《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（第二版）》-課件第6章 第13講 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與范化

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系本講主要內(nèi)容1數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)過(guò)程2結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言3數(shù)據(jù)庫(kù)的范化過(guò)程小結(jié)4計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系學(xué)習(xí)目標(biāo)12了解數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，認(rèn)識(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)數(shù)的設(shè)計(jì)過(guò)程，能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)有哪些規(guī)范，如何滿足這些規(guī)范;了解結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系重點(diǎn)與難點(diǎn)

關(guān)系數(shù)據(jù)數(shù)的設(shè)計(jì)過(guò)程，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)有哪些規(guī)范，如何滿足這些規(guī)范為本講的重點(diǎn)；E-R模型的建立，E-R圖中的實(shí)體與實(shí)體之間的連系的描述，數(shù)據(jù)庫(kù)范化的過(guò)程為本講的難點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是指對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫(kù)模式，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，使之能夠有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是能夠正確反映應(yīng)用的實(shí)際情況。如應(yīng)用中需要哪些數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理流程等。小結(jié)二、什么是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)1.數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)三、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)過(guò)程

數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)都要經(jīng)歷需求分析、概念設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)四個(gè)階段。2.數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)過(guò)程計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)

主要任務(wù)是從數(shù)據(jù)庫(kù)的所有用戶那里收集對(duì)數(shù)據(jù)的需求和對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求，并把這些需求寫(xiě)成用戶和設(shè)計(jì)人員都能理解，并能接受的說(shuō)明書(shū)。

注意：需求分析是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的基礎(chǔ)，是最困難、最耗費(fèi)時(shí)的一步。2.1需求分析計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)

例如，要為某學(xué)校的學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)工程師通過(guò)對(duì)學(xué)校學(xué)生成績(jī)管理進(jìn)行調(diào)查，確定學(xué)生學(xué)籍管理系統(tǒng)中的實(shí)體有學(xué)生、班級(jí)、課程、專業(yè)與系。2.1需求分析計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)

在該系統(tǒng)中對(duì)這些實(shí)體要求的屬性分別是：⑴學(xué)生：學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生日期，聯(lián)系方式。⑵班級(jí)：班級(jí)編號(hào)，班級(jí)名稱。⑶課程：課程編號(hào)，課程名稱，周學(xué)時(shí)，課程性質(zhì)（考試/考查），類型（公共基礎(chǔ)/專業(yè)基礎(chǔ)/專業(yè)課/公共選修/專業(yè)選修）。⑷專業(yè)：專業(yè)編號(hào)，專業(yè)名稱。⑸系：系編號(hào)，系名稱，系辦地址。

注意：這些數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)學(xué)生成績(jī)管理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。2.1需求分析計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)概念設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。它的目的是將需求說(shuō)明書(shū)中關(guān)于數(shù)據(jù)的需求，綜合為一個(gè)統(tǒng)一的DBMS概念模型。首先根據(jù)單個(gè)應(yīng)用的需求，畫(huà)出能反映每一應(yīng)用需求的局部E-R（Entity-Relationship，實(shí)體-關(guān)系)模型。然后將這些E-R模型圖合并起來(lái)，消除冗余和可能存在的矛盾，得出系統(tǒng)總體的E-R模型。E-R圖在1976年首次被人提出，它提供不受任何DBMS約束的面向用戶的表達(dá)方法，在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中被廣泛用作數(shù)據(jù)建模的工具。E-R數(shù)據(jù)模型問(wèn)世后，經(jīng)歷了許多修改和擴(kuò)充。2.2概念設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)

E-R模型的構(gòu)成成分是實(shí)體集、屬性集和關(guān)系集，其表示方法如下：⑴實(shí)體用矩形框表示，矩形框內(nèi)寫(xiě)上實(shí)體名。⑵實(shí)體的屬性用橢圓形表示，框內(nèi)寫(xiě)上屬性名，并用無(wú)向邊與其實(shí)體相連。⑶實(shí)體間的聯(lián)系用菱形框表示，且適當(dāng)?shù)暮x為聯(lián)系命名，名字寫(xiě)在菱形框中，用無(wú)向連線將參加聯(lián)系的實(shí)體矩形框分別與菱形框相連，并在連線上標(biāo)明聯(lián)系的類型，即1：1、1：M或N：M。2.2概念設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)舉例：為學(xué)生學(xué)籍管理數(shù)據(jù)庫(kù)建立E-R圖2.2概念設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)實(shí)體間的聯(lián)系2.2概念設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系小結(jié)舉例：為學(xué)生學(xué)籍管理數(shù)據(jù)庫(kù)建立E-R圖2.2概念設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)

