數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完整性

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完整性第1頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

本講參考書(shū)目：

1[美]

Rob,P.Coonel,C.

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與管理（第5版）.陳立軍等譯.電子工業(yè)出版社，2004.32[美]

Ramakrishnan,R.Gehrke,J.

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)（第3版）.周立柱等譯.北京：清華大學(xué)出版社，2004.3第2頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述

DBMS

從產(chǎn)生直至發(fā)展到現(xiàn)在,出現(xiàn)了多種類(lèi)型.按其數(shù)據(jù)模型來(lái)分，主要有層次數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù).前兩者在六七十年代較為流行，然而他們表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系太過(guò)于復(fù)雜，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用，只是在講解數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候才有所提及.

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)以關(guān)系的數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的一項(xiàng)重大突破.

一、

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

第3頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)單嚴(yán)謹(jǐn)，二十多年來(lái)有了長(zhǎng)足發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)今幾乎所有的數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品都是基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的.

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵因素,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、功能齊全的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)于提高數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)效率和程序的性能都是非常重要的.

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是指對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用環(huán)境,構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)模式，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，使其能夠有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)記錄，并能滿(mǎn)足各種應(yīng)用需求.第4頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于一個(gè)數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是它的一個(gè)核心部分，但對(duì)于大型的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),它只是其中一個(gè)部分.

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的過(guò)程可以分為6

步.(1)需求分析

(2)概念數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

(3)邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

(4)模式的細(xì)化

(5)物理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

(6)應(yīng)用與安全設(shè)計(jì)第5頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2規(guī)劃關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)劃是所有數(shù)據(jù)庫(kù)編程的第一步,也是最重要的一步.

首先，列出客戶(hù)所關(guān)心的所有數(shù)據(jù)和建立這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的主要目的.這可以通過(guò)收集各種相關(guān)的數(shù)據(jù)報(bào)表和表格來(lái)完成.需求分析是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的第一階段，不斷的調(diào)查與研究，了解組織機(jī)構(gòu)的情況，了解部門(mén)的業(yè)務(wù)流程等系統(tǒng)需求，對(duì)于設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)庫(kù)是非常重要的.

然后，數(shù)據(jù)表規(guī)劃是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中技巧性最強(qiáng)的一個(gè)步驟.數(shù)據(jù)表要滿(mǎn)足第三范式.第6頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)有以下三條基本原則：

●數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄個(gè)數(shù)應(yīng)該反映現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象的個(gè)數(shù).如果一個(gè)對(duì)象的實(shí)例在現(xiàn)實(shí)世界中存在，則在數(shù)據(jù)庫(kù)中有且只有一條記錄存在.

●每行記錄的字段應(yīng)該表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象的屬性.

●現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象之間的關(guān)系應(yīng)該反映在數(shù)據(jù)庫(kù)記錄之間的關(guān)系上.第7頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完整性概述

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的目的是建立現(xiàn)實(shí)世界的模型.基于這一點(diǎn),用來(lái)實(shí)施數(shù)據(jù)完整性的規(guī)則和方法無(wú)論對(duì)于理論和數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)的實(shí)踐都很重要.

數(shù)據(jù)完整性是指存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的正確性和相容性.

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完整性的目的是為了防止數(shù)據(jù)庫(kù)中存在不符合語(yǔ)義的數(shù)據(jù),防止錯(cuò)誤信息的輸入和輸出.第8頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)完整性可以分為四類(lèi)：●實(shí)體完整性每個(gè)實(shí)體都保持惟一性.

●值域完整性如何限制向表中輸入值的范圍.●引用完整性(參照完整性)

處理數(shù)據(jù)時(shí)維護(hù)表之間數(shù)據(jù)的一致性.●用戶(hù)定義的完整性

體現(xiàn)實(shí)際運(yùn)用的業(yè)務(wù)規(guī)則.第9頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月●實(shí)體完整性

每一個(gè)實(shí)體都必須擁有一個(gè)主鍵或者其他的惟一標(biāo)識(shí)列.

要求：所有的主鍵項(xiàng)都是唯一的，并且主鍵的任何部分都不能為空.

