié)關(guān)系規(guī)范化理論是設(shè)計(jì)沒有操作異常的關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本原則.規(guī)范化理論主要是研究關(guān)系中各屬性之間的依賴關(guān)系，根據(jù)依賴關(guān)系的不同，我們介紹了不包含子屬性的第一范式，到消除了屬性間的部分依賴關(guān)系的第二范式，再到消除了屬性間的傳遞依賴關(guān)系的第三范式，最后到每個(gè)決定因子都必須是候選碼的BCNF。

范式的每一次升級(jí)都是通過模式分解實(shí)現(xiàn)的，在進(jìn)行模式分解時(shí)應(yīng)注意保持分解后的關(guān)系能夠具有無損連接性并能保持原有的函數(shù)依賴關(guān)系。

對(duì)于一般的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用來說，設(shè)計(jì)到第三范式就足夠了。因?yàn)橐?guī)范化程度越高,分解得越細(xì),表的個(gè)數(shù)越多,則在檢索操作時(shí)會(huì)因連接而降低檢索效率。

2.5小結(jié)關(guān)系規(guī)范化理論是設(shè)計(jì)沒有操作異常的關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論

建立在關(guān)系模型基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫，相應(yīng)的DBMS稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）。如何設(shè)計(jì)一個(gè)適合的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，關(guān)鍵是關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式的設(shè)計(jì)，一個(gè)好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式應(yīng)該包括多少關(guān)系模式，而每一個(gè)關(guān)系模式又應(yīng)該包括哪些屬性，又如何將這些相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系模式組建一個(gè)適合的關(guān)系模型，這些工作決定了到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的效率，也是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵所在。要設(shè)計(jì)一個(gè)好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，必須需要一定理論努指導(dǎo)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論就是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的一個(gè)理論指導(dǎo)。本章主要討論關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論，討論一個(gè)好的關(guān)系模式的標(biāo)準(zhǔn)，以及如何將不好的關(guān)系模式轉(zhuǎn)換成好的關(guān)系模式第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論建立在關(guān)系模型基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論

2.1規(guī)范化問題的提出2.2函數(shù)依賴2.3關(guān)系規(guī)范化2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則2.5小結(jié)第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論2.1規(guī)范化問題的提出2.1規(guī)范化問題的提出關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論最早是由關(guān)系數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)始人E.F.Codd提出的，后經(jīng)許多專家學(xué)者對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論作了深入的研究和發(fā)展，形成了一整套有關(guān)關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的理論。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：函數(shù)信賴范式（NormalForm）模式設(shè)計(jì)和模式分解其中，函數(shù)信賴起著核心的作用，是模式分解和模式設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，范式是模式分解的標(biāo)準(zhǔn)。

2.1規(guī)范化問題的提出關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論最早是由關(guān)系2.1規(guī)范化問題的提出數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)為什么要遵循一定的規(guī)范化理論？什么是好的關(guān)系模式？某些不好的關(guān)系模式可能導(dǎo)致哪些問題？下面通過例子進(jìn)行分析:例如，設(shè)有描述學(xué)生修課及住宿情況的關(guān)系模式：S-L-C（Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade）Sno表示學(xué)生學(xué)號(hào)，Sdept表示學(xué)生所在的系，Sloc表示學(xué)生所住宿舍樓，Cno表示課程號(hào)，Grade表示成績。2.1規(guī)范化問題的提出數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)為什么要遵循一定的規(guī)范2.1規(guī)范化問題的提出SnoSdeptSLOCCnoGrade9812101計(jì)算機(jī)2公寓DB809812101計(jì)算機(jī)2公寓OS859821101信息1公寓C909821101信息1公寓DS849821102信息1公寓OS78S-L-C關(guān)系模式實(shí)例分析以上關(guān)系中的數(shù)據(jù)，我們可以看出：(SNO,CNO)屬性的組合能唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)元組，所以(SNO,CNO)是該關(guān)系模式的主碼。2.1規(guī)范化問題的提出SnoSdeptSLOCCn3.刪除異常如果某個(gè)學(xué)生不再選修C課程，本應(yīng)該只刪去C，但C是主關(guān)系鍵的一部分，為保證實(shí)體完整性，必須將整個(gè)元組一起刪掉，這樣有關(guān)該學(xué)生的其它信息也隨之丟失。2.1規(guī)范化問題的提出但在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的操作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以下幾方面的問題：1.數(shù)據(jù)冗余 學(xué)生所在的系名和這個(gè)系所對(duì)應(yīng)的宿舍樓名字存儲(chǔ)的次數(shù)等于該系的學(xué)生人數(shù)乘以每個(gè)學(xué)生選修的課程門數(shù)，數(shù)據(jù)的冗余度很大，浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間。2.插入異常

