課件-數(shù)據(jù)庫規(guī)范化與范式

數(shù)據(jù)庫關(guān)系規(guī)范化問題：仔細觀察下面三張表，分析一下有啥問題？grade表student表course表問題總結(jié)1、三張表中的信息互相之間存在冗余；2、當單一表中的數(shù)據(jù)如studentname或者coursename發(fā)生改變時，其他表中對應的數(shù)據(jù)不會同步發(fā)生變化，因此存在信息不一致的隱患；3、維護比較麻煩，工作量大，特別是當數(shù)據(jù)表比較多時，讓多個表之間信息同步比較麻煩。解決方法：范式理論??！將表結(jié)構(gòu)設計成滿足第二范式要求！范式的概念范式是符合某一種級別的關(guān)系模式的集合。關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的關(guān)系必須滿足一定的要求，即滿足不同的范式。目前關(guān)系數(shù)據(jù)庫有六種范式：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、第四范式（4NF）、第五范式（5NF）和第六范式（6NF）。滿足最低要求的范式是第一范式（1NF）。在第一范式的基礎上進一步滿足更多要求的稱為第二范式（2NF），其余范式以次類推。一般說來，數(shù)據(jù)庫只需滿足第三范式（3NF）就行了。第一范式所謂第一范式（1NF）是指數(shù)據(jù)庫表的每一列都是不可分割的基本數(shù)據(jù)項，同一列中不能有多個值，即實體中的某個屬性不能有多個值或者不能有重復的屬性。如果出現(xiàn)重復的屬性，就可能需要定義一個新的實體，新的實體由重復的屬性構(gòu)成，新實體與原實體之間為一對多關(guān)系。在第一范式（1NF）中表的每一行只包含一個實例的信息。例如學生信息表、課程信息表。不滿足第一范式的是什么情況呢？不滿足第一范式的情況右圖所示的表不滿足第一范式，原因是student屬性列里出現(xiàn)了重復屬性，學生信息顯然的可以分為學號跟姓名兩個部分，不是最小數(shù)據(jù)項。說明：顯然最小數(shù)據(jù)項的劃分不是絕對的，可能再有的系統(tǒng)中，學號跟姓名可以放到一起，而在有的系統(tǒng)中，姓與名都會分開。第二范式第二范式（2NF）是數(shù)據(jù)庫規(guī)范化中所使用的一種正規(guī)形式。它的規(guī)則是要求數(shù)據(jù)表里的所有數(shù)據(jù)都要和該數(shù)據(jù)表的主鍵有完全依賴關(guān)系；如果有哪些數(shù)據(jù)只和主鍵的一部份有關(guān)的話，它就不符合第二范式。同時可以得出：如果一個數(shù)據(jù)表的主鍵只有單一個字段的話，它就一定符合第二范式。什么叫依賴關(guān)系？下頁圖的grade表中，grade數(shù)據(jù)是否只與courseid有關(guān)呢？依賴關(guān)系右表中是否存在依賴關(guān)系？grade依賴于誰？事實上，grade不依賴于任何單一列，也就是說本表中不存在關(guān)鍵字。但是grade卻依賴于studentID和courseID兩個屬性列，也就是說依賴于studentID與courseID共同組成的復合關(guān)鍵字。主關(guān)鍵字與復合關(guān)鍵字主關(guān)鍵字(primarykey)是表中的一個或多個字段也稱為關(guān)鍵字，它的值用于唯一地標識表中的某一條記錄。在兩個表的關(guān)系中，外鍵：用來在一個表中引用來自于另一個表中的特定記錄。主關(guān)鍵字是一種唯一關(guān)鍵字，表定義的一部分。一個表不能有多個主關(guān)鍵字，并且主關(guān)鍵字的列不能包含空值。復合關(guān)鍵字（compoundkey）是指表中不存在主關(guān)鍵字，但是某幾個字段組合一起，則可以唯一的確定一條記錄，例如上圖中的studentID和courseID可以唯一的確定grade，則studentID與courseID一起作為復合關(guān)鍵字。依賴關(guān)系設關(guān)系模式R(U，F(xiàn))，U是屬性全集，F(xiàn)是U上的函數(shù)依賴集，X和Y是U的子集，如果對于R(U)的任意一個可能的關(guān)系r，對于X的每一個具體值，Y都有唯一的具體值與之對應，則稱X決定函數(shù)Y，或Y函數(shù)依賴于X，記作X→Y。我們稱X為決定因子，Y為依賴因子。當Y函數(shù)依賴于X時，記作：XY。當X→Y且Y→X時，則記作：XY函數(shù)依賴比較簡單的說法：X和Y是U的子集，對于X的每一個具體值，Y都有唯一的具體值與之對應，則稱X決定函數(shù)Y，或Y函數(shù)依賴于X，記作X→Y。我們稱X為決定因子，Y為依賴因子?；蛘哒f：對于對于X的每一個具體值，Y都有唯一的具體值與之對應”，這種說法會更容易理解。如：X是學號集合，Y是姓名集合，那么顯然的Y依賴于X，X->YX是學號集合，Y是課程名稱集合，那么顯然兩者不存在依賴關(guān)系X是學號集合，Y是身份證號集合，可以看出，兩者相互依賴X<-->Y函數(shù)規(guī)范化舉例判斷下面的關(guān)系模式是否符合第一范式（1NF）？BOOK_ORDER(BookID,ISBN,BookName,Author,Price,DiscountPrice,PublishDate,PublisherName,PublisherTelOrderID,Quantity,OrderStatus,CustomerName,CustomerAddress,PostNumber)上面的關(guān)系模式每個屬性都是簡單屬性，因此屬于第一范式。