數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)教程 課件 第13章 關(guān)系規(guī)范化與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

關(guān)系數(shù)據(jù)規(guī)范化與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)1本章目標(biāo)01能夠分析出關(guān)系模式中存在的異常。02能夠給出關(guān)系中屬性間的函數(shù)依賴集，并求出最小的函數(shù)依賴集。03根據(jù)最小函數(shù)依賴集求關(guān)系中的候選鍵。04根據(jù)根據(jù)規(guī)范化原則進(jìn)行關(guān)系分解，得到較好的關(guān)系模式。05數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)06數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的方法與步驟本章內(nèi)容13.1關(guān)系模式中可能存在的異常13.2函數(shù)依賴13.3候選鍵13.4關(guān)系模式的規(guī)范化13.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)13.6數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的方法與步驟2

關(guān)系students(sid,sname,dname,ddirector,cid,cname,cscore)

數(shù)據(jù)間存在的語義關(guān)系：

一個(gè)系有多名學(xué)生，而一個(gè)學(xué)生只屬于一個(gè)系，即系與學(xué)生之間是的1：n的聯(lián)系。

一個(gè)系只有一名系主任，一名系主任也只在一個(gè)系任職，即系與系主任之間是1：1的聯(lián)系。

一名學(xué)生可以選修多門課程，而每門課程有多名學(xué)生選修，即學(xué)生與課程之間是m：n的聯(lián)系。存在異常的關(guān)系模式示例13.1.1存在異常的關(guān)系模式示例SidSnameDnameDdirectorCidCnameCscore1001李紅計(jì)算機(jī)羅剛1數(shù)據(jù)庫原理861001李紅計(jì)算機(jī)羅剛3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)902001張小偉信息管理李少強(qiáng)1數(shù)據(jù)庫原理922001張小偉信息管理李少強(qiáng)2電子商務(wù)752001張小偉信息管理李少強(qiáng)3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)861002錢海斌計(jì)算機(jī)羅剛1數(shù)據(jù)庫原理901002錢海斌計(jì)算機(jī)羅剛3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)60students關(guān)系關(guān)系students主鍵（sid,cid）存在異常的關(guān)系模式示例13.1.1存在異常的關(guān)系模式示例SidSnameDnameDdirectorCidCnameCscore1001李紅計(jì)算機(jī)羅剛1數(shù)據(jù)庫原理861001李紅計(jì)算機(jī)羅剛3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)902001張小偉信息管理李少強(qiáng)1數(shù)據(jù)庫原理922001張小偉信息管理李少強(qiáng)2電子商務(wù)752001張小偉信息管理李少強(qiáng)3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)861002錢海斌計(jì)算機(jī)羅剛1數(shù)據(jù)庫原理901002錢海斌計(jì)算機(jī)羅剛3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)601.數(shù)據(jù)冗余指同一個(gè)數(shù)據(jù)被重復(fù)存儲多次，導(dǎo)致存儲空間的浪費(fèi)。可能存在的異常13.1.2可能存在的異常SidSnameDnameDdirectorCidCnameCscore1001李紅計(jì)算機(jī)羅剛1數(shù)據(jù)庫原理861001李紅計(jì)算機(jī)羅剛3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)902001張小偉信息管理李少強(qiáng)1數(shù)據(jù)庫原理922001張小偉信息管理李少強(qiáng)2電子商務(wù)752001張小偉信息管理李少強(qiáng)3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)861002錢海斌計(jì)算機(jī)羅剛1數(shù)據(jù)庫原理901002錢海斌計(jì)算機(jī)羅剛3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)602.更新異常指對冗余數(shù)據(jù)沒有全部修改而出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的問題可能存在的異常13.1.2可能存在的異常SidSnameDnameDdirectorCidCnameCscore1001李紅計(jì)算機(jī)羅剛1數(shù)據(jù)庫原理861001李紅計(jì)算機(jī)羅剛3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)902001張小偉信息管理李少強(qiáng)1數(shù)據(jù)庫原理922001張小偉信息管理李少強(qiáng)2電子商務(wù)753.插入異常指應(yīng)該插入到關(guān)系中的數(shù)據(jù)而不能插入。新來的同學(xué)，在未選課的前提下，該同學(xué)的基本信息能插入到該關(guān)系中嗎？不能。因?yàn)橹麈I為(sid,cid)，要求主鍵中每列值均不能為空。可能存在的異常13.1.2可能存在的異常SidSnameDnameDdirectorCidCnameCscore1001李紅計(jì)算機(jī)羅剛1數(shù)據(jù)庫原理861001李紅計(jì)算機(jī)羅剛3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)902001張小偉信息管理李少強(qiáng)1數(shù)據(jù)庫原理922001張小偉信息管理李少強(qiáng)2電子商務(wù)754.刪除異常指不應(yīng)該刪除的數(shù)據(jù)而被從關(guān)系中刪除了。某個(gè)系學(xué)生全部畢業(yè)，刪除該系的學(xué)生信息，同時(shí)也將系和系主任的信息一起刪除掉了可能存在的異常13.1.2可能存在的異常數(shù)據(jù)依賴：關(guān)系模式中屬性間存在的依賴關(guān)系。