如果某個(gè)學(xué)生尚未選課,則學(xué)生所在的系名和這個(gè)系所對(duì)應(yīng)的宿舍樓無法插入到數(shù)據(jù)庫中。因?yàn)樵谶@個(gè)關(guān)系模式中，(SNO,CNO)是主關(guān)系鍵。根據(jù)關(guān)系的實(shí)體完整性約束，主關(guān)系鍵的值不能為空，當(dāng)某個(gè)學(xué)生尚未選課，即Cno為空,因此不能進(jìn)行插入操作。3.刪除異常2.1規(guī)范化問題的提出但在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的操作2.1規(guī)范化問題的提出4.更新異常如果某一學(xué)生從計(jì)算機(jī)系轉(zhuǎn)到信息系，那么不但要修改此學(xué)生的Sdept列的值,而且還要修改其Sloc的值,稍有不慎，就有可能漏改某些記錄，這就會(huì)造成數(shù)據(jù)的不一致性，破壞了數(shù)據(jù)的完整性。由于存在以上問題，我們說，S-L-C是一個(gè)不好的關(guān)系模式。那么，怎樣才能得到一個(gè)好的關(guān)系模式呢？我們把關(guān)系模式S-L-C分解為下面三個(gè)結(jié)構(gòu)簡單的關(guān)系模式，如圖所示。2.1規(guī)范化問題的提出4.更新異常由于存在以上問題，我SnoSdeptSLOCCnoGrade9812101計(jì)算機(jī)2公寓DB809812101計(jì)算機(jī)2公寓OS859821101信息1公寓C909821101信息1公寓DS849821102信息1公寓OS78SnoCnoGrade9812101DB809812101OS859821101C909821101DS849821102OS78SdeptSloc計(jì)算機(jī)2公寓信息1公寓SnoSdept9812101計(jì)算機(jī)9821102信息2.1規(guī)范化問題的提出S-LS-DS-C學(xué)生關(guān)系S-D(Sno,Sdept)選課關(guān)系S-C(Sno,Cno,Grade)系關(guān)系S-L(Sdept,Sloc)SnoSdeptSLOCCnoGrade981212.1規(guī)范化問題的提出在以上三個(gè)關(guān)系模式中，實(shí)現(xiàn)了信息的某種程度的分離，

