關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論課件

第4章關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論本章要求：了解數(shù)據(jù)冗余和更新異常產(chǎn)生的根源了解函數(shù)依賴、多值依賴和鍵的基本內(nèi)涵理解關(guān)系模式規(guī)范化的途徑了解第四范式、第五范式的概念掌握第一范式、第二范式、第三范式和BCNF范式的含義、聯(lián)系與區(qū)別1第4章關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論本章要求：1第4章關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論本章內(nèi)容：問題提出12數(shù)據(jù)依賴2規(guī)范化關(guān)系模式設(shè)計(jì)3綜合舉例42第4章關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論本章內(nèi)容：問題提出12數(shù)據(jù)依賴2規(guī)4.1問題提出

一個(gè)基本的問題：給出一組數(shù)據(jù)，如何構(gòu)造一個(gè)合適的數(shù)據(jù)模式？例如：對關(guān)系模型，給了一組數(shù)據(jù)，應(yīng)該構(gòu)造幾個(gè)關(guān)系？每個(gè)關(guān)系由哪些屬性組成？……這就是數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)問題！34.1問題提出一個(gè)基本的問題：34.1問題提出網(wǎng)狀、層次模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，主要憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)直觀地選擇和確定實(shí)體集、屬性以及實(shí)體間的聯(lián)系。哪些實(shí)體應(yīng)該合并或分解以及如何合并和分解、每個(gè)實(shí)體中應(yīng)該包括哪些屬性為宜、屬性間的聯(lián)系如何確定和處理等一系列問題的解決是沒有什么固定規(guī)則和理論可循的。44.1問題提出網(wǎng)狀、層次模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，主要憑設(shè)計(jì)4.1問題提出關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)是借助近代數(shù)學(xué)工具而提出來的，形成了一整套定義、公理、定理及各種實(shí)用算法，產(chǎn)生了確定、評價(jià)關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式的好方法。

關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論——數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的有力工具54.1問題提出關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)是借助近4.1問題提出要考慮的幾個(gè)問題：為什么要規(guī)范化？怎樣規(guī)范化？規(guī)范化到什么程度后最合適？本節(jié)首先用一個(gè)例子來說明對關(guān)系模式為什么要規(guī)范化，不經(jīng)過規(guī)范化會產(chǎn)生什么樣的結(jié)果。64.1問題提出要考慮的幾個(gè)問題：64.1問題提出例：假設(shè)有一個(gè)關(guān)于學(xué)生選課和住宿情況的關(guān)系，包含：Sno（學(xué)生的學(xué)號）、Sdept（學(xué)生所在系）、Sloc（學(xué)生所住宿舍樓）、Cno（課程號）、Grade（考試成績）如下所示：74.1問題提出例：假設(shè)有一個(gè)關(guān)于學(xué)生選課和住宿情況的關(guān)系，7S-L-C（Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade）假設(shè)每個(gè)系的學(xué)生都住在一棟樓里,(Sno,Cno)為主碼SnoSdeptSLOCCnoGrade9812101計(jì)算機(jī)2公寓DB809812101計(jì)算機(jī)2公寓OS859821101信息1公寓C909821101信息1公寓DS849821102信息1公寓OS789830101外語2公寓英語904.1問題提出8S-L-C（Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade4.1問題提出假設(shè)每個(gè)系的學(xué)生都住在一棟樓里該關(guān)系模式存在以下四個(gè)嚴(yán)重問題：數(shù)據(jù)冗余

數(shù)據(jù)庫中不必要的重復(fù)存儲就是數(shù)據(jù)冗余。此關(guān)系中，有關(guān)學(xué)生所在系和其所對應(yīng)的宿舍樓的信息有冗余，因?yàn)橐粋€(gè)系有多少個(gè)學(xué)生，這個(gè)系所對應(yīng)的宿舍樓的信息就要重復(fù)存儲多少遍。94.1問題提出假設(shè)每個(gè)系的學(xué)生都住在一棟樓里94.1問題提出插入異常

應(yīng)該存儲的信息無法存儲。插入記錄時(shí)出現(xiàn)不能插入等一些不合理現(xiàn)象。如果某個(gè)學(xué)生還沒有選課，但已經(jīng)有了Sdept和Sloc信息，我們也不能將此學(xué)生的這些已知信息插入到數(shù)據(jù)庫中。因?yàn)镃no為空，而Cno為主屬性，不能為空，因此也就丟掉了該學(xué)生的其他基本信息。104.1問題提出插入異常104.1問題提出刪除異常