例如一個(gè)系只有一名系主任，一名系主任也只能在一個(gè)系任職這個(gè)數(shù)據(jù)語義，表明系和系主任間是1:1的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系異常現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：關(guān)系模式中存在的這些復(fù)雜的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系所導(dǎo)致的。解決：關(guān)系模式規(guī)范化，將單一的關(guān)系模式分解為數(shù)據(jù)依賴關(guān)系單純化的多個(gè)關(guān)系模式。Student(Sno,Sname,Dname)Dept(Dname,Ddirector)Score(Sid,Cid,Cscore)Course(Cid,Cname)Students(Sid,Sname,Dname,Ddirector,Cid,Cname,Cscore)關(guān)系模式中存在異常的原因13.1.3關(guān)系模式中存在異常的原因本章內(nèi)容13.1關(guān)系模式中可能存在的異常13.2函數(shù)依賴13.3候選鍵13.4關(guān)系模式的規(guī)范化13.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)13.6數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的方法與步驟10什么是函數(shù)依賴？函數(shù)依賴（FD）是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的核心部分。SidSnameSdept1001李紅計(jì)算機(jī)1001李紅計(jì)算機(jī)Sid→Sname

Sid→Sdept

SidSnameSdept1001李紅計(jì)算機(jī)1001李紅自動化

設(shè)R(U)是屬性集U上的關(guān)系模式，X和Y是U的子集。若對于R(U)的任意一個(gè)可能的關(guān)系r，對于X的每一個(gè)具體值，Y都有唯一的具體的值與之對應(yīng)，則稱X函數(shù)決定Y，或Y函數(shù)依賴于X，記作X→Y。此表依賴關(guān)系是錯(cuò)誤的

函數(shù)依賴定義13.2.1函數(shù)依賴定義函數(shù)依賴說明①函數(shù)依賴是語義范疇概念。SidSnameAge1001李紅181002張麗17沒有重名的前提下，Sname→AgeSidSnameAge1001李紅181002張麗171003李紅20允許重名，則Sname?

Age②函數(shù)依賴關(guān)心的問題是一個(gè)或一組屬性的值決定其它屬性的值。函數(shù)依賴定義13.2.1函數(shù)依賴定義③函數(shù)依賴不是指關(guān)系模式R的某個(gè)或某些元組滿足的約束條件，而是指R的所有元組均要滿足的約束條件，不能部分滿足。SidSnameSdeptCid1001李紅計(jì)算機(jī)C11001李紅計(jì)算機(jī)C21002張明自動化C11002張明自動化C21003趙海濤計(jì)算機(jī)C11003趙海濤自動化C2Sname→SdeptSname

?

SdeptSname

?

Sdept函數(shù)依賴定義13.2.1函數(shù)依賴定義1．根據(jù)完整的樣本數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)函數(shù)依賴存在的函數(shù)依賴：（Order_ID，SKU)→(Quantity，Price，Total)

(Quantity，Price)→TotalOrder_ID（訂單編號）SKU（商品編號）Quantity（數(shù)量）Price（單價(jià)）Total（總價(jià)）30011002011300300200110110145020030011011012601202001101201250100300120100125010010011012012150300發(fā)現(xiàn)函數(shù)依賴13.2.2發(fā)現(xiàn)函數(shù)依賴2．根據(jù)數(shù)據(jù)語義發(fā)現(xiàn)函數(shù)依賴

對于關(guān)系模式R(U)，X、Y為其屬性子集，根據(jù)函數(shù)依賴的定義和實(shí)體間聯(lián)系的類型，可以得出如下變換的方法：（1）如果X和Y之間是1：1的聯(lián)系，則存在的函數(shù)X→Y和Y→X；（2）如果X和Y之間是1：n的聯(lián)系，則存在的函數(shù)Y→X；（3）如果X和Y之間是m：n的聯(lián)系，則X和Y之間不存在函數(shù)依賴關(guān)系。例如，在Students關(guān)系模式中，系與系主任之間是1：1的聯(lián)系；系與學(xué)生之間是1：n的聯(lián)系學(xué)生和課程之間是m：n的聯(lián)系Dname→Ddirector和Ddirector→DnameSid→DnameSid與Cid之間不存在函數(shù)依賴發(fā)現(xiàn)函數(shù)依賴13.2.2發(fā)現(xiàn)函數(shù)依賴

【例13-1】設(shè)有關(guān)系模式R(A，B，C)，其關(guān)系R如下所示。解答：（1）在關(guān)系r中，A→B成立，BC→A不成立，B→A不成立。（2）在關(guān)系r中，不成立的FD有：B→A，C→A，C→B，C→AB，BC→A。ABC123423533（1）試判斷下列3個(gè)FD在關(guān)系r中是否成立？A→BBC→AB→A（2）根據(jù)關(guān)系r，你能斷定哪些FD在關(guān)系模式R上不成立？發(fā)現(xiàn)函數(shù)依賴13.2.2發(fā)現(xiàn)函數(shù)依賴

