第4章规范化设计.ppt

第4章 关系数据库的规范化设计 关系数据库的规范化设计是指面对一个现实问题，如何选择一个比较好的关系模式集合，以控制数据冗余，对数据进行有效的管理。设计关系模式将遇到一些理论。规范化设计理论主要包括3个方面的内容：数据依赖、范式和模式设计方法。其中数据依赖是研究数据之间的联系，范式是关系模式的标准，而模式设计方法是自动化设计的基础。规范化设计理论对关系数据库结构的设计起着重要的作用。 4.1 关系模式设计中的问题 4.1.1 关系模式的外延和内涵 外延：通常所说的关系、表、或当前值。它与时间有关的，随着时间的推移在不断的变化。这主要是经常对元组进行插入、删除和修改引起的。 内涵：与时间独立的，是对数据的定义以及数据完整性约束的定义。 数据的定义：对关系、属性及域的定义和说明。 数据完整性约束的定义主要包括两方面： 静态约束，涉及数据之间的联系(称数据依赖)、主键和值域的设计。 动态约束，定义插入、删除或修改对关系值的影响操作。 4.1 关系模式设计中的问题 4.1.2关系模式的冗余和异常问题 假设要设计一个学生学籍数据库studb，它有属性S#(学号)、SNAME(姓名)、DNAME(所在系)、AGE(年龄)、C#(课程号)、CNAME(课程名)、SCORE(成绩)、CNO#(选修课编号)。 以关系模式S_C_G(S#, SNAME,DNAME,AGE,C#,CNAME, SCORE, CNO#)为例说明该模式存在的问题。 4.1.2关系模式的冗余和异常问题 上面库模式存在的问题： (1)数据冗余。每选一门课，本人和有关课程都要存放一次(重复)，造成数据极大冗余。 (2)插入异常。该模式关键字由S#和C#组成。若插入一门课程信息，但该课程暂无学生选修，在属性S#上会出现空值，由于S#是主键中的属性，不允许取空值，因此不能把该课程插入数据库。 (3)删除异常。如果库中S9号赵强因退学，需要删除，但C7课程只有赵强一人选修，则在删除赵强信息时，C7课程也删除了。 对于上述模式中的问题可通过属性间函数依赖的研究解决。采用分解方法分解成3个模式： S(S#, SNAME, DNAME, AGE) C(C#, CNAME, CNO#,) SC(S#, C#, SCORE) 关系模式的实例，见关系表如下。 4.1.2关系模式的冗余和异常问题 关系S 4.1.3关系模式的非形式化设计准则 4.1.4 本章的符号规定 大写字母(首部)A,B,C,…表示单个的属性。 大写字母(尾部) …,U,V,W,X,Y,Z 表示属性集。 大写字母R表示关系模式，小写字母r表示其关系。有时也用属性名的组合表示关系模式。若模式有A、B、C共3个属性，就用ABC表示关系模式。 属性集{A1,…,An}简写为A1…An。属性集X和Y的并集X∪Y简写为XY。X ∪{A}简写成XA或AX。 4.2 函数依赖 大多数数据依赖是函数依赖(FD)，也是最基本、最重要的一种依赖。 4.2.1 函数依赖的定义 属性之间通常存在着一定依赖关系，属性值之间发生联系。例如，在关系模式S中，属性S#(学号)与DNAME(所在系)有依赖关系，因为对S#的一个确定值，DNAME也有一个且只有一个值与之相对应，这就称S#函数决定DNAME，或DNAME函数依赖于S#，即依赖关系。 又如，学生和每门课只有一名任课教师，学生学一门课只能有一个总成绩等等，这类联系称为函数依赖，其形式定义如下： 4.2 函数依赖 定义4.1 设关系模式R(U),其中U{A1,A2,…,An}是关系的属性全集，X和Y是属性集U的子集，函数依赖(FD)是形为X→Y的一个命题，只要r是R的当前关系，对r中任意两个元组t和s，都有t[X]=s[X]蕴涵t[Y]=s[Y]，则称X函数决定Y，或Y函数依赖于X。(∴记为X→Y)。 这里t[X]表示元组t在属性集X上的值。FD是对关系模式R的一切可能的关系r定义的。对于当前关系r的任意两个元组，如果X值相同，则要求Y值也相同，即一个X值就有一个Y值与之对应，或者说Y由X决定，因而这种依赖称为函数依赖。 如在关系模式是(S#,SNAME,DNAME,AGE)中存在函数依赖： S# →DNAME，表示每个学生属于一个系。还有： S# →SNAME，表示一个学生只有一个姓名。 (S#,C#) → SCORE,表示每个学生学一门课只能有一个成绩。 例4.2 例4.3 4.2.1 函数依赖的定义 例4.4 设关系模式R(ABCD)，在R的关系中，属性值间有这样的联系：A值与B值有一对多联系，即每个A值有多个B值与之联系，而每个B值只有一个A值与之联系； C值与D值有一对一联系，即每个C值只有一个D值与之联系，每