不該刪除的信息被刪除。如果一個(gè)學(xué)生只選了一門課，而后來又不選了，則應(yīng)該刪除此學(xué)生選此門課程的記錄。但由于這個(gè)學(xué)生只選了一門課，那么刪掉此學(xué)生的選課記錄的同時(shí)也刪掉了此學(xué)生的其他基本信息。114.1問題提出刪除異常114.1問題提出更新異常由于數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲，會給更新帶來很多麻煩。可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致，這將直接影響系統(tǒng)的質(zhì)量。若某一學(xué)生從計(jì)算機(jī)系轉(zhuǎn)到信息系，那么不但要修改學(xué)生的Sdept列的值，而且還要修改其Sloc列的值，從而使修改復(fù)雜化。一方面，修改工作量大；另一方面，可能漏改或該錯(cuò)，會造成數(shù)據(jù)的不一致性。124.1問題提出更新異常124.1問題提出上例充分說明對關(guān)系模式若隨意設(shè)計(jì)，其后果是嚴(yán)重的。本章將要討論產(chǎn)生上述問題的原因以及解決辦法，即如何改造一個(gè)不好的關(guān)系模式。這就是規(guī)范化理論要解決的主要問題。包括數(shù)據(jù)依賴、模式分解和模式設(shè)計(jì)方法。其中數(shù)據(jù)依賴是模式分解和模式設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。134.1問題提出上例充分說明對關(guān)系模式若隨意設(shè)計(jì)第4章關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論本章內(nèi)容：問題提出2數(shù)據(jù)依賴規(guī)范化關(guān)系模式設(shè)計(jì)312綜合舉例414第4章關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論本章內(nèi)容：問題提出2數(shù)據(jù)依賴規(guī)范化4.2數(shù)據(jù)依賴數(shù)據(jù)模型中我們討論了實(shí)體間的聯(lián)系，同時(shí)提到實(shí)體內(nèi)部屬性間也有聯(lián)系。事實(shí)上，上一節(jié)中的問題都是由于屬性間的聯(lián)系引起的。一、數(shù)據(jù)依賴屬性間的聯(lián)系：

1:1，1:n，m:n三種1:1聯(lián)系：設(shè)A、B為某實(shí)體集中的兩個(gè)屬性的值集，如果對于A中的任一值，B中至多有一個(gè)值與之對應(yīng)，且反之亦然。如：車間--主任154.2數(shù)據(jù)依賴數(shù)據(jù)模型中我們討論了實(shí)體間的聯(lián)系4.2數(shù)據(jù)依賴1:n聯(lián)系：設(shè)A、B為某實(shí)體集中的兩個(gè)屬性的值集，如果對于A中的任一值，B中有多個(gè)值（包括0個(gè)）之對應(yīng)；而對于B中的任一值，A中至多有一個(gè)值與之對應(yīng)。如：班號--學(xué)號m:n聯(lián)系：設(shè)A、B為某實(shí)體集中的兩個(gè)屬性的值集，如果對于A中的任一值，B中有多個(gè)值（包括0個(gè)）與之對應(yīng)，且反之亦然。如：學(xué)號--課程號164.2數(shù)據(jù)依賴1:n聯(lián)系：設(shè)A、B為某實(shí)體集中的兩個(gè)屬性的4.2數(shù)據(jù)依賴通過一個(gè)關(guān)系中屬性間值的相互關(guān)聯(lián)（主要體現(xiàn)于值的相等與否）體現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)間的相互聯(lián)系（是數(shù)據(jù)內(nèi)在的性質(zhì)，語義的體現(xiàn)）為數(shù)據(jù)依賴。兩類最重要的數(shù)據(jù)依賴：函數(shù)依賴多值依賴174.2數(shù)據(jù)依賴通過一個(gè)關(guān)系中屬性間值的相互關(guān)聯(lián)4.2數(shù)據(jù)依賴二、函數(shù)依賴不嚴(yán)格地講，函數(shù)依賴指的是一組屬性值唯一決定另一組屬性值的這種數(shù)據(jù)依賴。學(xué)生關(guān)系中，當(dāng)學(xué)號確定后，其姓名也就唯一確定了。選課關(guān)系中，當(dāng)學(xué)號和課程號確定后，其成績也就唯一確定。設(shè)用U表示關(guān)系模式R的屬性全集，即U={A1,A2,…An}，用F表示關(guān)系模式R上的函數(shù)依賴集，則關(guān)系模式R可表示為R(U,F)。184.2數(shù)據(jù)依賴二、函數(shù)依賴184.2數(shù)據(jù)依賴1.函數(shù)依賴(FunctionalDependency,縮寫FD):設(shè)R(U)是屬性集U上的關(guān)系模式，X、Y是U的子集。對于r中的任意兩個(gè)元組u、v都有

u[X]=v[X]

u[Y]=v[Y]成立，則稱X函數(shù)決定Y，或稱Y函數(shù)依賴于X，記作XY。稱X為決定因素。194.2數(shù)據(jù)依賴1.函數(shù)依賴(FunctionalDe4.3規(guī)范化的關(guān)系模式假設(shè)每個(gè)系的學(xué)生都住在一棟樓里,