【例13-2】有一個(gè)包括學(xué)生選課、教師任課數(shù)據(jù)的關(guān)系模式：R（S#，SNAME，AGE，SEX，C#，CNAME，SCORE，T#，TNAME，TITLE）規(guī)定：每個(gè)學(xué)號只能有一個(gè)學(xué)生，每個(gè)課程號只能決定一門課程；每個(gè)學(xué)生每學(xué)一門課，只能有一個(gè)成績；每門課程只由一位教師任課。根據(jù)上面的規(guī)定和實(shí)際意義，寫出該關(guān)系模式所有的FD。解答：R關(guān)系模式包括的FD有：S#→SNAME C#→CNAME(S#，C#)→GRADE C#→T#S#→(AGE，SEX) T#→(TNAME，TITLE)發(fā)現(xiàn)函數(shù)依賴13.2.2發(fā)現(xiàn)函數(shù)依賴1.函數(shù)依賴的推理規(guī)則A1（自反性）：如果Y?X?U，則X→Y。A2（增廣性）：如果X→Y且Z?U，則XZ→YZ。A3（傳遞性）：如果X→Y且Y→Z，則X→Z。B1（合并性）：如果X→Y且X→Z，則X→YZ。B2（分解性）：如果X→YZ，則X→Y、X→Z。B3（結(jié)合性）：如果X→Y且W→Z，則XW→YZ。B4（偽傳遞性）：如果X→Y且WY→Z，則XW→Z。Amstrong公理Amstrong公理推論最小函數(shù)依賴集13.2.3最小函數(shù)依賴集

【例13-3】設(shè)有關(guān)系模式R，屬性集U=｛A，B，X，Y，Z｝，函數(shù)依賴集F=｛Z→A，B→X，AX→Y，ZB→Y｝，試給出ZB→Y是冗余的函數(shù)依賴的過程。解答：（1）因?yàn)閆→A，B→X，由B3可知，ZB→AX；（2）因?yàn)閆B→AX，AX→Y，由A3可知，ZB→Y。即ZB→Y可以由F中其它函數(shù)依賴導(dǎo)出，所以ZB→Y是冗余的函數(shù)依賴。最小函數(shù)依賴集13.2.3最小函數(shù)依賴集2.求最小函數(shù)依賴集如果函數(shù)依賴集F滿足下列條件，則稱F為一個(gè)最小函數(shù)依賴集。每個(gè)函數(shù)依賴的右邊都是單屬性（可以通過B2分解性實(shí)現(xiàn)：如果X→YZ，則X→Y、X→Z。）；函數(shù)依賴集F中沒有冗余的函數(shù)依賴；F中每個(gè)函數(shù)依賴的左邊沒有多余的屬性。注意：每個(gè)函數(shù)依賴集至少存在一個(gè)最小依賴集，但并不一定唯一。最小函數(shù)依賴集13.2.3最小函數(shù)依賴集【例13-4】設(shè)F是關(guān)系模式R（A，B，C）的FD集，

F=｛A→BC，B→C，A→B，AB→C｝，試求最小函數(shù)依賴集。解：（1）先把F中的函數(shù)依賴寫成右邊是單屬性形式：

F={A→B，A→C，B→C，A→B，AB→C｝刪去一個(gè)A→B，得：F={A→B，A→C，B→C，AB→C｝最小函數(shù)依賴集13.2.3最小函數(shù)依賴集（2）刪去冗余的函數(shù)依賴。

F={A→B，B→C，AB→C｝（3）消除函數(shù)依賴左邊冗余的屬性。

最小函數(shù)依賴集為：F={A→B，B→C｝【例13-5】設(shè)關(guān)系模式R（A，B，C，D，E，G，H）上的函數(shù)依賴集F=｛AC→BEGH，A→B，C→DEH，E→H｝，求F的最小函數(shù)依賴集。解：（1）把每個(gè)FD的右邊拆成單屬性，得到9個(gè)FD，得：F={AC→B，AC→E，AC→G，AC→H，A→B，C→D，C→E，C→H，E→H}（2）消除冗余的FD，得：F={AC→B，AC→E，AC→G，AC→H，A→B，C→D，C→E，E→H}最小函數(shù)依賴集13.2.3最小函數(shù)依賴集（3）消除FD中左邊冗余的屬性。因?yàn)锳→B，所以消去AC→B中的C；因?yàn)镃→E，所以消去AC→E的A；因?yàn)橛蒀→E、E→H，可推出C→H，所以消去AC→H中的A，得C→H，因?yàn)榭捎蒀→E、E→H推出，所以將AC→H刪去，得到的F為：F={A→B，C→E，AC→G，C→D，E→H}（4）再把左邊相同的FD合并起來，得到最小的函數(shù)依賴集為：F={A→B，C→DE，AC→G，E→H}最小函數(shù)依賴集13.2.3最小函數(shù)依賴集本章內(nèi)容13.1關(guān)系模式中可能存在的異常13.2函數(shù)依賴13.3候選鍵13.4關(guān)系模式的規(guī)范化13.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)13.6數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的方法與步驟24定義13.2

設(shè)關(guān)系模式R(U)，k?U。如果k滿足下列條件，則稱k是R的一個(gè)候選鍵。

k→U;不存在k的真子集z，使得z→U。例如：關(guān)系模式students(sid,sname,dname,ddirector,cid,cname,csore)∵

(sid,cid)→(sid,sname,dname,ddirector,cid,cname,csore)∴候選鍵：(sid,cid)

sid

?

