关系数据库规范化理论.doc

第四章 关系数据库规范化理论 一个关系数据库模式由一组关系模式组成，一个关系模式由一组属性名组成。关系数据库设计，就是如何把已给定的相互关联的一组属性名分组，并把每一组属性名组成关系的问题。然而，属性的分组不是唯一的，不同的分组对应着不同的数据库应用系统，它们的效率往往相差很远。 为了使数据库设计合理可靠，简单实用，长期以来，形成了关系数据库设计的理论——规范化理论。 ? 4.1 关系规范化的作用 规范化，就是用形式更为简洁，结构更加规范的关系模式取代原有关系模式的过程。 如果将两个或两个以上实体的数据存放在一个表里，就会出现下列三个问题： 数据冗余度大 插入异常 删除异常 所谓数据冗余，就是相同数据在数据库中多次重复存放的现象。数据冗余不仅会浪费存储空间，而且可能造成数据的不一致性。 插入异常是指，当在不规范的数据表中插入数据时，由于实体完整性约束要求主码不能为空的限制，而使有用数据无法插入的情况。 删除异常是指，当不规范的数据表中某条需要删除的元组中包含有一部分有用数据时，就会出现删除困难。 （以P98工资表为例） 解决上述三个问题的方法，就是将不规范的关系分解成为多个关系，使得每个关系中只包含一个实体的数据。 （讲例子解） 当然，改进后的关系模式也存在另一问题，当查询职工工资时需要将两个关系连接后方能查询，而关系连接的代价也是很大的。 那么，什么样的关系需要分解？分解关系模式的理论依据又是什么？分解完后能否完全消除上述三个问题？回答这些问题需要理论指导。下面，将加以讨论： 4.2 函数依赖 4.2.1属性间关系 实体间的联系有两类：一类是实体与实体之间联系；另一类是实体内部各属性间的联系。数据库建模一章中讨论的是前一类，在这里我们将学习第二类。 和第一类一样，实体内部各属性间的联系也分为1:1、1:n和m:n三类： 例：职工（职工号，姓名，身份证号码，职称，部门） 一对一关系（1:1） 设X、Y是关系R的两个属性（集）。如果对于X中的任一具体值，Y中至多有一个值与之对应，反之，对于Y中的任一具体值，X中也至多有一个值与之对应，则称X、Y两属性间是一对一关系。 如本例职工关系中职工号与身份证号码之间就是一对一关系。 2、一对多关系（1:n） 设X、Y是关系R的两个属性（集）。如果对于X中的任一具体值，Y中可以找到多个值与之对应，而对于Y中的任一具体值，X中至多只有一个值与之对应，则称属性X对Y是一对多关系。 如职工关系中职工号与职称之间就是一对多的关系。 3、多对多关系（m:n） 设X、Y是关系R的两个属性（集）。如果对于X中的任一具体值，Y中有n个值与之对应，而对于Y中的任一具体值，X中也有m个值与之对应，则称属性X对Y是一对多（m:n）关系。 例如，职工关系中，职称与部门之间就是多对多的关系。 上述属性间的三种关系，实际上是属性值之间相互依赖与相互制约的反映，因而称之为属性间的数据依赖。 数据依赖共有三种： 函数依赖（Functional Dependency，FD） 多值依赖（Multivalued Dependency，MVD） 连接依赖（Join Dependency，JD） 其中最重要的是函数依赖和多值依赖。 4.2.2 函数依赖 函数依赖，是属性之间的一种联系。在关系R中，X、Y为R的两个属性或属性组，如果对于R的所有关系r 都存在：对于X的每一个具体值，Y都只有一个具体值与之对应，则称属性Y函数依赖于属性X。或者说，属性X函数决定属性Y，记作X→Y。其中X叫作决定因素，Y叫作被决定因素。 上述定义，可简言之：如果属性X的值决定属性Y的值，那么属性Y函数依赖于属性X。换一种说法：如果知道X的值，就可以获得Y的值，则可以说X决定Y。 若Y函数不依赖于X，记作：X→Y。 若X→Y，Y→X，记作： 前面学习的属性间的三种关系，并不是每种关系中都存在着函数依赖。 如果X、Y间是1:1关系，则存在函数依赖 X←→Y 如果X、Y间是1:n关系，则存在函数依赖： X→Y或Y→X（多方为决定因素） 如果X、Y间是m:n关系，则不存在函数依赖。 注意，属性间的函数依赖不是指R的某个或某些关系子集满足上述限定条件，而是指R的一切关系子集都要满足定义中的限定。只要有一个具体的关系r（R的一个关系子集）不满足定义中的条件，就破坏了函数依赖，使函数依赖不成立。 这里的关系子集，指的是R的某一部分元组的集合，例如：地测学院的学生关系中只包含了地测学院学生的数据，所以它是长安大学学生关系的一个子集。 4.2.3 码的定义 前面，我们对码进行了直观化的定义，下面用函数依赖的概念对码作出较为精确的形式化的定义： 设K是关系模式R（U，F）中的属性或属性组，K’是K的任一子集。若K→U，而不存在K＇→Ｕ，则K为R的候选码（