S-D中存儲(chǔ)學(xué)生基本信息，與所選課程及宿舍無關(guān)；S-L中存儲(chǔ)系的有關(guān)信息，與學(xué)生無關(guān)；S-C中存儲(chǔ)學(xué)生選課的信息，而與學(xué)生及系的有關(guān)信息無關(guān)。與S-L-C相比，分解為三個(gè)關(guān)系模式后，數(shù)據(jù)的冗余度明顯降低。當(dāng)新插入一個(gè)系時(shí)，只要在關(guān)系S-L中添加一條記錄。當(dāng)某個(gè)學(xué)生尚未選課，只要在關(guān)系S-D中添加一條學(xué)生記錄，而與選課關(guān)系無關(guān)，這就避免了插入異常。當(dāng)某個(gè)學(xué)生選課后又退選，只需在S-C中刪除該學(xué)生記錄，而關(guān)系S-D中有關(guān)該學(xué)生的信息仍然保留，從而不會(huì)引起刪除異常。同時(shí)，由于數(shù)據(jù)冗余度的降低，數(shù)據(jù)沒有重復(fù)存儲(chǔ)，也不會(huì)引起更新異常。2.1規(guī)范化問題的提出在以上三個(gè)關(guān)系模式中，實(shí)現(xiàn)了信息的2.1規(guī)范化問題的提出經(jīng)過上述分析，我們說分解后的關(guān)系模式是一個(gè)好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式。一個(gè)好的關(guān)系模式應(yīng)該具備以下四個(gè)條件：盡可能少的數(shù)據(jù)冗余沒有插入異常沒有刪除異常沒有更新異常如何按照一定的規(guī)范設(shè)計(jì)關(guān)系模式，將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的關(guān)系分解成結(jié)構(gòu)簡單的關(guān)系，從而把不好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式轉(zhuǎn)變?yōu)楹玫年P(guān)系數(shù)據(jù)庫模式，這就是關(guān)系的規(guī)范化。規(guī)范化又可以根據(jù)不同的要求而分成若干級(jí)別。我們要設(shè)計(jì)的關(guān)系模式中的各屬性是相互依賴、相互制約的，這樣才構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼w。因此在設(shè)計(jì)關(guān)模式時(shí)，必須從語義上分析這些依賴關(guān)系。2.1規(guī)范化問題的提出經(jīng)過上述分析，我們說分解后的關(guān)系模2.2函數(shù)依賴1.函數(shù)依賴的定義函數(shù)對(duì)我們來說已經(jīng)是非常熟悉的概念，對(duì)公式：

Y=f(X)給定一個(gè)X值，都會(huì)有一個(gè)Y值和它對(duì)應(yīng)，也可以說X函數(shù)決定Y，或Y函數(shù)依賴于X。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中討論函數(shù)或函數(shù)依賴注重的是語義上的關(guān)系，比如：省=f(城市)如果“城市”是自變量X，“省”是因變量或函數(shù)值Y。并且把X決定Y，或Y函數(shù)依賴于X表示為：

X→Y2.2函數(shù)依賴1.函數(shù)依賴的定義2.2函數(shù)依賴函數(shù)依賴定義：如果有一個(gè)關(guān)系模式R(A1,A2,…,An)，X和Y為{A1,A2,…,An}的子集，那么對(duì)于關(guān)系R中的任意一個(gè)X值，都只有一個(gè)Y值與之對(duì)應(yīng)，則稱X函數(shù)決定Y，或Y函數(shù)依賴于X。例如：對(duì)學(xué)生關(guān)系模式：Student（Sno,SName,Sdept,Sage）

有：Sno→SName,Sno→Sdept,Sno→Sage

對(duì)學(xué)生修課關(guān)系模式：SC（Sno,Cno,Grade）

有：（Sno,Cno）→Grade2.2函數(shù)依賴函數(shù)依賴定義：如果有一個(gè)關(guān)系模式R(A1,2.2函數(shù)依賴2．函數(shù)依賴與屬性之間的聯(lián)系類型有關(guān)（1）在一個(gè)關(guān)系模式中，如果屬性X與Y有1:1聯(lián)系時(shí)，則存在函數(shù)依賴X→Y，Y→X，即

XY（2）如果屬性X與Y有1:m的聯(lián)系時(shí)，則只存在函數(shù)依賴X→Y。

例如，Sno與Sage，Sdept之間均為1:m聯(lián)系，所以有 SNO→Sage，Sno→Sdept。（3）如果屬性X與Y有m:n的聯(lián)系時(shí)，則X與Y之間不存在任何函數(shù)依賴關(guān)系。例如，一個(gè)學(xué)生可以選修多門課程，一門課程又可以為多個(gè)學(xué)生選修，所以SNO與CNO之間不存在函數(shù)依賴關(guān)系。由于函數(shù)依賴與屬性之間的聯(lián)系類型有關(guān)，所以在確定屬性間的函數(shù)依賴關(guān)系時(shí)，可以從分析屬性間的聯(lián)系類型入手，便可確定屬性間的函數(shù)依賴。例如，當(dāng)學(xué)生無重名時(shí)，SNOSN2.2函數(shù)依賴2．函數(shù)依賴與屬性之間的聯(lián)系類型有關(guān)XY2.2函數(shù)依賴3．一些術(shù)語和符號(hào)