SnoSdeptSLOCCnoGrade9812101計(jì)算機(jī)2公寓DB809812101計(jì)算機(jī)2公寓OS859821101信息1公寓C909821101信息1公寓DS849821102信息1公寓OS789830101外語2公寓英語90XYu[X]=v[X]u[Y]=v[Y]204.3規(guī)范化的關(guān)系模式假設(shè)每個(gè)系的學(xué)生都住在一棟樓里,4.2數(shù)據(jù)依賴說明：函數(shù)依賴類似于變量間的單值函數(shù)關(guān)系（一個(gè)自變量只能對應(yīng)一個(gè)函數(shù)值），因此也稱為單值函數(shù)依賴；若XY且YX，則記作XY；若Y不函數(shù)依賴于X，則記作X→Y；函數(shù)依賴是指關(guān)系模式R的任一關(guān)系都要滿足的約束條件。214.2數(shù)據(jù)依賴說明：若Y不函數(shù)依賴于X，則記作X→Y；函4.2數(shù)據(jù)依賴2.函數(shù)依賴與屬性間的聯(lián)系之關(guān)系（1）若X、Y之間是“1:1聯(lián)系”,則存在函數(shù)依賴XY和YX,即XY.（2）若X、Y之間是“m:1聯(lián)系”,則存在函數(shù)依賴關(guān)系XY。（3）若X、Y之間是“m:n聯(lián)系”,則X、Y之間不存在函數(shù)依賴關(guān)系。224.2數(shù)據(jù)依賴2.函數(shù)依賴與屬性間的聯(lián)系之關(guān)系224.2數(shù)據(jù)依賴3.函數(shù)依賴分類非平凡的函數(shù)依賴：XY，但YX。平凡的函數(shù)依賴：XY，但YX。完全函數(shù)依賴：XY,且對任意的X’X,都有X’Y,則稱XY是一個(gè)完全函數(shù)依賴,即Y完全依賴于X。記作XYf234.2數(shù)據(jù)依賴3.函數(shù)依賴分類完全函數(shù)依賴：XY,且對任4.2數(shù)據(jù)依賴部分函數(shù)依賴：XY，但Y不完全函數(shù)依賴于X，即存在X’X，有X’Y。記作XY。

pf關(guān)系模式P(學(xué)號,課程號,成績,學(xué)生姓名)中:(學(xué)號,課程號)成績(學(xué)號,課程號)學(xué)生姓名p傳遞函數(shù)依賴：若XY，YX，YZ，且Y→X，則稱Z對X是傳遞函數(shù)依賴。記作X—Z。傳遞244.2數(shù)據(jù)依賴部分函數(shù)依賴：XY，但Y不完全函數(shù)依賴于例:關(guān)系模式P(學(xué)號,系名,系主任)中:學(xué)號系名系名系主任(假設(shè)一個(gè)系只有一名系主任)4.2數(shù)據(jù)依賴如果YX,則XY,則XY,Z對X實(shí)際上是直接函數(shù)依賴而不是傳遞函數(shù)依賴.傳遞則學(xué)號—系主任25例:關(guān)系模式P(學(xué)號,系名,系主任)中:4.2數(shù)據(jù)依賴4.2數(shù)據(jù)依賴?yán)?關(guān)系模式P（姓名，職務(wù)，職務(wù)工資）中：姓名職務(wù)職務(wù)職務(wù)工資則姓名—職務(wù)工資傳遞264.2數(shù)據(jù)依賴?yán)?關(guān)系模式P（姓名，職務(wù)，職務(wù)工資）中：姓4.2數(shù)據(jù)依賴?yán)宏P(guān)系模式P(學(xué)號,課程號,成績,學(xué)分)中：

因?yàn)檎n程號學(xué)分，(學(xué)分，課程號)成績f(學(xué)號，課程號)課程號(平凡函數(shù)依賴),p所以有(學(xué)號,課程號)學(xué)分反之不成立，課程號學(xué)分，形成傳遞依賴（學(xué)號，課程號）—學(xué)分。傳遞274.2數(shù)據(jù)依賴?yán)宏P(guān)系模式P(學(xué)號,課程號,成績,學(xué)分)中4.2數(shù)據(jù)依賴三、多值依賴