目的：保證每個(gè)實(shí)體有惟一的標(biāo)識(shí)，確保外鍵值可以正確地引用主鍵值.

例子：發(fā)貨單沒(méi)有重復(fù)的號(hào)碼，號(hào)碼也不能為空.●參照完整性

要求：外鍵可能是空---只要它不是它自己所在的表的主鍵的一部分---每個(gè)非null外鍵值必須參照已經(jīng)存在的主鍵值.

目的：不能有無(wú)效的項(xiàng).

例子：客戶(hù)可以沒(méi)有給定的代理商號(hào)碼，但是不能有無(wú)效的代理商號(hào)碼.第10頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

SQLServer提供的用來(lái)實(shí)施數(shù)據(jù)完整性的途徑主要是:

約束(

constraint)

標(biāo)識(shí)列(identitycolumn)

默認(rèn)值(default)

規(guī)則(rule)

觸發(fā)器(trigger)

數(shù)據(jù)類(lèi)型(datatype)

索引(index)

存儲(chǔ)過(guò)程(storedprocedure)第11頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

●約束完整性約束完整性是指數(shù)據(jù)的正確性和完備性.在用INSERT、DELETE、UPDATE

語(yǔ)句修改數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容時(shí)，數(shù)據(jù)的完整性可能會(huì)遭到破壞，有如下幾種情況：

---無(wú)效的數(shù)據(jù)被添加到數(shù)據(jù)庫(kù)中，如某訂單所指的產(chǎn)品不存在.---對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改不一致，如為某產(chǎn)品增加了訂單，但卻沒(méi)有調(diào)整產(chǎn)品的庫(kù)存信息.---將存在的數(shù)據(jù)修改為無(wú)效的數(shù)據(jù).第12頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在SQLServer

中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性的方法之一就是約束.使用這種方法簡(jiǎn)單且不容易出錯(cuò)，它把完整性的要求定義在表和列上.

所謂約束，是SQLServer

強(qiáng)制實(shí)行的應(yīng)用規(guī)則，它能夠限制用戶(hù)存放到表中的數(shù)據(jù)的格式和范圍.

約束是在CREATETABLE、ALTERTABLE語(yǔ)句中，通過(guò)CONSTRAINT

和DEFAULT實(shí)現(xiàn).第13頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1概論好的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)需要好的表結(jié)構(gòu).本節(jié)我們將學(xué)習(xí)如何評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)庫(kù)表，控制數(shù)據(jù)冗余，從而避免數(shù)據(jù)異常，這就是規(guī)范化.

為了識(shí)別和鑒賞好的表結(jié)構(gòu)的特性，考察一個(gè)不好的表結(jié)構(gòu)是很有用的.利用這種方法，我們將學(xué)會(huì)如何設(shè)計(jì)好的表結(jié)構(gòu)，如何修改已有的不好的表結(jié)構(gòu).二、數(shù)據(jù)庫(kù)表的規(guī)范化第14頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月通過(guò)規(guī)范化不僅可以消除數(shù)據(jù)異常，而且適當(dāng)規(guī)范化的表結(jié)構(gòu)實(shí)際上要比沒(méi)有規(guī)范化的來(lái)得簡(jiǎn)單，它還能反映出一個(gè)組織的實(shí)際運(yùn)行情況.

擁有好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，并不足以避免數(shù)據(jù)冗余.即使在一個(gè)好的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中,也有可能生成不好的表結(jié)構(gòu).

第15頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月那么，如何識(shí)別不好的表結(jié)構(gòu)，如何創(chuàng)建好的表結(jié)構(gòu)呢？?jī)蓚€(gè)問(wèn)題的答案都是基于規(guī)范化的.規(guī)范化是給實(shí)體分配屬性的過(guò)程.它能夠減少但不能夠消除數(shù)據(jù)冗余；相反，它通過(guò)生成有控制的冗余來(lái)連接數(shù)據(jù)庫(kù)表.第16頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月規(guī)范化通過(guò)一系列稱(chēng)為范式的階段來(lái)完成.最前面的三個(gè)階段分別叫做第一范式(1NF)、第二范式(2NF)和第三范式(3NF).