實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目的是將E-R模型轉(zhuǎn)換為某一特定的DBMS能夠接受的邏輯模式，也就是說(shuō)把E-R圖中的實(shí)體與實(shí)體之間的連系用關(guān)系來(lái)描述。對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，主要是完成結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與表的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。2.3實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)

由圖6.4.3可知，每個(gè)實(shí)體對(duì)應(yīng)的關(guān)系分別如下，其中帶下劃線的屬性為主鍵。實(shí)體名：學(xué)生；對(duì)應(yīng)的關(guān)系：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生日期，聯(lián)系方式）；實(shí)體名：課程；對(duì)應(yīng)的關(guān)系：課程（課程編號(hào)，課程名稱，周學(xué)時(shí)，課程性質(zhì)，類型）；2.3實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)

把實(shí)體轉(zhuǎn)換成關(guān)系后，還須把關(guān)聯(lián)也轉(zhuǎn)換成關(guān)系。轉(zhuǎn)換而成的關(guān)系的屬性包括關(guān)聯(lián)的兩個(gè)關(guān)系的主鍵以及關(guān)聯(lián)自身的屬性?！皩W(xué)習(xí)”關(guān)聯(lián)的兩個(gè)表的主鍵為“學(xué)號(hào)”與“課程編號(hào)”，“學(xué)習(xí)”的屬性為“成績(jī)”，由此可得關(guān)聯(lián)的關(guān)系如下，其中，帶下劃線的屬性為外鍵：實(shí)體：學(xué)生課程成績(jī)對(duì)應(yīng)的關(guān)系：學(xué)生課程成績(jī)（學(xué)號(hào)，課程編號(hào)，成績(jī)）這樣就完成了數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單邏輯設(shè)計(jì)。2.3實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)物理設(shè)計(jì)的目的在于確定數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。其主要任務(wù)包括：確定數(shù)據(jù)庫(kù)文件和索引，文件的記錄格式和物理結(jié)構(gòu)，選擇存取方法，決定訪問(wèn)路徑和外存儲(chǔ)器的分配策略等。不過(guò)這些工作大部分可由DBMS來(lái)完成，僅有一小部分工作由設(shè)計(jì)人員完成。2.4物理設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)

范化的目的：為了建立冗余較小、結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫(kù)，將關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)系應(yīng)滿足的規(guī)范劃分為若干等級(jí)，每一等級(jí)稱為一個(gè)“范式”（NormalForms，NF）。四、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化3.數(shù)據(jù)庫(kù)的范化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)

范式的概念最早是由E.F.Codd提出的，他從1971年開(kāi)始相繼提出了（1、2、3）三級(jí)規(guī)范化形式。1974年，E.F.Codd和Boyce共同提出了一個(gè)新的范式概念，即Boyce-Codd范式，簡(jiǎn)稱BC范式。1976年Fagin提出了第四范式（4NF），后來(lái)又有人定義了第五范式（5NF）。至此，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范中建立了一個(gè)范式系列：1NF、2NF、3NF、BCNF、4NF和5NF。這6種范式一級(jí)比一級(jí)要求更嚴(yán)格。一般數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)至少要符合第三范式。三、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化3.數(shù)據(jù)庫(kù)的范化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)第一范式

在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)范式設(shè)計(jì)中，第一范式是對(duì)關(guān)系模型的基本要求，不滿足第一范式的數(shù)據(jù)庫(kù)就不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。所謂第一范式是指數(shù)據(jù)庫(kù)表的每一列都是不可再分割的基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，同一列不能有多個(gè)值，即實(shí)體中的某個(gè)屬性不能有多個(gè)值或者不能有重復(fù)的屬性。如果出現(xiàn)重復(fù)的屬性，就可能需要定義一個(gè)新的實(shí)體，新的實(shí)體由重復(fù)的屬性構(gòu)成，新實(shí)體與原實(shí)體之間為一對(duì)多關(guān)系。在第一范式中表的每一行只包含一個(gè)實(shí)例的信息。3.數(shù)據(jù)庫(kù)的范化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)3.數(shù)據(jù)庫(kù)的范化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)3.數(shù)據(jù)庫(kù)的范化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)3.數(shù)據(jù)庫(kù)的范化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)第二范式