1.例子：設(shè)學(xué)校中一門課由多位教員講授，他們使用相同的參考書，比如：“物理”，教員為汪洋、大海，參考書為《普通物理學(xué)》、《光學(xué)原理》、《物理習(xí)題集》；“數(shù)學(xué)”，教員為大海、白云，參考書為《數(shù)學(xué)分析》、《微分方程》、《高等代數(shù)》；用模式為TEACH（C，T，B）的關(guān)系表示上述數(shù)據(jù)：284.2數(shù)據(jù)依賴三、多值依賴284.2數(shù)據(jù)依賴課程C教員T參考書B物理汪洋普通物理學(xué)物理汪洋光學(xué)原理物理汪洋物理習(xí)題集物理大海普通物理學(xué)物理大海光學(xué)原理物理大海物理習(xí)題集數(shù)學(xué)大海數(shù)學(xué)分析數(shù)學(xué)大海微分方程數(shù)學(xué)大海高等代數(shù)數(shù)學(xué)白云數(shù)學(xué)分析數(shù)學(xué)白云微分方程數(shù)學(xué)白云高等代數(shù)計(jì)算白云數(shù)學(xué)分析………………294.2數(shù)據(jù)依賴課程C教員T參考書4.2數(shù)據(jù)依賴該關(guān)系模式中，任何兩個(gè)屬性都不能函數(shù)決定第三個(gè)屬性。該關(guān)系模式存在冗余大、增刪不方便等問題。沒有函數(shù)依賴，需要另行分析分析：在該關(guān)系模式中，對于一個(gè)（物理，普通物理學(xué)），有一組教員{汪洋，大海}，而對于另一個(gè)（物理，光學(xué)原理），對應(yīng)的教員仍是{汪洋，大海}。因此，所對應(yīng)的教員只與課程的值有關(guān)而與參考書的值無關(guān)。304.2數(shù)據(jù)依賴該關(guān)系模式中，任何兩個(gè)屬性都不能函數(shù)決定第三4.2數(shù)據(jù)依賴2.多值依賴(MultiValuedDependency,縮寫為MVD)設(shè)R(U)是屬性集U上的關(guān)系模式，X、Y、Z是U的子集，且Z=UXY，多值依賴XY成立當(dāng)且僅當(dāng)對R(U)的任一關(guān)系r，任給的一對（x，z）值有一組Y的值，這組值僅僅取決于x值而與z值無關(guān)。稱X多值決定Y或Y多值依賴于X。314.2數(shù)據(jù)依賴2.多值依賴(MultiValuedDe4.2數(shù)據(jù)依賴課程C教員T參考書物理汪洋普通物理學(xué)物理汪洋光學(xué)原理物理汪洋物理習(xí)題集物理大海普通物理學(xué)物理大海光學(xué)原理物理大海物理習(xí)題集數(shù)學(xué)大海數(shù)學(xué)分析數(shù)學(xué)大海微分方程數(shù)學(xué)大海高等代數(shù)數(shù)學(xué)白云數(shù)學(xué)分析數(shù)學(xué)白云微分方程數(shù)學(xué)白云高等代數(shù)計(jì)算白云數(shù)學(xué)分析………………XYZ任給的一對(x，z)值有一組Y的值，這組值僅僅取決于x值,而與z值無關(guān)。稱X多值決定Y或Y多值依賴于X。324.2數(shù)據(jù)依賴課程C教員T參考書多值依賴XY成立當(dāng)且僅當(dāng)對R(U)的任一關(guān)系r，若存在元組s、t使得s[X]=t[X]，則必存在元組w、vr（w、v可以與s、t相同），使得w[X]=v[X]=t[X]，而w[Y]=t[Y]，v[Y]=s[Y]，w[Z]=s[Z]，v[Z]=t[Z]。多值依賴的另一等價(jià)定義對于r中在X上值相等的兩個(gè)元組s、t，交換它們的Y值后所得的新元組w、v仍在r中XYZs[X]v[X]w[X]t[X]tswvw[Y]s[Y]t[Y]v[Y]t[Z]v[Z]s[Z]w[Z]33多值依賴XY成立當(dāng)且僅當(dāng)對R(U)的任一關(guān)4.2數(shù)據(jù)依賴平凡的多值依賴：若XY，而Z=?，即Z為空，則稱XY為平凡的多值依賴。若Z非空，則稱XY為非平凡的多值依賴344.2數(shù)據(jù)依賴平凡的多值依賴：344.2數(shù)據(jù)依賴3.多值依賴的性質(zhì)：對稱性：若XY，Z=UXY，則XZ。傳遞性：若XY，YZ，則XY?Z。函數(shù)依賴是多值依賴的特例：若XY，則XY。354.2數(shù)據(jù)依賴3.多值依賴的性質(zhì)：354.2數(shù)據(jù)依賴多值依賴的性質(zhì)：若XY，XZ，則XY∩Z。若XY，XZ，則XY?Z，XZ

?