(cid,cname,score)

cid

?

(sid,sname,dname,ddirector,cscore)如何確定屬性集k→U？求屬性集k的閉包如果k+=U,則k為候選鍵候選鍵定義13.3.1候選鍵定義定義13.3

設(shè)F是屬性集U上的函數(shù)依賴集，X是U的子集，那么屬性集X的閉包用X+表示，它是一個(gè)從F集使用函數(shù)依賴推理規(guī)則推出的所有滿足X→A的屬性A的集合：

X+=｛屬性A｜X→A能由F推導(dǎo)出來｝定理13.1

X→Y能由F根據(jù)函數(shù)依賴推理規(guī)則推出的充分必要條件是Y?X+。屬性集的閉包13.3.2屬性集的閉包算法13.1

求屬性集X(X?U)關(guān)于U上的函數(shù)依賴集F的閉包X+。輸入：函數(shù)依賴集F；屬性集U輸出：X+步驟：（1）令X(i)=X，i=0；（2）求b，這里b=｛A｜(

V)(

W)(V→W∈F∧V?X(i)∧A∈W)｝；（3）X(i+1)=b∪X(i)

；（4）判斷X(i+1)=X(i)是否成立；（5）如果等式成立或X(i+1)=U，則X(i+1)

就是X+，算法終止；（6）如果等式不成立，則i=i+1，返回步驟（2）繼續(xù)。屬性集的閉包13.3.2屬性集的閉包【例13-6】已知關(guān)系模式R(U，F(xiàn)),其中U={A，B，C，D，E}；

F={AB→C，B→D，C→E，EC→B，AC→B}。求(AB)+。解答:（1）令X(0)=XX(0)=AB（2）求b。逐一掃描F集中各個(gè)函數(shù)依賴，找左部為A、B或AB的函數(shù)依賴，b=函數(shù)依賴右端屬性集合。b=CD（3）X(1)=b∪X(0)

X(1)=CD∪AB=ABCD（4）因?yàn)閄(1)≠X(0)，所以再找左部為ABCD子集的函數(shù)依賴X(2)=b∪X(1)=BE∪ABCD=ABCDEb=BE（5）因?yàn)閄(2)=U，所以(AB)+=ABCDE。屬性集的閉包13.3.2屬性集的閉包【例13-7】設(shè)關(guān)系模式R(A，B，C，D，E，G)上函數(shù)依賴集為F，F(xiàn)=｛D→G，C→A，CD→E，A→B｝。求D+，CD+，AD+，AC+，ACD+。解答：D+=DG，CD+=ABCDEG，AD+=ABDG，AC+=ABC，ACD+=ABCDEG。屬性集的閉包13.3.2屬性集的閉包【例13-8】設(shè)有關(guān)系模式R(A，B，C，D，E，G)，函數(shù)依賴集F={AB→E，AC→G，AD→B，B→C，C→D}，求出R的所有候選鍵。步驟一：查看函數(shù)依賴集F中的每個(gè)形如Xi→Yi（i=1，…，n）的函數(shù)依賴關(guān)系。看哪些屬性在所有Yi（i=1，…，n）中一次也沒有出現(xiàn)過，設(shè)沒有出現(xiàn)過的屬性集為P（P=U-Y1-Y2-…Yn）。P={A}步驟二：P≠

時(shí)，根據(jù)候選鍵的定義，候選鍵中應(yīng)必包含P（因?yàn)闆]有其它屬性能決定P，但自己能決定自己）。考察P，如果P滿足候選鍵定義，則P為候選鍵，并且候選鍵只有P一個(gè)，結(jié)束。(A)+=AA不是候選鍵求候選鍵13.3.3求候選鍵設(shè)有關(guān)系模式R(A，B，C，D，E，G)，函數(shù)依賴集F={AB→E，AC→G，AD→B，B→C，C→D}，求出R的所有候選鍵。步驟三：如果P不滿足候選鍵定義，則P可以分別與｛U-P｝中的每一個(gè)屬性合并，形成P1、P2、…、Pm。再分別判斷Pj（j=1，…，m）是否滿足候選鍵定義，能成立則找到了一個(gè)候選鍵，沒有則放棄。合并一個(gè)屬性如果不能找到或不能找全候選鍵，可進(jìn)一步考慮P與｛U-P｝中的2個(gè)（或3個(gè)，4個(gè)，…）屬性的所有組合分別進(jìn)行合并，繼續(xù)判斷分別合并后的各屬性組是否滿足候選鍵的定義，如此下去，直到找出R的所有候選鍵為止。結(jié)束。注意：如果屬性組K已有K→U，則不需要再去考察含K的其它屬性組合，顯然它們都不可能再是候選鍵了。