第二范式是在第一范式的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，即滿足第二范式必須先滿足第一范式。第二范式要求數(shù)據(jù)庫(kù)表中的每個(gè)實(shí)體或行必須可以被唯一地區(qū)分。為實(shí)現(xiàn)區(qū)分，通常需要為表加上一個(gè)列，以存儲(chǔ)各個(gè)實(shí)例的唯一標(biāo)識(shí)。第二范式也要求實(shí)體的屬性完全依賴于主關(guān)鍵字。所謂“完全依賴”是指不能存在僅依賴主關(guān)鍵字一部分的屬性，如果存在，那么這個(gè)屬性和主關(guān)鍵字的這一部分應(yīng)該分離出來(lái)形成一個(gè)新的實(shí)體，新實(shí)體與原實(shí)體之間是一對(duì)多的關(guān)系。3.數(shù)據(jù)庫(kù)的范化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)是否滿足第二范式？如何處理？3.數(shù)據(jù)庫(kù)的范化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)2.數(shù)據(jù)庫(kù)的范化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)是否滿足第二范式？如何處理？2.數(shù)據(jù)庫(kù)的范化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)2.數(shù)據(jù)庫(kù)的范化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)第三范式

滿足第三范式必須先滿足第二范式。也就是說(shuō)，第三范式要求一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表中不包含已在其他表中包含的非主關(guān)鍵字信息。例如，存在一個(gè)業(yè)務(wù)員信息表，有業(yè)務(wù)員編號(hào)、業(yè)務(wù)員姓名、家庭住址、電話等信息。那么另一表中的客戶信息中列出業(yè)務(wù)員編號(hào)后就不能再將業(yè)務(wù)員姓名、家庭住址、電話等與業(yè)務(wù)員有關(guān)的信息加入客戶信息中。如果不存在業(yè)務(wù)員信息，則根據(jù)第三范式也應(yīng)該構(gòu)建它，否則就會(huì)有大量的數(shù)據(jù)冗余。簡(jiǎn)而言之，第三范式就是屬性不依賴于其他非主屬性。3.數(shù)據(jù)庫(kù)的范化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)

結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（StructuredQueryLanguage，SQL）最早是由IBM的圣約瑟研究實(shí)驗(yàn)室為其關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)SYSTEMR開(kāi)發(fā)的一種查詢語(yǔ)言。由于SQL語(yǔ)言結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)單易學(xué)，因此，自從IBM公司1981年推出以來(lái)，SQL語(yǔ)言得到了廣泛的應(yīng)用。四、結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言

SQL語(yǔ)言由數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言、數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言、數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言（Select語(yǔ)句）與數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言4部分組成。本節(jié)介紹前三種語(yǔ)言。4.結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的范化小結(jié)

數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言（DDL）用來(lái)定義數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，如創(chuàng)建、修改或者刪除數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象，常用的數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言有create、drop與alter等。五、結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言

數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中表記錄的插入、更新與刪除操作。這里介紹insert、update與delete命令的作用與使用方法。

數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的查詢通過(guò)select語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，二維表的選擇、投影與連接等操作都可通過(guò)查詢語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)。select語(yǔ)句的格式很復(fù)雜，功能很強(qiáng)大。4.結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系小結(jié)一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)都要經(jīng)歷需求分析、概念設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)4個(gè)階段。需求分析的目的是分析系統(tǒng)的需求。概念設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。它的目的是將需求說(shuō)明書(shū)中關(guān)于數(shù)據(jù)的需求，綜合為一個(gè)統(tǒng)一的DBMS概念模型。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目的是將E-R模型轉(zhuǎn)換為某一特定的DBMS能夠接受的邏輯模式，也就是說(shuō)，把E-R圖中的實(shí)體與實(shí)體之間的聯(lián)系用關(guān)系來(lái)描述。對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，主要是完成表的關(guān)聯(lián)和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。物理設(shè)計(jì)的目的在于確定數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系小結(jié)在邏輯設(shè)計(jì)階段，常常使用關(guān)系規(guī)范化理論來(lái)指導(dǎo)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。其基本思想為：每個(gè)關(guān)系都應(yīng)該