Y。364.2數(shù)據(jù)依賴多值依賴的性質(zhì)：364.2數(shù)據(jù)依賴4.多值依賴與函數(shù)依賴的區(qū)別（1）函數(shù)依賴XY的有效性僅取決于X、Y，與X、Y之外的屬性無關(guān)：374.2數(shù)據(jù)依賴4.多值依賴與函數(shù)依賴的區(qū)別374.2數(shù)據(jù)依賴多值依賴XY的有效性與X、Y之外的屬性范圍有關(guān)：若XY在U上成立，則在W（XYWU）上也成立，但反之不然?？煽s小范圍但不一定能擴(kuò)大范圍

X是否多值決定Y與這一部分屬性密切相關(guān)XYZ

R(U)：WXYR(W)：W

XY在U上成立XY在W上也成立反之不成立384.2數(shù)據(jù)依賴多值依賴XY的有效性與X、Y之外的屬性范4.2數(shù)據(jù)依賴（2）對函數(shù)依賴，若XY，則對Y的任意子集Y’，都有XY’。對多值依賴，沒有上述性質(zhì)，即不能保證XY’成立。原因：在關(guān)系模式R(U)上，函數(shù)依賴XY的有效性僅僅取決于X、Y兩個(gè)屬性集合；而在多值依賴中XY在U上是否成立，不僅要檢查X、Y上的屬性值，而且要檢查Z=U-X-Y上的值。394.2數(shù)據(jù)依賴（2）對函數(shù)依賴，若XY，則對Y的任意子集4.2數(shù)據(jù)依賴四、鍵從函數(shù)依賴的角度給關(guān)鍵字一個(gè)形式化的定義。1.候選關(guān)鍵字和主關(guān)鍵字：設(shè)K是R<U,F>中的屬性或?qū)傩越M合，若候選關(guān)鍵字多于一個(gè)，則選定其中的一個(gè)作為主關(guān)鍵字（主鍵、主碼）。f若KU，則稱K為U的候選關(guān)鍵字（候選碼）；404.2數(shù)據(jù)依賴四、鍵若候選關(guān)鍵字多于一個(gè)，則選定其中的一個(gè)4.2數(shù)據(jù)依賴2.外鍵（外部碼）若R<U,F>中的屬性或?qū)傩越M合X不是R的關(guān)鍵字，但X是另一個(gè)關(guān)系的關(guān)鍵字，則稱X是R的外鍵。主鍵與外鍵提供了一個(gè)表示關(guān)系間聯(lián)系的手段。例1：S(Sno,Sname,Sage)Sno為主碼SC(Sno,Cno,Grade)Sno為外碼414.2數(shù)據(jù)依賴2.外鍵（外部碼）414.2數(shù)據(jù)依賴3.全鍵（All-key，全碼）若R<U,F>的整個(gè)屬性組是關(guān)鍵字，則稱U是全鍵。424.2數(shù)據(jù)依賴3.全鍵（All-key，全碼）424.2數(shù)據(jù)依賴?yán)?：R（P，W，A）其中各屬性含義分別為：演奏者，作品和聽眾。其語義為：一個(gè)演奏者可演奏多個(gè)作品，某一作品可被多個(gè)演奏者演奏；聽眾也可欣賞不同演奏者的不同作品。