P中A分別與｛U-P｝中的（B，C，D，E，G）合并，形成AB、AC、AD、AE、AG。下面分別求(AB)+、(AC)+、(AD)+、(AE)+、(AG)+。(AB)+=ABCDEG，(AC)+=ABCDEG，

(AD)+=ABCDEG，(AE)+=AE，(AG)+=AG候選鍵為AB、AC、AD【例13-9】設(shè)有關(guān)系模式R（A，B，C，D，E）上的函數(shù)依賴集為F，并且F=｛A→BC，CD→E，B→D，E→A｝，求出R的所有候選鍵。步驟一：查看函數(shù)依賴集F中的每個(gè)形如Xi→Yi（i=1，…，n）的函數(shù)依賴關(guān)系。看哪些屬性在所有Yi（i=1，…，n）中一次也沒有出現(xiàn)過，設(shè)沒有出現(xiàn)過的屬性集為P（P=U-Y1-Y2-…Yn）。P=

步驟二：P=

時(shí)，則可以先考察Xi→Yi（i=1，…，n）中的單個(gè)Xi，判斷Xi是否滿足候選鍵定義。如果成立則Xi為候選鍵。剩下不是候選鍵的，可以考察它們兩個(gè)或多個(gè)的組合，查看這些組合是否滿足候選鍵定義，從而找出其它可能還有的候選鍵。結(jié)束。(A)+=ABCDE，(CD)+=ABCDE，

(B)+=BD，

(E)+=ABCDE，

B與C、D分別組合，不要與A、E組合，因?yàn)锳、E已為候選鍵。

(BC)+=ABCDE，(BD)+=BD

候選鍵為：A、CD、E、BC本次內(nèi)容13.1關(guān)系模式中可能存在的異常13.2函數(shù)依賴13.3候選鍵13.4關(guān)系模式的規(guī)范化13.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)13.6數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的方法與步驟33SidSnameDnameDdirectorCidCnameCscore1001李紅計(jì)算機(jī)羅剛1數(shù)據(jù)庫原理861001李紅計(jì)算機(jī)羅剛3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)902001張小偉信息管理李少強(qiáng)1數(shù)據(jù)庫原理922001張小偉信息管理李少強(qiáng)2電子商務(wù)751002錢海斌計(jì)算機(jī)羅剛1數(shù)據(jù)庫原理901002錢海斌計(jì)算機(jī)羅剛3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)60下面的關(guān)系模式好不好？不好數(shù)據(jù)冗余更新異常插入異常刪除異常關(guān)系模式的好與壞，用什么標(biāo)準(zhǔn)來衡量呢？這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是關(guān)系模式的范式。將壞的關(guān)系模式轉(zhuǎn)換成好的關(guān)系模式，則需要對范式進(jìn)行規(guī)范化為什么？范式（NormalForm，NF）是指關(guān)系模式的規(guī)范形式。各范式間的聯(lián)系為：

1NF2NF3NFBCNF范式級別與異常問題的關(guān)系是：級別越低，出現(xiàn)異常的現(xiàn)象越高級別：高低范式及規(guī)范化13.4.1范式及規(guī)范化1.范式

2.規(guī)范化①將一個(gè)給定的關(guān)系模式轉(zhuǎn)化為某種范式的過程，稱為關(guān)系模式的規(guī)范化過程，簡稱為規(guī)范化。②規(guī)范化一般采用分解的辦法，將低級別范式向高級別范式轉(zhuǎn)化，使關(guān)系的語義單純化。③規(guī)范化程度，不一定越高越好，在關(guān)系模式設(shè)計(jì)時(shí)，一般要求關(guān)系模式達(dá)到3NF或BCNF即可。范式及規(guī)范化13.4.1范式及規(guī)范化

定義13.4

設(shè)R是一個(gè)具有屬性集合U的關(guān)系模式，X和Y是U的子集。如果X→Y，并且對于X的任何一個(gè)真子集Z，Z→Y都不成立，則稱Y完全函數(shù)依賴于X，記作

X→Y；如果X→Y，并且對于X的任何一個(gè)真子集Z，Z→Y都成立，則稱Y部分函數(shù)依賴于X，記作

X→Y。fp1.完全函數(shù)依賴和部分函數(shù)依賴完全函數(shù)依賴、部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴13.4.2完全函數(shù)依賴、部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴①（Sid，Cid）→Cscore②（Sid，Cid）→Dnamefp【例13-10】對于關(guān)系模式students(sid，sname，dname，ddirector，cid，cname，cscore)，判斷下面所給的兩個(gè)函數(shù)依賴是完全函數(shù)依賴還是部分函數(shù)依賴，為什么？①（sid，cid）→cscore②（sid，cid）→dname。【說明】只有當(dāng)決定因素（函數(shù)依賴左側(cè)）是組合屬性時(shí)，討論部分函數(shù)依賴才有意義，當(dāng)決定因素是單屬性時(shí)，都是完全函數(shù)依賴。完全函數(shù)依賴、部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴13.4.2完全函數(shù)依賴、部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴定義13.5

