1、第4章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論前面介紹了關(guān)系數(shù)據(jù)庫、關(guān)系模型的基本概念以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)語言SQL。使用關(guān)系模型設(shè)計(jì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫，也就是面對一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題，如何選擇一個(gè)比較好的關(guān)系模式的集合，每個(gè)關(guān)系模式又應(yīng)該由哪些屬性組成。這屬于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的問題，確切地講是數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的問題。本章講述關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論，這是數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。本章要求1、數(shù)據(jù)依賴：理解函數(shù)依賴，碼；2、掌握范式（1NF，2NF，3NF，BCNF），靈活應(yīng)用；3、關(guān)系模式的規(guī)范化1本章概要前面介紹了關(guān)系數(shù)據(jù)庫、關(guān)系模型的基本概念以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)語言SQL。如何使用關(guān)系模型設(shè)計(jì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫，也就是面對一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題，如何選

2、擇一個(gè)比較好的關(guān)系模式的集合，每個(gè)關(guān)系又應(yīng)該由哪些屬性組成。這屬于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的問題，確切地講是數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的問題。本章講述關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論，這是數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。要求了解規(guī)范化理論的研究動(dòng)機(jī)及其在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中的作用，掌握函數(shù)依賴的有關(guān)概念，第一范式、第二范式、第三范式及BCNF的定義對關(guān)系進(jìn)行規(guī)范化2圖4.1 關(guān)系SCDSNOSNAGEDEPTMNCNOSCORES1趙亦17計(jì)算機(jī)劉偉C190S1趙亦17計(jì)算機(jī)劉偉C285S2錢爾18信息王平C557S2錢爾18信息王平C680S2錢爾18信息王平C770S2錢爾18信息王平C570S3孫珊20信息王平C10S3孫珊20信息王平C

3、270S3孫珊20信息王平C485S4李思男自動(dòng)化劉偉C1933根據(jù)上述的語義規(guī)定，并分析以上關(guān)系中的數(shù)據(jù)，我們可以看出：(SNO,CNO)屬性的組合能唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)元組，所以(SNO,CNO)是該關(guān)系模式的主關(guān)系碼。但在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的操作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以下幾方面的問題。1. 數(shù)據(jù)冗余。每個(gè)系名和系主任的名字存儲(chǔ)的次數(shù)等于該系的學(xué)生人數(shù)乘以每個(gè)學(xué)生選修的課程門數(shù)，同時(shí)學(xué)生的姓名、年齡也都要重復(fù)存儲(chǔ)多次，數(shù)據(jù)的冗余度很大，浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間。2. 插入異常。如果某個(gè)新系沒有招生，尚無學(xué)生時(shí)，則系名和系主任的信息無法插入到數(shù)據(jù)庫中。因?yàn)樵谶@個(gè)關(guān)系模式中，(SNO,CNO)是主關(guān)系碼。根據(jù)關(guān)系的實(shí)體完整性約束，

4、主關(guān)系碼的值不能為空，而這時(shí)沒有學(xué)生，SNO和CNO均無值，因此不能進(jìn)行插入操作。另外，當(dāng)某個(gè)學(xué)生尚未選課，即CNO未知，實(shí)體完整性約束還規(guī)定，主關(guān)系碼的值不能部分為空，同樣不能進(jìn)行插入操作。43. 刪除異常。某系學(xué)生全部畢業(yè)而沒有招生時(shí)，刪除全部學(xué)生的記錄則系名、系主任也隨之刪除，而這個(gè)系依然存在，在數(shù)據(jù)庫中卻無法找到該系的信息。另外，如果某個(gè)學(xué)生不再選修C1課程，本應(yīng)該只刪去C1，但C1是主關(guān)系碼的一部分，為保證實(shí)體完整性，必須將整個(gè)元組一起刪掉，這樣，有關(guān)該學(xué)生的其它信息也隨之丟失。4. 更新異常。如果學(xué)生改名，則該學(xué)生的所有記錄都要逐一修改SN；又如某系更換系主任，則屬于該系的學(xué)生記錄