設(shè)有關(guān)系模式R(A1,A2,…,An)，X和Y均為{A1,A2,…,An}的子集如果X→Y，但Y不包含于X，則稱X→Y是非平凡的函數(shù)依賴。如果X→Y，則稱X為決定因子。fX→YX→Yp如果Y函數(shù)不依賴于X，則記作XY。如果對(duì)X的某個(gè)真子集X′，有X′→Y，則稱Y部分函數(shù)依賴于X，(或稱Y對(duì)X部分函數(shù)依賴)記作

。

如果X→Y，并且Y→X，則記作X?Y。如果X→Y，并且對(duì)于X的一個(gè)任意真子集X/

都有X/

Y，則稱Y完全函數(shù)依賴于X(Y對(duì)X完全函數(shù)依賴)，記作2.2函數(shù)依賴3．一些術(shù)語和符號(hào)fX→YX→Yp如果2.2函數(shù)依賴?yán)?：有關(guān)系模式：SC（Sno,Sname,Cno,Credit,Grade）各屬性分別為：學(xué)號(hào)、姓名、課程號(hào)、學(xué)分、成績，主碼為（Sno,Cno）f→→p函數(shù)依賴關(guān)系有：Sno→Sname

姓名函數(shù)依賴于學(xué)號(hào)因?yàn)镾noGrade,CnoGrade,(Sno,Cno)→Grade,所以有（Sno,Cno）Grade成績完全函數(shù)依賴于學(xué)號(hào)和課程號(hào)（Sno,Cno）Sname

姓名部分函數(shù)依賴于學(xué)號(hào)和課程號(hào)2.2函數(shù)依賴?yán)?：有關(guān)系模式：SC（Sno,Snam2.2函數(shù)依賴如果X→Y（非平凡函數(shù)依賴，并且Y

X）、Y→Z，則稱Z傳遞函數(shù)依賴于X(或稱Z對(duì)X傳遞函數(shù)依賴)。

例如:在關(guān)系模式：S（Sno,Sname,Dept,Dept_master）中,各屬性分別為：學(xué)號(hào)、姓名、所在系和系主任（假設(shè)一個(gè)系只有一 個(gè)主任），主碼為Sno。

傳遞函數(shù)依賴關(guān)系有：

Sno→Sname

由于：Sno→Dept,Dept→Dept_master

所以有：Sno→Dept_master(系主任傳遞函數(shù)依賴于學(xué)號(hào))2.2函數(shù)依賴如果X→Y（非平凡函數(shù)依賴，并且YX一.關(guān)系模式中的碼

1．候選碼設(shè)K為R(U,F)中的屬性或?qū)傩越M，若KU，則K為R候選碼。（U-表示關(guān)系R的屬性全集,F-表示關(guān)系R上的依賴函數(shù)集)主碼：關(guān)系R(U,F)中可能有多個(gè)候選碼，則選其中一個(gè)作為 主碼全碼：候選碼為整個(gè)屬性組。主屬性與非主屬性：在R(U,F)中，包含在任一候選碼中的屬性稱為主屬性，不包含在任一候選碼中的屬性稱為非主屬性。例1：SC（Sno，Cno，Grade）

其候選碼為：（Sno，Cno），也為主碼

則主屬性為：Sno，Cno，Grade為非主屬性。

2.3關(guān)系規(guī)范化f→一.關(guān)系模式中的碼2.3關(guān)系規(guī)范化f→2.3關(guān)系規(guī)范化一.關(guān)系模式中的碼

例2：R（P，W，A）

其中各屬性含義分別為：演奏者，作品和聽眾。其語義為：一個(gè)演奏者可演奏多個(gè)作品，某一作品可被多個(gè)演奏者演奏；聽眾也可欣賞不同演奏者個(gè)不同作品。