其候選碼為：（P，W，A），因?yàn)橹挥羞@三者才能確定一場音樂會。我們稱全部屬性均為主碼的表為全碼表。434.2數(shù)據(jù)依賴?yán)?：R（P，W，A）其中各屬性含義分別為：4.2數(shù)據(jù)依賴4.主屬性和非主屬性主屬性：包含在某個(gè)候選關(guān)鍵字中的屬性非主屬性：不包含在任何侯選關(guān)鍵字中的屬性例：SC（Sno,Cno,Grade）中，（Sno,Cno）是關(guān)鍵字,故Sno,Cno是主屬性Grade不包含在任何關(guān)鍵字中,故Grade是非主屬性。444.2數(shù)據(jù)依賴4.主屬性和非主屬性44第4章關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論本章內(nèi)容：問題提出2數(shù)據(jù)依賴規(guī)范化關(guān)系模式312綜合舉例445第4章關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論本章內(nèi)容：問題提出2數(shù)據(jù)依賴規(guī)范化4.3規(guī)范化的關(guān)系模式本節(jié)討論下述問題：如何根據(jù)關(guān)系模式屬性間的數(shù)據(jù)依賴情況來判斷該關(guān)系模式是否合適？如何將具有不合適性質(zhì)的關(guān)系模式轉(zhuǎn)換為更合適的形式？464.3規(guī)范化的關(guān)系模式本節(jié)討論下述問題：464.3規(guī)范化的關(guān)系模式一、規(guī)范化1.范式（NormalForm）按關(guān)系模式所具有的數(shù)據(jù)依賴性質(zhì)對關(guān)系模式的分類,也就是關(guān)系的規(guī)范化程度。滿足不同程度要求的為不同范式。2.規(guī)范化把一個(gè)低一級范式的關(guān)系模式通過模式分解轉(zhuǎn)化為若干個(gè)高一級的關(guān)系模式的過程。474.3規(guī)范化的關(guān)系模式一、規(guī)范化471NF2NF3NFBCNF4NF5NF4.3規(guī)范化的關(guān)系模式481NF2NF3NFBCNF4NF5NF4.3規(guī)范化的關(guān)系模4.3規(guī)范化的關(guān)系模式二、第一范式（1NF）1.定義：關(guān)系的每個(gè)分量必須是不可再分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。記作R1NF。(每個(gè)屬性必須是原子的)2.說明：屬性不可再分（不允許出現(xiàn)嵌套的屬性定義）屬性下的值不可再分（不允許出現(xiàn)多個(gè)值）這是對關(guān)系的最起碼的要求，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。（滿足1NF的關(guān)系稱為規(guī)范關(guān)系）494.3規(guī)范化的關(guān)系模式二、第一范式（1NF）49系名稱高職人數(shù)教授副教授計(jì)算機(jī)系610信息管理系35電子與通訊系48系名稱教授副教授計(jì)算機(jī)系610信息管理系35電子與通訊系484.3規(guī)范化的關(guān)系模式不滿足1NF范式的關(guān)系：50系名稱高職人數(shù)教授副教授計(jì)算機(jī)系610信息管理系34.3規(guī)范化的關(guān)系模式3.僅屬于1NF的關(guān)系模式可能會產(chǎn)生的問題：S-L-C（Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade）假設(shè)每個(gè)系的學(xué)生都住在一棟樓里,(Sno,Cno)為主碼SnoSdeptSLOCCnoGrade9812101計(jì)算機(jī)2公寓DB809812101計(jì)算機(jī)2公寓OS859821101信息1公寓C909821101信息1公寓DS849821102信息1公寓OS78顯然S-L-C1NF，但第一節(jié)中我們已討論知它有四個(gè)嚴(yán)重問題。因此僅是第一范式的關(guān)系模式完全不能滿足需要。514.3規(guī)范化的關(guān)系模式3.僅屬于1NF的關(guān)系模式可能會產(chǎn)4.3規(guī)范化的關(guān)系模式SnoSLOCSnoSdept主碼為:(Sno,Cno)(Sno,Cno)Gradef在S-L-C中有如下函數(shù)依賴:524.3規(guī)范化的關(guān)系模式SnoSLOC主碼為:(Sno,C4.3規(guī)范化的關(guān)系模式分析出現(xiàn)問題的原因：

Sno函數(shù)決定非主屬性Sdept、SLOC。因此，關(guān)鍵字（Sno，Cno）部分函數(shù)決定這些屬性。這顯然是產(chǎn)生冗余的一個(gè)主要原因。534.3規(guī)范化的關(guān)系模式分析出現(xiàn)問題的原因：534.3規(guī)范化的關(guān)系模式三、第二范式（2NF）1.定義：若R1NF，且每一非主屬性都完全函數(shù)依賴于R的任意一個(gè)候選碼，則稱R是第二范式，記作R2NF。2.屬于1NF但不屬于2NF的例子：例：S-L-C（Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade）就不是2NF的。因?yàn)椋⊿no,Cno）是主碼，而又有：Sno→Sdept,因此有：(Sno，Cno）Sdeptp544.3規(guī)范化的關(guān)系模式三、第二范式（2NF）(Sno，Cn4.3規(guī)范化的關(guān)系模式3.2NF范式的性質(zhì)如果R2NF，則R1NF。如果R的候選關(guān)鍵字是單屬性或全鍵(All-key),則R2NF554.3規(guī)范化的關(guān)系模式3.2NF范式的性質(zhì)554.3規(guī)范化的關(guān)系模式2NF要求實(shí)體的非主屬性完全依賴于主關(guān)鍵字。如果存在非主屬性部分函數(shù)依賴主關(guān)鍵字一部分屬性，那么這個(gè)屬性和主關(guān)鍵字的這部分屬性應(yīng)該分離出來形成一個(gè)新的實(shí)體。即1NF范式中消除非主屬性對主關(guān)鍵字的部分函數(shù)依賴，即可得到2NF。564.3規(guī)范化的關(guān)系模式2NF要求實(shí)體的非主屬性完全依賴于主4.分解過程為：用每個(gè)決定因素與它完全決定的屬性構(gòu)成一個(gè)關(guān)系模式，決定因素成為新模式的碼。S-L-C關(guān)系模式分解后的形式為：