5、都要修改MN的內(nèi)容，稍有不慎，就有可能漏改某些記錄，這就會(huì)造成數(shù)據(jù)的不一致，破壞了數(shù)據(jù)的完整性。5由于存在以上問題，我們說，SCD是一個(gè)不好的關(guān)系模式。產(chǎn)生上述問題的原因，直觀地說，是因?yàn)殛P(guān)系中“包羅萬象”，內(nèi)容太雜了。那么，怎樣才能得到一個(gè)好的關(guān)系模式呢？我們把關(guān)系模式SCD分解為下面三個(gè)結(jié)構(gòu)簡單的關(guān)系模式，如圖4.2所示。學(xué)生關(guān)系S(SNO,SN,AGE,DEPT)選課關(guān)系SC(SNO,CNO,SCORE)系關(guān)系D(DEPT,MN)6S SCSNOSNAGEDEPTSNOCNOSCORES1趙亦17計(jì)算機(jī)S1C190S2錢爾18信息S1C285S3孫珊20信息S2C557S4李思21自動(dòng)化

6、S2C680S2C7DS2C570DEPTMNS3C10計(jì)算機(jī)劉偉S3C270信息王平S3C485自動(dòng)化劉偉S4C193圖4.2 分解后的關(guān)系模式（三個(gè)關(guān)系）7在以上三個(gè)關(guān)系模式中，實(shí)現(xiàn)了信息的某種程度的分離，S中存儲(chǔ)學(xué)生基本信息，與所選課程及系主任無關(guān)；D中存儲(chǔ)系的有關(guān)信息，與學(xué)生無關(guān)；SC中存儲(chǔ)學(xué)生選課的信息，而與學(xué)生及系的有關(guān)信息無關(guān)。與SCD相比，分解為三個(gè)關(guān)系模式后，數(shù)據(jù)的冗余度明顯降低。當(dāng)新插入一個(gè)系時(shí)，只要在關(guān)系D中添加一條記錄。當(dāng)某個(gè)學(xué)生尚未選課，只要在關(guān)系S中添加一條學(xué)生記錄，而與選課關(guān)系無關(guān)，這就避免了插入異常。當(dāng)一個(gè)系的學(xué)生全部畢業(yè)時(shí)，只需在S中刪除該系的全部學(xué)生記錄，而

7、關(guān)系D中有關(guān)該系的信息仍然保留，從而不會(huì)引起刪除異常。同時(shí)，由于數(shù)據(jù)冗余度的降低，數(shù)據(jù)沒有重復(fù)存儲(chǔ)，也不會(huì)引起更新異常。 8經(jīng)過上述分析，我們說分解后的關(guān)系模式是一個(gè)好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式。從而得出結(jié)論，一個(gè)好的關(guān)系模式應(yīng)該具備以下四個(gè)條件：1. 盡可能少的數(shù)據(jù)冗余。2. 沒有插入異常。3. 沒有刪除異常。4. 沒有更新異常。 9但要注意，一個(gè)好的關(guān)系模式并不是在任何情況下都是最優(yōu)的，比如查詢某個(gè)學(xué)生選修課程名及所在系的系主任時(shí)，要通過連接，而連接所需要的系統(tǒng)開銷非常大，因此要以實(shí)際設(shè)計(jì)的目標(biāo)出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)如何按照一定的規(guī)范設(shè)計(jì)關(guān)系模式，將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的關(guān)系分解成結(jié)構(gòu)簡單的關(guān)系，從而把不好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模

8、式轉(zhuǎn)變?yōu)楹玫年P(guān)系數(shù)據(jù)庫模式，這就是關(guān)系的規(guī)范化。規(guī)范化又可以根據(jù)不同的要求而分成若干級(jí)別。我們要設(shè)計(jì)的關(guān)系模式中的各屬性是相互依賴、相互制約的，這樣才構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼w。因此在設(shè)計(jì)關(guān)系模式時(shí)，必須從語義上分析這些依賴關(guān)系。數(shù)據(jù)庫模式的好壞和關(guān)系中各屬性間的依賴關(guān)系有關(guān)，因此，我們先討論屬性間的依賴關(guān)系，然后再討論關(guān)系規(guī)范化理論。 104.1 函數(shù)依賴4.1.1函數(shù)依賴的定義及性質(zhì)關(guān)系模式中的各屬性之間相互關(guān)聯(lián)（值相等與否）、相互制約的聯(lián)系稱為數(shù)據(jù)依賴。數(shù)據(jù)依賴一般分為函數(shù)依賴、多值依賴和連接依賴。 其中,函數(shù)依賴是最重要的數(shù)據(jù)依賴。函數(shù)依賴（Functional Dependency）是