從結(jié)構(gòu)化的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，2NF比1NF好，3NF比2NF好.對(duì)于大多數(shù)的事物數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，我們只要能規(guī)范到3NF就已經(jīng)足夠了.

雖然規(guī)范化是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，但是并不是規(guī)范化級(jí)別越高越好.通常,范式級(jí)別越高，產(chǎn)生制定輸出所要求的連接就越多，系統(tǒng)對(duì)終端用戶(hù)請(qǐng)求的響應(yīng)就越慢.第17頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月我們考察某建筑公司的一個(gè)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫(kù)行為.該公司管理幾個(gè)建筑項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目都有它自己的項(xiàng)目號(hào)、項(xiàng)目名、員工等屬性，每個(gè)員工有員工號(hào)、姓名和職位級(jí)別等屬性.

公司根據(jù)每個(gè)合同需要花費(fèi)的小時(shí)數(shù)來(lái)向客戶(hù)收費(fèi).每小時(shí)的報(bào)酬由員工的職位決定.

該應(yīng)用周期性地生成信息報(bào)表.由這個(gè)報(bào)表對(duì)應(yīng)地生成一個(gè)表.2

規(guī)范化的必要性第18頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月這個(gè)表的結(jié)構(gòu)不符合完整性的要求，它也沒(méi)有很好的處理數(shù)據(jù).①項(xiàng)目號(hào)（PROJ_NUM）很明顯是希望作為一個(gè)主碼，或者至少是主碼的一部分，但是它包含空值.②表的數(shù)據(jù)輸入引起數(shù)據(jù)的不一致.如，Elect.Engineer可能寫(xiě)成Elect.Eng,El.Eng,EE.

③該表中有數(shù)據(jù)冗余，會(huì)產(chǎn)生異常：更新異常:如修改105號(hào)的JOB_CLASS.

插入異常，刪除異常.

當(dāng)把某員工分配到某項(xiàng)目時(shí),重復(fù)輸入數(shù)據(jù).第19頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

●

消除組重復(fù)在作為主碼的列中加入合適的項(xiàng)即可.●

主碼應(yīng)能恰當(dāng)?shù)?、惟一地確定任何屬性值取主碼為PROJ_NUM

和EMP_NUM

的組合.

這樣得到了符合第一范式的表.

3到第一范式的轉(zhuǎn)換第20頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PROJ_NUM

PROJ_NAME

EMP_NUMEMP_NAMEJOB_CLASSCHG_HOUR

HOUR部分依賴(lài)部分依賴(lài)傳遞依賴(lài)第21頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月術(shù)語(yǔ)1NF描述了如下的表格式：

●

定義了所有的碼屬性.●

表中沒(méi)有重復(fù)組.●

所有的屬性都依賴(lài)于主碼.

所有的關(guān)系表都屬于1NF.上圖所示的第一范式的表結(jié)構(gòu)的問(wèn)題是它包含部分依賴(lài),

也就是說(shuō)，基于部分主碼的依賴(lài).

雖然有時(shí)為了提高性能需要使用部分依賴(lài),但要謹(jǐn)慎使用.因?yàn)檫@樣的表仍有數(shù)據(jù)冗余(由每行記錄都要求有數(shù)據(jù)副本而產(chǎn)生),重復(fù)輸入使效率很低，也會(huì)助長(zhǎng)數(shù)據(jù)異常的產(chǎn)生.

第22頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一個(gè)表屬于第二范式是指：●

它屬于1NF.●

它不包含部分依賴(lài)，即，沒(méi)有屬性只依賴(lài)于主碼的一部分.

到第二范式的轉(zhuǎn)換是，將原表分為三個(gè)表:

PROJCT(PROJ_NUM,PROJ_NAME)EMPLOYEE(EMP_NUM,EMP_NAME,JOB_CLASS,CHG_HOUR)

ASSIGN(PROJ_NUM,EMP_NUM,ASSIGN_HOUR)4到第二范式的轉(zhuǎn)換