設(shè)R是一個(gè)具有屬性集合U的關(guān)系模式，X、Y、Z是U的子集，且X、Y、Z是不同的屬性集。如果X→Y，Y→X不成立，Y→Z，則稱Z傳遞函數(shù)依賴于X，記作X→Z。t2.傳遞函數(shù)依賴完全函數(shù)依賴、部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴13.4.2完全函數(shù)依賴、部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴【例13-11】對于關(guān)系模式students(sid，sname，dname，ddirector，cid，cname，cscore)①存在Sid→Dname，Dname?Sid不成立，而Dname→Ddirector，

Sid→Ddirector。t【說明】（1）如果X→Y，且Y→X，則稱X與Y等價(jià)，記作X?Y。（2）如果定義中X?Y，稱Z對X直接函數(shù)依賴，而不是傳遞函數(shù)。②在學(xué)生不存在重名的情況下，Sid?Sname，而Sname→Dname，

Sid→Dname是直接函數(shù)依賴，不是傳遞函數(shù)依賴。完全函數(shù)依賴、部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴13.4.2完全函數(shù)依賴、部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴1.第一范式（1NF）定義13.6

設(shè)R是一個(gè)關(guān)系模式。如果R中每個(gè)屬性的值域，都是不可分的原子值，則稱R是第一范式，記作1NF。1NF是關(guān)系模式具備的最起碼的條件。以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式13.4.3以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式存在：數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常、更新異常。SidSnameDnameDdirectorCidCnameCscore1001李紅計(jì)算機(jī)羅剛1數(shù)據(jù)庫原理861001李紅計(jì)算機(jī)羅剛3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)902001張小偉信息管理李少強(qiáng)1數(shù)據(jù)庫原理922001張小偉信息管理李少強(qiáng)2電子商務(wù)75示例StudentsStudents關(guān)系模式滿足1NF？是1NFStudents存在異常？以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式13.4.3以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式2.第二范式（2NF）主屬性——候選鍵中所有的屬性均稱為主屬性；非主屬性——不包含在任何候選鍵中的屬性。示例SidSnameDnameDdirectorCidCnameCscore1001李紅計(jì)算機(jī)羅剛1數(shù)據(jù)庫原理861001李紅計(jì)算機(jī)羅剛3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)90Students假設(shè)Students不允許重名，候選鍵？(sid,cid)(sname,cid)Students主屬性？sidsnamecidStudents非主屬性？DnameDdirectiorCnameCscore以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式13.4.3以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式定義13.7

如果關(guān)系模式R是1NF，而且R中所有非主屬性都完全函數(shù)依賴于任意一個(gè)候選鍵，則稱R是第二范式，記作2NF。2NF的實(shí)質(zhì)是不存在非主屬性“部分函數(shù)依賴”于候選鍵的情況。以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式13.4.3以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式SidSnameDnameDdirectorCidCnameCscore1001李紅計(jì)算機(jī)羅剛1數(shù)據(jù)庫原理861001李紅計(jì)算機(jī)羅剛3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)90示例Students為1NF，但存在數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常和更新異常。Students滿足2NF？StudentsStudents上的函數(shù)依賴有：｛Sid→Sname，

Sid→Dname，Dname?Ddirector，Cid→Cname，

(Sid，Cid)→Cscore，(Sid，Cid)→Sname，(Sid，Cid)→Dname，

(Sid，Cid)→Ddirector，(Sid，Cid)→Cname｝fpppp存在部分函數(shù)依賴，不滿足2NF以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式13.4.3以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式1NF關(guān)系向2NF的轉(zhuǎn)換原則設(shè)關(guān)系模式R屬性集合為U，主鍵是W，R上還存在函數(shù)依賴X→Z，且X是W的子集，Z是非主屬性，那么W→Z就是一個(gè)部分函數(shù)依賴。此時(shí)應(yīng)把R分解成兩個(gè)關(guān)系模式：R1(XZ)，主鍵是X；R2(Y)，其中Y=U-Z，主鍵仍是W，外鍵是X(sid,cid)sid->snamesid->dnamesid->ddirectorcid->cname將導(dǎo)致部分函數(shù)依賴的屬性放入R1｛Sid→Sname，

Sid→Dname，Dname?Ddirector，Cid→Cname，

(Sid，Cid)→Cscore，(Sid，Cid)→Sname，(Sid，Cid)→Dname，

(Sid，Cid)→Ddirector，(Sid，Cid)→Cname｝fpppp示例R11(Sid,Sname,Dname,Ddirector)PK為Sid{Sid→Sname,Sid→Dname，Dname?Ddirector}R12(Cid,Cname)PK為Cid{Cid→Cname}R2(Sid,Cid,Cscore){(Sid,Cid)→Cscore}

