關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的范式選擇

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的范式選擇

學(xué)校已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一套捐贈(zèng)管理系統(tǒng)。由于建設(shè)階段的數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)存在一些問(wèn)題，如數(shù)據(jù)冗余、輸入異常、刪除異常并修改異常。為了解決數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的這些問(wèn)題,設(shè)計(jì)組對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)重新進(jìn)行了設(shè)計(jì),第二次設(shè)計(jì)采用了數(shù)據(jù)規(guī)范化設(shè)計(jì),對(duì)部分關(guān)系模式進(jìn)行了分解,使數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)關(guān)系模式最低都達(dá)到了3NF。經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù),消除了數(shù)據(jù)冗余、插入、修改及刪除等異常現(xiàn)象,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。由此可見(jiàn),數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化設(shè)計(jì)在實(shí)際信息系統(tǒng)是十分重要的,所以為了使設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)模式達(dá)到最優(yōu),人們通常使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)范化。1數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)化1.1各種捐贈(zèng)類型,有校企直接關(guān)系(1)函數(shù)依賴。概念:是指關(guān)系中各屬性或?qū)傩越M之間的相互依賴關(guān)系。它是數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系規(guī)范化的理論基礎(chǔ)。是給定一個(gè)關(guān)系模式R(U),X,Y是U的子集。對(duì)于X的每一個(gè)確定的值在任何時(shí)刻Y都有只有一個(gè)確定的值與之對(duì)應(yīng),則稱X函數(shù)確定Y或Y函數(shù)依賴于X,記作X→Y。(2)完全函數(shù)依賴。概念:如果屬性Y函數(shù)依賴于復(fù)合屬性X,且不與X的任何子集函數(shù)相依賴,則稱“Y完全函數(shù)依賴于X”。示例:有校友捐贈(zèng)管理系統(tǒng)中有如下的關(guān)系模式:受益人信息(捐贈(zèng)編號(hào),受益人身份證號(hào),受益金額,使用說(shuō)明),“捐贈(zèng)編號(hào),受益人身份證號(hào)”→“受益金額”,是完全函數(shù)依賴。(3)部分函數(shù)依賴。概念:對(duì)于一個(gè)函數(shù)依賴:X→Y,如果存在Z∈X(Z屬于X),且有Z→Y成立,則稱“Y部分函數(shù)依賴于X”。示例:有校友捐贈(zèng)管理系統(tǒng)中如下的關(guān)系模式:捐贈(zèng)信息(捐贈(zèng)編號(hào),捐贈(zèng)校友,捐贈(zèng)時(shí)間,捐贈(zèng)金額,捐贈(zèng)類型,受益人身份證號(hào),受益人姓名,受益人所在單位),其中捐贈(zèng)信息的主碼為復(fù)合碼(捐贈(zèng)編號(hào)+受益人身份證號(hào)),其中“受益人身份證號(hào)—>受益人姓名,捐贈(zèng)編號(hào)->捐贈(zèng)校友”與主碼是部分函數(shù)依賴。(4)傳遞函數(shù)依賴。概念:在R(U)中,如果X→Y,Y→X,Y→Z,則稱Z對(duì)X傳遞函數(shù)依賴。校友捐贈(zèng)管理系統(tǒng)中有如下的關(guān)系模式:校友信息(校友編號(hào),姓名,工作單位,職務(wù),班級(jí),院系,入學(xué)年份,身份證號(hào))“校友編號(hào)→班級(jí),班級(jí)→院系,入學(xué)年份”,則院系傳遞依賴于校友編號(hào)。在以上函數(shù)依賴的各示例中是校友捐贈(zèng)管理系統(tǒng)第一次沒(méi)有依照數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化設(shè)計(jì)的關(guān)系模式,如果插入數(shù)據(jù),會(huì)存在各種數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象。所以進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)勢(shì)在必行,而數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)都是通過(guò)范式來(lái)體現(xiàn)的。1.2關(guān)系模式2nf,3nf關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的關(guān)系是滿足一定要求的,滿足不同程度要求的為不同范式。