S-L(Sno,Sdept,Sloc)和S-C(Sno,Cno,Grade)S-L有：SnoSdept，Sno

SLOC：是2NFffS-C有:（Sno,Cno）

Grade：是2NFf4.3規(guī)范化的關(guān)系模式574.分解過程為：S-L有：SnoSdept4.3規(guī)范化的關(guān)系模式分解前S-L-C（Sno,Sdept,Sloc,Cno,Grade）分解后S-C（Sno,Cno,Grade）S-L（Sno,Sdept,Sloc）分解之后,與S_L_C相比：數(shù)據(jù)冗余減?。ㄔ瓉戆殡S學(xué)生所學(xué)的每門課都要存儲一遍SD、SL的值）；沒選課的學(xué)生信息可以存儲；刪除選課記錄不會誤刪學(xué)生其他信息；冗余數(shù)據(jù)的減少使得修改變得容易些。1NF的上述四個(gè)問題得到了部分解決584.3規(guī)范化的關(guān)系模式分解前S-L-C（Sno,Sdep4.3規(guī)范化的關(guān)系模式5.僅屬于2NF的關(guān)系模式可能會產(chǎn)生的問題數(shù)據(jù)冗余數(shù)據(jù)冗余仍然較大：Sloc的值重復(fù)嚴(yán)重插入異常若一個(gè)系剛成立但尚無學(xué)生，該系名稱等無法存儲刪除異常若一個(gè)系的學(xué)生全部畢業(yè)，刪除全部學(xué)生數(shù)據(jù)的同時(shí)把該系的數(shù)據(jù)（如系名等）也都刪除了修改困難數(shù)據(jù)冗余大勢必造成修改困難（這可以說是個(gè)必然聯(lián)系）可能的原因：存在傳遞函數(shù)依賴SnoSloc594.3規(guī)范化的關(guān)系模式5.僅屬于2NF的關(guān)系模式可能會產(chǎn)4.3規(guī)范化的關(guān)系模式四、第三范式（3NF）1.定義：如果R(U,F)∈2NF，并且所有非主屬性對任何候選關(guān)鍵字都不存在傳遞依賴，則R(U,F)∈3NF。2.定理：若R3NF，則R2NF。

關(guān)系模式S-L(Sno,Sdept,Sloc),因?yàn)橛校篠no→Sdept，Sdept→Sloc因此有：Sno傳遞→Sloc

因此，不是3NF的關(guān)系模式。604.3規(guī)范化的關(guān)系模式四、第三范式（3NF）603.分解過程為（1）對于不是候選碼的每個(gè)決定因子，從表中刪去依賴于它的所有屬性；（2）新建一個(gè)表，新表中包含在原表中所有依賴于該決定因子的屬性；（3）將決定因子作為新表的主碼。S-L分解后的關(guān)系模式為：S-D（Sno,Sdept）和S-L（Sdept,Sloc）對S-D，有：Snof→Sdept，因此S-D是3NF的對S-L，有：Sdeptf→Sloc，因此S-L也是3NF的通常在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中，一般要求要達(dá)到3NF。