其候選碼為：（P，W，A），因?yàn)橹挥羞@三者才能確定一場(chǎng)音樂會(huì)。我們稱全部屬性均為主碼的表為全碼表。2．外碼定義：若R（U，F(xiàn)）的屬性（組）X（X屬于U）是另一個(gè)關(guān)系S的主碼，則稱X為R的外碼。例3:學(xué)生關(guān)系SD(Sno,Sdept)和選課關(guān)系SC(Sno,Cno,Grade),SC中的Sno是SD中的主碼,則Sno是SC的外碼

2.3關(guān)系規(guī)范化一.關(guān)系模式中的碼2.3關(guān)系規(guī)范化二.范式規(guī)范化的基本思想是消除關(guān)系模式中的數(shù)據(jù)冗余，消除數(shù)據(jù)依賴中的不合適的部分，解決數(shù)據(jù)插入、更新、刪除時(shí)發(fā)生異?，F(xiàn)象。這就要求關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)出來的關(guān)系模式要滿足一定的條件。我們把關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化過程中為不同程度的規(guī)范化要求設(shè)立的不同標(biāo)準(zhǔn)稱為范式（NormalForm）。由于規(guī)范化的程度不同，就產(chǎn)生了不同的范式。滿足最基本規(guī)范化要求的關(guān)系模式叫第一范式(1NF)在第一范式中進(jìn)一步滿足一些要求為第二范式(2NF)以此類推就產(chǎn)生了第三范式(3NF)等概念。每種范式都規(guī)定了一些限制約束條件。

2.3關(guān)系規(guī)范化二.范式2.3關(guān)系規(guī)范化二.范式范式的概念最早由E.F.Codd提出。從1971年起，Codd相繼提出了關(guān)系的三級(jí)規(guī)范化形式，即第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）。1974年，Codd和Boyce以共同提出了一個(gè)新的范式的概念，即Boyce-Codd范式，簡稱BC范式。1976年Fagin提出了第四范式，后來又有人定義了第五范式。至此在關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范中建立了一個(gè)范式系列：1NF,2NF,3NF,BCNF,4NF,5NF,一級(jí)比一級(jí)有更嚴(yán)格的要求。2.3關(guān)系規(guī)范化二.范式2.3關(guān)系規(guī)范化

4NF5NFBCNF3NF2NF1NF規(guī)范與非規(guī)范關(guān)系各個(gè)范式之間的聯(lián)系可以表示為：

5NF?4NF?BCNF?3NF?2NF?1NF2.3關(guān)系規(guī)范化4NF5NFBCNF3NF2NF1NF規(guī)范2.3關(guān)系規(guī)范化1．第一范式第一范式（FirstNormalForm）是最基本的規(guī)范形式，即關(guān)系中每個(gè)屬性都是不可再分的簡單項(xiàng)。定義:如果關(guān)系模式R，其所有的屬性均為簡單屬性，即每個(gè)屬性都是不可再分的，則稱R屬于第一范式，簡稱1NF，記作R1NF。

系名稱高級(jí)職稱人數(shù)教授副教授計(jì)算機(jī)系610信息管理系35電子與通訊系48系名稱教授副教授計(jì)算機(jī)系610信息管理系35電子與通訊系482.3關(guān)系規(guī)范化1．第一范式系名稱2.3關(guān)系規(guī)范化2．第二范式

定義：如果關(guān)系模式R∈1NF，并且R中的每個(gè)非主屬性都完全函數(shù) 依賴于主碼，則R∈2NF。

例：S-L-C（Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade）就不是2NF的。 因?yàn)椋⊿no,Cno）是主碼，而又有：Sno→Sdept,