函數(shù)規(guī)范化舉例但是通過本章第一節(jié)的分析可知這個關(guān)系模式存在數(shù)據(jù)存儲冗余、插入異常、更新異常、刪除異常等問題。但是在BOOK_ORDER表中存在冗余數(shù)據(jù)，如ISBN,BookName,Author,Price,DiscountPrice,PublishDate,,PublisherName,PublisherTel等，這些數(shù)據(jù)是可以不用出現(xiàn)在訂單表中的，而是BOOK的屬性；也就是說事實上，在BOOK_ORDER表存在某些屬性由非主鍵決定的情況，如bookname由非主鍵isbn屬性決定。這種情況下是不符合第二范式的要求的。函數(shù)規(guī)范化舉例判斷下面的關(guān)系是否屬于第二范式USERS(UserID,UserName,Password,TrueName,sex,Birth,Address,Email,Tel,Post)。其中用戶關(guān)系模式USERS中包含用戶號、用戶名、密碼、Email等信息,其中UserName不允許重名，TrueName允許重名。分析關(guān)系模式可知候選鍵是UserID或UserName，也可以是Email。非主屬性是Password,TrueName,sex,Birth,Address,Tel,Post，我們可以選擇UserName作為主鍵。函數(shù)規(guī)范化舉例關(guān)系模式存在以下的函數(shù)依賴關(guān)系：UserName→（Password,TrueName,sex,Birth,Address,Email,Tel,Post），UserID→（UserName,Password,TrueName,sex,Birth,Address,Email,Tel,Post）不存在非主屬性對關(guān)鍵字的部分函數(shù)依賴，屬于第二范式。例題：判斷下面的關(guān)系模式是否屬于第二范式，如不是請規(guī)范化成第二范式。BOOK_ORDER(BookID,ISBN,BookName,Author,Price,DiscountPrice,PublishDate,PublisherName,PublisherTel,OrderID,Quantity,OrderStatus,CustomerName,CustomerAddress,PostNumber)解：1）判斷是否為第二范式分析可知該關(guān)系的候選鍵是（ISBN，OrderID）、（BookID，OrderID），其中主屬性是ISBN，OrderID，BookID，確定OrderID是主鍵。例題存在下面的函數(shù)依賴關(guān)系（ISBN，OrderID）→（BookName,Author,Price,DiscountPrice,PublishDate，PublisherName,PublisherTel）ISBN→（BookName,Author,Price,DiscountPrice,PublishDate，PublisherName）（ISBN，OrderID）（BookName,Author,Price,DiscountPrice,PublishDate）PublisherName→PublisherTel例題（ISBN，OrderID）→PublisherTel（傳遞函數(shù)依賴）（ISBN，OrderID）→（OrderStatus,CustomerName,CustomerAddress,PostNumber）OrderID→(Quantity,OrderStatus,CustomerName,CustomerAddress,PostNumber)（ISBN，OrderID）（OrderStatus,CustomerName,CustomerAddress,PostNumber）（ISBN，OrderID）（Quantity）存在部分函數(shù)依賴及傳遞函數(shù)依賴，該關(guān)系模式不屬于第二范式。例題規(guī)范化存在以下不是候選鍵的決定因子：ISBN→（BookName,Author,Price,DiscountPrice,PublishDate，PublisherName,PublisherTel）

OrderID→(OrderStatus,CustomerName,CustomerAddress,PostNumber)利用這兩個函數(shù)依賴關(guān)系重新定義不同的兩個關(guān)系模式BOOK(ISBN,BookName,Author,Price,DiscountPrice,PublishDa，PublisherName,PublisherTel)Order(OrderID,OrderStatus,CustomerName,CustomerAddress,PostNumber)例題在原始關(guān)系中保留新關(guān)系的主鍵，去掉其他屬性，如下所示：BOOK_ORDER（ISBN，OrderID，Quantity）其中在BOOK(ISBN,BookName,Author,Price,DiscountPrice,PublishDa，PublisherName,PublisherTel)中由于還存在PublisherName→PublisherTel，造成了ISBNPublisherTel的傳遞函數(shù)依賴因此繼續(xù)分解BOOK(ISBN,BookName,Author,Price,DiscountPrice,PublishD，PublisherName)Publisher（PublisherName，PublisherTel）例題最后分解成三個關(guān)系模式BOOK(ISBN,BookName,Author,Price,DiscountPrice,PublishD，PublisherName)Order(OrderID,OrderStat