613.分解過程為614.3規(guī)范化的關(guān)系模式4.僅屬于3NF的關(guān)系模式可能會產(chǎn)生的問題由上可知，部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴是產(chǎn)生異常的兩個(gè)重要原因。3NF中不存在非主屬性對于關(guān)鍵字的部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴，因此具有較好的性質(zhì)。通常設(shè)計(jì)關(guān)系模式時(shí)至少應(yīng)該是屬于3NF的。雖說3NF是廣泛使用的一種關(guān)系范式，但3NF仍然存在某些“異?！薄?24.3規(guī)范化的關(guān)系模式4.僅屬于3NF的關(guān)系模式可能會產(chǎn)4.3規(guī)范化的關(guān)系模式例：關(guān)系模式R（S，T，J）函數(shù)依賴：（S，J）T;（S，T）J；TJ候選關(guān)鍵字：（S，J）；（S，T）R中無非主屬性，顯然R3NF。634.3規(guī)范化的關(guān)系模式634.3規(guī)范化的關(guān)系模式五、Boyce-Codd范式（BCNF）1.定義：如果關(guān)系模式R中的所有屬性包括主屬性和非主屬性，都不傳遞依賴于R的任何候選關(guān)鍵字，則稱R是BCNF范式。記為RBCNF。2.另一種等價(jià)的定義：若R3NF，且對任何非平凡的函數(shù)依賴XY，X必包含候選碼。則RBCNF。如果R∈3NF，并且不存在主屬性對非碼的函數(shù)依賴，則其是BCNF。644.3規(guī)范化的關(guān)系模式五、Boyce-Codd范式（BCN4.3規(guī)范化的關(guān)系模式3.性質(zhì)所有非主屬性對每一個(gè)主碼都是完全函數(shù)依賴；所有主屬性對每一個(gè)不包含它的主碼也是完全函數(shù)依賴；沒有任何屬性完全函數(shù)依賴于非主碼的任何一組屬性。若RBCNF，則R3NF。(也稱BCNF為修正的3NF）654.3規(guī)范化的關(guān)系模式3.性質(zhì)654.3規(guī)范化的關(guān)系模式在函數(shù)依賴的范疇內(nèi),BCNF已做到徹底的分離，消除了插入異常、刪除異常（3NF的“不徹底性”在于可能存在主屬性對關(guān)鍵字的部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴）。664.3規(guī)范化的關(guān)系模式在函數(shù)依賴的范4.3規(guī)范化的關(guān)系模式4.屬于3NF但不屬于BCNF的例子：關(guān)系模式STJ（學(xué)生S，教師T，課程C）每個(gè)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。碼：（學(xué)生S，課程C）；（學(xué)生S，教師T）函數(shù)依賴：（S，C）T；（S，T）C；TC因?yàn)镃部分函數(shù)依賴于碼（S，T），或T是決定因素，但T不包含碼。故R不屬于BCNF。674.3規(guī)范化的關(guān)系模式4.屬于3NF但不屬于BCNF的例4.3規(guī)范化的關(guān)系模式例：有關(guān)系模式CSZ（City,Street,Zip），其中各屬性分別代表城市、街道和郵政編碼。其語義為：城市和街道可以決定郵政編碼，郵政編碼可以決定城市。因此有：（City，Street）Zip，ZipCity其候選碼為：(City，Street)和(Street，Zip)此模式不存在非主屬性，因此它屬于3NF。存在問題ZipCity，Zip是決定因子，但Zip不是碼。所以不是BCNF!。684.3規(guī)范化的關(guān)系模式例：有關(guān)系模式CSZ（City,St4.3規(guī)范化的關(guān)系模式5.解決辦法：消除主屬性對碼的部分或傳遞函數(shù)依賴，轉(zhuǎn)換BCNF。將R（學(xué)生S,教師T,課程C）分解為：

R1(學(xué)生S,教師T)和R2(教師T,課程C)694.3規(guī)范化的關(guān)系模式5.解決辦法：消除主屬性對碼的部分或4.3規(guī)范化的關(guān)系模式六、范式小結(jié)1.規(guī)范化的目的解決數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常、修改困難等問題2.規(guī)范化的基本思想逐步消除不合適的數(shù)據(jù)依賴，讓一個(gè)關(guān)系描述一個(gè)概念、一個(gè)實(shí)體或?qū)嶓w間的一種聯(lián)系。即“一事一地”的模式設(shè)計(jì)原則。704.3規(guī)范化的關(guān)系模式六、范式小結(jié)704.3規(guī)范化的關(guān)系模式3.范式1NF2NF3NFBCNF4NF消除非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴消除非主屬性對碼的傳遞函數(shù)依賴消除主屬性對碼的部分和傳遞函數(shù)依賴消除非平凡且非函數(shù)依賴的多值依賴消除決定因素非碼的非平凡函數(shù)依賴決定因素非碼的非平凡多值依賴714.3規(guī)范化的關(guān)系模式3.范式1NF2NF3NFBCNF4.3規(guī)范化的關(guān)系模式4.規(guī)范化的過程對關(guān)系模式分解，把一個(gè)低一級關(guān)系模式分解成若干個(gè)高一級的關(guān)系模式。5.規(guī)范化與操作效率片面追求高級的模式，會使數(shù)據(jù)庫操作效率降低724.3規(guī)范化的關(guān)系模式4.規(guī)范化的過