因此有：（Sno，Cno）Sdept

→p即存在非主屬性對(duì)主碼的部分函數(shù)依賴，所以S-L-C不是2NF。2.3關(guān)系規(guī)范化2．第二范式→p即存2.3關(guān)系規(guī)范化2．第二范式分解過程為：首先，對(duì)于組成主碼的屬性集合的每一個(gè)子集，用它作為主碼構(gòu)成一個(gè)表。S-C(Sno,Cno…),S(Sno…),C(Cno…)

f→f→f→對(duì)于每個(gè)表，將依賴于此主碼的屬性放置到此表中。

S-L-C關(guān)系模式分解后的形式為：

S-L（Sno,Sdept,Sloc）和S-C（Sno,Cno,Grade）S-L有：SnoSdept，SnoSLOC：是2NFS-C有:（Sno,Cno）Grade：是2NF2.3關(guān)系規(guī)范化2．第二范式f→f→f→對(duì)于每個(gè)表2.3關(guān)系規(guī)范化2．第二范式

2NF的缺點(diǎn)2NF的關(guān)系模式在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)，仍然存在著一些問題：數(shù)據(jù)冗余每個(gè)系名和所在的宿舍樓名字存儲(chǔ)的次數(shù)等于該系的學(xué)生人數(shù)。插入異常當(dāng)一個(gè)新系沒有招生時(shí)，有關(guān)該系的信息無法插入。刪除異常某系學(xué)生全部畢業(yè)而沒有招生時(shí)，刪除全部學(xué)生的記錄也隨之刪除了該系的有關(guān)信更新異常更換系所在宿舍樓名字時(shí)，仍需改動(dòng)較多的學(xué)生記錄。之所以存在這些問題，是由于在S-L表中存在著非主屬性對(duì)主碼的傳遞依賴。分析S-L表中函數(shù)依賴關(guān)系，Sno→Sdept，Sdept→Sloc，Sno→Sloc，非主屬性Sloc對(duì)主碼Sno傳遞依賴。為此，對(duì)關(guān)系模式還需進(jìn)一步簡化，消除這種傳遞依賴，得到3NF。

2.3關(guān)系規(guī)范化2．第二范式S-L分解后的關(guān)系模式為：S-D（Sno,Sdept）和D-L（Sdept,Sloc）

對(duì)S-D，有：SnoSdept，因此S-D是3NF的對(duì)D-L，有：SdeptSloc，因此D-L也是3NF的2.3關(guān)系規(guī)范化3．第三范式定義：如果R(U,F)∈2NF，并且所有非主屬性都不傳遞依賴于主碼，則R(U,F)∈3NF。

f→f→關(guān)系模式S-L（Sno,Sdept,Sloc）不是3NF。分解過程為:

（1）對(duì)于不是候選碼的每個(gè)決定因子，從表中刪去依賴于它的所有屬性；得到S-D（Sno,Sdept）（2）新建一個(gè)表，新表中包含在原表中所有依賴于該決定因子的屬性；（3）將決定因子作為新表的主碼。新建的表:D-L（Sdept,Sloc）

S-L分解后的關(guān)系模式為：S-D（Sno,Sdept）和D-2.3關(guān)系規(guī)范化3．第三范式

關(guān)系模式S-L由2NF分解為3NF后，函數(shù)依賴關(guān)系變得更加簡單，既沒有非主屬性對(duì)主碼的部分依賴，也沒有非主屬性對(duì)主碼的傳遞依賴，解決了2NF中存在的四個(gè)問題。數(shù)據(jù)冗余降低。系所在的宿舍樓名字存儲(chǔ)次數(shù)與該系的學(xué)生人數(shù)無關(guān)，只在關(guān)系D-L中存儲(chǔ)一次不存在插入異常。當(dāng)一個(gè)新系沒有學(xué)生時(shí)，該系的信息可以直接插入到關(guān)系D-L中，而與學(xué)生關(guān)系S-D無關(guān)不存在刪除異常。要?jiǎng)h除某系的全部學(xué)生而仍然保留該系的有關(guān)信息時(shí)，可以只刪除學(xué)生關(guān)系S-D中的相關(guān)學(xué)生記錄，而不影響系關(guān)系D-L中的數(shù)據(jù)。不存在更新異常。更換所在的宿舍樓時(shí)，只需修改關(guān)系D-L中一個(gè)相應(yīng)元組的Sloc屬性值，從而不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的不一致現(xiàn)象。S-L-C規(guī)范到3NF后，所存在的異常現(xiàn)象已經(jīng)全部消失。通常在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中，一般要求要達(dá)到3NF。2.3關(guān)系規(guī)范化3．第三范式3．第三范式