就可以構(gòu)成不同的范式級(jí)別,一般分為:第一范式(1NF)、第二范式(2NF)、第三范式(3NF)、BC范式(BCNF)、第四范式(4NF)和第五范式(5NF)。在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到3NF即可,所以我們只在此文檔中介紹1NF、2NF和3NF。(1)第一范式(1NF)。定義:在關(guān)系模式R(U)中,如果每一個(gè)分量都是不可再分的數(shù)據(jù)項(xiàng),即原子項(xiàng),稱為第一范式(1NF)。第一范式是對(duì)關(guān)系的最低要求。校友捐贈(zèng)管理系統(tǒng)中有如下的關(guān)系模式:捐贈(zèng)信息(捐贈(zèng)編號(hào),捐贈(zèng)校友,捐贈(zèng)時(shí)間,捐贈(zèng)金額,捐贈(zèng)類型,受益人身份證號(hào),受益人姓名,受益人所在單位),是1NF。(2)第二范式(2NF)。定義:如果關(guān)系模式R為第一范式,且R中每個(gè)非主屬性完全函數(shù)依賴于R的主碼(復(fù)合碼),則稱R為2NF模式。校友捐贈(zèng)管理系統(tǒng)中有如下的關(guān)系模式:捐贈(zèng)信息(捐贈(zèng)編號(hào),捐贈(zèng)校友,捐贈(zèng)時(shí)間,捐贈(zèng)金額,捐贈(zèng)類型,受益人身份證號(hào),受益人姓名,受益人所在單位),這個(gè)關(guān)系模式是1NF而不是2NF,因?yàn)榇酥鞔a為復(fù)合碼(捐贈(zèng)編號(hào)+受益人身份證號(hào)),而其中“受益人身份證號(hào)—>受益人姓名,捐贈(zèng)編號(hào)->捐贈(zèng)校友”與主碼是部分函數(shù)依賴,所以它不滿足第二范式的條件。如果想把以上關(guān)系模式分解為第二范式,解決辦法只有消除部分函數(shù)依賴。方法如下:(1)把對(duì)主碼部分函數(shù)依賴的非主屬性和決定它們的主屬性獨(dú)立出來(lái),放在一個(gè)關(guān)系模式中。對(duì)主碼完全函數(shù)依賴的非主屬性與決定它們的主碼放在一個(gè)關(guān)系模式中。(2)再檢查分解后的新模式,如果仍不是2NF,則繼續(xù)按照前面的方法進(jìn)行分解,直到達(dá)到要求。關(guān)系模式捐贈(zèng)信息的分解結(jié)果如下:捐贈(zèng)信息(捐贈(zèng)編號(hào),捐贈(zèng)校友,捐贈(zèng)時(shí)間,捐贈(zèng)金額,捐贈(zèng)類型),受益人信息(捐贈(zèng)編號(hào),受益人身份證號(hào),受益人姓名,受益人所在單位)(3)第三范式(3NF)。定義:如果關(guān)系模式R為第二范式,且R中每個(gè)非主屬性都不傳遞函數(shù)依賴于R的某個(gè)非主屬性,則稱R為3NF模式。關(guān)系模式校友信息(校友編號(hào),姓名,工作單位,職務(wù),班級(jí),院系,入學(xué)年份,身份證號(hào))是不是3NF,答案是否定的,由“校友編號(hào)→班級(jí),班級(jí)→院系”,可以推出“校友編號(hào)→院系”,院系傳遞依賴于校友編號(hào),所以此關(guān)系模式不滿足3NF。若想將此關(guān)系模式滿足3NF,只有消除傳遞函數(shù)依賴。方法如下:(1)把造成傳遞函數(shù)依賴的決定因素連同被它們決定的屬性獨(dú)立放在一個(gè)關(guān)系模式中,直接對(duì)主碼函數(shù)依賴的非主屬性與決定它們的主碼放在一個(gè)關(guān)系模式中。(2)檢查分解后的新模式,如果不是3NF,則繼續(xù)按照前面的方法進(jìn)行分解,直到達(dá)到要求。關(guān)系模式校友信息的模式分解如下:校友信息(校友編號(hào),姓名,工作單位,職務(wù),身份證號(hào)),班級(jí)信息(班級(jí),院系,入學(xué)年份)2關(guān)系二重性原則規(guī)范化的過(guò)程是逐步消除關(guān)系模式中不合適的數(shù)據(jù)依賴的過(guò)程,使得模式中的各關(guān)系模式達(dá)到某種程度的“分離”。即“一事一地”的模式設(shè)計(jì)原則。讓一個(gè)關(guān)系描述一個(gè)概念、一個(gè)實(shí)體或者實(shí)體間的一種聯(lián)系。若多于一個(gè)概念就把它“分離”出去。其過(guò)程如圖所示:過(guò)程是通過(guò)對(duì)關(guān)系模式的分解來(lái)實(shí)現(xiàn)的,把低一級(jí)的關(guān)系模式分解為若干個(gè)高一級(jí)的關(guān)系模式,但是分解不是唯一的,最小冗余的要求必須以分解后的數(shù)據(jù)庫(kù)能夠表達(dá)原來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)所有信息為前提實(shí)現(xiàn)的。3數(shù)據(jù)庫(kù)模式的選擇基于數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系的規(guī)范化,又稱數(shù)據(jù)庫(kù)正規(guī)化、標(biāo)準(zhǔn)化,是數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系模式設(shè)計(jì)中的一系列原理和技術(shù)。通過(guò)第二次對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行規(guī)范化的設(shè)計(jì),使校園捐贈(zèng)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系模式都達(dá)到了3NF,消除了數(shù)據(jù)冗余、插入、刪除和修改異常現(xiàn)象。但是規(guī)范