PK為(Sid,Cid)f以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式R11(Sid,Sname,Dname,Ddirector)PK為Sid{Sid→Sname,Sid→Dname，Dname?Ddirector}R12(Cid,Cname)PK為Cid{Cid→Cname}R2(Sid,Cid){Cid→Cname}

PK為(Sid,Cid)f分解后的3個(gè)關(guān)系模式好壞？SidSnameDnameDdirector1001李紅計(jì)算機(jī)羅剛1003孫海英計(jì)算機(jī)羅剛CidCname1數(shù)據(jù)庫原理3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)SidCidCscore10011861001390滿足2NF，存在數(shù)據(jù)冗余、刪除異常、插入異常、更新異常滿足2NF，不存在問題滿足2NF，不存在問題Sid→Ddirectort以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式3.第三范式（3NF）定義13.8

如果關(guān)系模式R是2NF，而且R中所有非主屬性對任何候選鍵都不存在傳遞函數(shù)依賴，則稱R是第三范式，記作3NF。3NF是從1NF消除非主屬性對候選鍵的部分函數(shù)依賴，和從2NF消除傳遞函數(shù)依賴而得到的關(guān)系模式。以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式13.4.3以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式2NF關(guān)系向3NF的轉(zhuǎn)換原則

設(shè)關(guān)系模式R屬性集合為U，主鍵是W，R上還存在函數(shù)依賴X→Z，并且Z是非主屬性，Z不包含于X，X不是候選鍵，這樣W→Z就是一個(gè)傳遞依賴。此時(shí)應(yīng)把R分解成兩個(gè)關(guān)系模式：R1（XZ），主鍵是X；R2（Y），其中Y=U-Z，主鍵仍是W，外鍵是X。(sid)dname->ddirector將導(dǎo)致傳遞函數(shù)依賴的屬性放入R1R(Sid,Sname,Dname,Ddirector)PK為Sid{Sid→Sname,Sid→Dname，Dname?Ddirector，Sid→Ddirector}t示例R1(Dname,Ddirector)PK為Dname{Dname?Ddirector}R2(Sid,Sname,Dname)PK為SidFK為Dname

{Sid→Sname,Sid→Dname}以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式SidCidGradeTname11001190Mary11001387Rose21001185Jone11002192Mary11002387Rose示例STC屬于3NF？

STC3NF。因?yàn)榉侵鲗傩詆rade對候選鍵完全函數(shù)依賴。sid與cid關(guān)系為m：ncid與tname關(guān)系為1：n函數(shù)依賴集：{(Sid,Cid)→Grade,(Sid,Tname)→Grade,Tname→Cid}候選鍵：（Sid,Cid）和（Sid,Tname）但依然存在：數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常、更新異常。以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式13.4.3以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式4.Boycc-Codd范式（BCNF）定義13.9

如果關(guān)系模式R是1NF，且對于R中每個(gè)函數(shù)依賴X→Y，X必為候選鍵，則稱R是BCNF范式。

由BCNF的定義可以知，每個(gè)BCNF范式應(yīng)具有以下3個(gè)性質(zhì)：（1）所有非主屬性都完全函數(shù)依賴于每個(gè)候選鍵；（2）所有主屬性都完全函數(shù)依賴于每個(gè)不包含它的候選鍵；（3）沒有任何屬性完全函數(shù)依賴于非鍵的任何一組屬性。3NF關(guān)系向BCNF轉(zhuǎn)換的原則是消除主屬性對候選鍵的部分和傳遞函數(shù)依賴，將3NF關(guān)系分解成多個(gè)BCNF關(guān)系模式。以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式13.4.3以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式SidCidGradeTname11001190Mary11001387Rose21001185Jone11002192Mary11002387Rose示例1

STC函數(shù)依賴集：{(Sid,Cid)→Grade,(Sid,Tname)→Grade,Tname→Cid}候選鍵：（Sid,Cid）和（Sid,Tname）(Sid,Tname)→Cidp分解：

R1(Tname,Cid){Tname→Cid}PK為TnameFK為Cid

R2(Sid,Cid，Grade){(Sid,Cid)→Grade}PK為(Sid,Cid)以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式13.4.3以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式示例2關(guān)系模式STJ(S,T,J)中，S表示學(xué)生，T表示教師，J表示課程。每一教師只教一門課。每門課有若干教師，某一學(xué)生選定某門課，就對應(yīng)一個(gè)固定的教師。由語義可得到函數(shù)依賴：(S,J)→T；(S,T)→J；T→J