但是3NF只限制了非主屬性對(duì)碼的依賴關(guān)系，而沒有限制主屬性對(duì)碼的依賴關(guān)系。

例如：設(shè)關(guān)系模式SNC（SNO，SN，CN0，SCORE），其中SNO代表學(xué)號(hào)，SN代表學(xué)生姓名并假設(shè)沒有重名，CNO代表課程號(hào)，SCORE代表成績?？梢耘卸?，SNC有兩個(gè)候選碼（SNO，CNO）和（SN，CNO），其函數(shù)依賴如下：

SNO?SN （SNO，CNO）→SCORE （SN，CNO）→SCORE如某個(gè)同學(xué)需要改名，則需要將該學(xué)生的所有記錄都要進(jìn)行修改，稍有不慎，就有可能漏改某些記錄，這就會(huì)造成數(shù)據(jù)的不一致性。產(chǎn)生操作異常的原因:（SNO，CNO）SN，即存在主屬性對(duì)碼的部分函數(shù)依賴為了解決這種問題，Boyce與Codd共同提出了一個(gè)新范式的定義，這就是Boyce-Codd范式，通常簡稱BCNF或BC范式。它彌補(bǔ)了3NF的不足。2.3關(guān)系規(guī)范化→p3．第三范式2.3關(guān)系規(guī)范化→p

但是，因?yàn)镾NO?SN，即決定因素SNO或SN不包含候選碼，從另一個(gè)角度說，存在著主屬性對(duì)碼的部分函數(shù)依賴：（SNO，CNO）SN，（SN，CNO）SNO，所以SNC不是BCNF。2.3關(guān)系規(guī)范化4．BC范式(BCNF)定義：若關(guān)系模式R∈1NF，對(duì)于關(guān)系R的每個(gè)函數(shù)依賴X→Y且YX，X必含有候選碼，則R∈BCNF。即每個(gè)決定屬性集都包含候選碼。上面例子中唯一的非主屬性SCORE對(duì)碼不存在部分函數(shù)依賴，也不存在傳遞函數(shù)依賴。所以SNC3NF?！鷓→p但是，因?yàn)镾NO?SN，即決定因素SNO或SN不包含2.3關(guān)系規(guī)范化4．BC范式(BCNF)解決這一問題的辦法仍然是通過投影分解進(jìn)一步提高SNC的范式等級(jí)，將SNC規(guī)范到BCNF。

可以將SNC分解成如下兩個(gè)關(guān)系：S1(SNO,SN),S2(SNO,CNO,SCORE)

對(duì)于S1，有兩個(gè)候選碼SNO和SN，對(duì)于S2，主碼為（SNO，CNO）。在這兩個(gè)關(guān)系中，每個(gè)決定屬性集都包含候選碼(即無論主屬性還是非主屬性都不存在對(duì)碼的部分依賴和傳遞依賴)，S1BCNF，S2BCNF。關(guān)系SNC轉(zhuǎn)換成BCNF后，數(shù)據(jù)冗余度明顯降低。學(xué)生的姓名只在關(guān)系S1中存儲(chǔ)一次，學(xué)生要改名時(shí)，只需改動(dòng)一條學(xué)生記錄中的相應(yīng)的SN值，從而不會(huì)發(fā)生修改異常。SNOSNS1中的函數(shù)依賴關(guān)系SNOCNOSCORES2中的函數(shù)依賴關(guān)系2.3關(guān)系規(guī)范化4．BC范式(BCNF)可以將SNC2.4關(guān)系模式的分解準(zhǔn)則關(guān)系規(guī)范化的目的：解決關(guān)系模式