因?yàn)闆]有任何非主屬性對碼傳遞依賴或部分依賴，STJ∈3NF。因?yàn)門是決定因素，而T不包含碼，所以STJ∈BCNF。以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式53非BCNF的關(guān)系模式也可以通過分解成為BCNF。例如STJ可分解為ST(S,T)與TJ(T,J)，它們都是BCNF。3NF和BCNF是在函數(shù)依賴的條件下對模式分解所能達(dá)到的分離程度的測度。一個(gè)模式中的關(guān)系模式如果都屬于BCNF，那么在函數(shù)依賴范疇內(nèi)，它已實(shí)現(xiàn)了徹底的分離，已消除了插入和刪除的異常。3NF的“不徹底”性表現(xiàn)在可能存在主屬性對碼的部分依賴和傳遞依賴。以函數(shù)依賴為基礎(chǔ)的范式54關(guān)系模式規(guī)范化的基本步驟：關(guān)系模式規(guī)范化總結(jié)13.4.5關(guān)系模式規(guī)范化總結(jié)本章內(nèi)容13.1關(guān)系模式中可能存在的異常13.2函數(shù)依賴13.3候選鍵13.4關(guān)系模式的規(guī)范化13.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)13.6數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的方法與步驟56數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)（1）綜合性

涉及面廣，需包含計(jì)算機(jī)專業(yè)知識及業(yè)務(wù)系統(tǒng)專業(yè)知識；要解決技術(shù)及非技術(shù)兩方面的問題；（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與行為設(shè)計(jì)是分離的

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指數(shù)據(jù)庫的模式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括概念結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)和存儲結(jié)構(gòu)；行為設(shè)計(jì)是指應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，包括功能組織、流程控制等方面的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的軟件工程的做法正好相反。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的主要精力首先是放在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，比如數(shù)據(jù)庫的表結(jié)構(gòu)、視圖等。本章內(nèi)容13.1關(guān)系模式中可能存在的異常13.2函數(shù)依賴13.3候選鍵13.4關(guān)系模式的規(guī)范化13.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)13.6數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的方法與步驟59數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法概述為了使數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)更合理更有效，需要有效的指導(dǎo)原則，這種原則就稱為數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法。新奧爾良（NewOrleans）方法將數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分為四個(gè)階段：需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

需求說明需求分析概念結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法從本質(zhì)上看仍然是手工設(shè)計(jì)方法，其基本思想是過程迭代和逐步求精。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基本步驟

需求分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫實(shí)施數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)全過程運(yùn)行和維護(hù)需求分析數(shù)據(jù)分析功能分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加載數(shù)據(jù)功能設(shè)計(jì)事務(wù)設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)調(diào)試運(yùn)行合理確定實(shí)體和屬性一般是描述中的名詞；能作為屬性對待的，盡量作為屬性；區(qū)分實(shí)體和屬性的兩條準(zhǔn)則：（1）屬性不能再具有需要描述的性質(zhì)。即屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，不能再由另一些屬性組成（2）屬性不能與其他實(shí)體具有聯(lián)系。聯(lián)系只發(fā)生在實(shí)體之間例13-12：職工是一個(gè)實(shí)體，職工號、姓名、年齡是職工的屬性，考慮“職稱”，是作為屬性，還是實(shí)體？如果職稱與工資、福利掛鉤，即職稱有需要進(jìn)一步描述的特性，則根據(jù)準(zhǔn)則（1），職稱作為一個(gè)實(shí)體看待更恰當(dāng)。如果職稱與工資、福利掛鉤，即職稱有需要進(jìn)一步描述的特性，則根據(jù)準(zhǔn)則（1），職稱作為一個(gè)實(shí)體看待更恰當(dāng)。職稱作為一個(gè)實(shí)體例13-13：在醫(yī)院中，一個(gè)病人只能住在一個(gè)病房中，考慮“病房號”的設(shè)計(jì)；如果一個(gè)病人只能住在一個(gè)病房中，考慮“病房號”的設(shè)計(jì)；如果，一個(gè)醫(yī)生負(fù)責(zé)幾個(gè)病房的病人的醫(yī)療工作，即，病房還要與醫(yī)生實(shí)體發(fā)生聯(lián)系，則根據(jù)準(zhǔn)則（2），“病房號”應(yīng)作為一個(gè)實(shí)體病房作為一個(gè)實(shí)體如果，一個(gè)醫(yī)生負(fù)責(zé)幾個(gè)病房的病人的醫(yī)療工作，即，病房還要與醫(yī)生實(shí)體發(fā)生聯(lián)系，則根據(jù)準(zhǔn)則（2），“病房號”應(yīng)作為一個(gè)實(shí)體設(shè)計(jì)全局E-R模型

將局部E-R圖集成為全局E-R圖；需消除各分E-R圖合并時(shí)產(chǎn)生的沖突；解決沖突是合并E-R圖的主要工作和關(guān)鍵所在。沖突主要有三類：屬性沖突命名沖突結(jié)構(gòu)沖突優(yōu)化全局E-R模型

實(shí)體個(gè)數(shù)盡可能少；實(shí)體所包含的屬性盡可能少；實(shí)體間聯(lián)系無冗余。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

把概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)好的基本E-R模型轉(zhuǎn)換為具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型，也就是導(dǎo)出特定的DBMS可以處理的數(shù)據(jù)庫邏