9、關(guān)系模式中屬性之間的一種邏輯依賴關(guān)系。11下面給函數(shù)依賴的形式化定義。 函數(shù)依賴的定義定義4.1設(shè)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(gè)可能的關(guān)系r，對于X的每一個(gè)具體值，Y都有唯一的具體值與之對應(yīng)，則稱X決定函數(shù)Y，或Y函數(shù)依賴于X，記作XY。我們稱X為決定因素，Y為依賴因素。當(dāng)Y不函數(shù)依賴于X時(shí)，記作：X Y。當(dāng)XY且YX時(shí)，則記作：X Y。對于關(guān)系模式SCDU=SNO,SN,AGE,DEPT,MN,CNO,SCOREF=SNOSN，SNOAGE，SNODEPT一個(gè)SNO有多個(gè)SCORE的值與其對應(yīng)，因此SCORE不能唯一地確

10、定，即SCORE不能函數(shù)依賴于SNO，所以有： SNO SCORE。但是SCORE可以被（SNO，CNO）唯一地確定。所以可表示為：（SNO，CNO）SCORE。 12有關(guān)函數(shù)依賴的幾點(diǎn)說明：1平凡的函數(shù)依賴與非平凡的函數(shù)依賴。當(dāng)屬性集Y是屬性集X的子集時(shí)，存在著函數(shù)依賴XY,這種類型的函數(shù)依賴稱為平凡的函數(shù)依賴。如果Y不是X的子集，則稱XY為非平凡的函數(shù)依賴。若不特別聲明，我們討論的都是非平凡的函數(shù)依賴。2函數(shù)依賴是語義范疇的概念。我們只能根據(jù)語義來確定一個(gè)函數(shù)依賴，而不能按照其形式化定義來證明一個(gè)函數(shù)依賴是否成立。例如，對于關(guān)系模式S，當(dāng)學(xué)生不存在重名的情況下，可以得到：SNAGESNDE

11、PT這種函數(shù)依賴關(guān)系，必須是在沒有重名的學(xué)生條件下才成立的，否則就不存在函數(shù)依賴了。所以函數(shù)依賴反映了一種語義完整性約束。 133函數(shù)依賴與屬性之間的聯(lián)系類型有關(guān)。（1）在一個(gè)關(guān)系模式中，如果屬性X與Y有1:1聯(lián)系時(shí)，則存在函數(shù)依賴XY，YX，即X Y。 例如，當(dāng)學(xué)生無重名時(shí)，SNO SN。（2）如果屬性X與Y有1:m的聯(lián)系時(shí)，則只存在函數(shù)依賴XY。 例如，SNO與AGE，DEPT之間均為1:m聯(lián)系，所以有SNOAGE，SNODEPT。（3）如果屬性X與Y有m: n的聯(lián)系時(shí)，則X與Y之間不存在任何函數(shù)依賴關(guān)系。 例如，一個(gè)學(xué)生可以選修多門課程，一門課程又可以為多個(gè)學(xué)生選修，所以SNO與CNO之

12、間不存在函數(shù)依賴關(guān)系。由于函數(shù)依賴與屬性之間的聯(lián)系類型有關(guān)，所以在確定屬性間的函數(shù)依賴關(guān)系時(shí)，可以從分析屬性間的聯(lián)系類型入手，便可確定屬性間的函數(shù)依賴。 144.1.2 完全函數(shù)依賴與部分函數(shù)依賴定義4.2 設(shè)關(guān)系模式R(U)，U是屬性全集，X和Y是U的子集，如果XY，并且對于X的任何一個(gè)真子集X,都有X Y，則稱Y對X完全函數(shù)依賴（Full Functional Dependency），記作 X Y。如果對X的某個(gè)真子集X，有XY，則稱Y對X部分函數(shù)依賴（Partial Functional Dependency），記作X Y。例如，在關(guān)系模式SCD中，因?yàn)镾NO SCORE，且CNO SC

13、ORE，所以有：（SNO，CNO） SCORE 。 而SNOAGE，所以（SNO，CNO） AGE。由定義4.2可知：只有當(dāng)決定因素是組合屬性時(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)，只能是完全函數(shù)依賴。例如，在關(guān)系模式S（SNO，SN，AGE，DEPT），決定因素為單屬性SNO，有SNO（SN，AGE，DEPT），不存在部分函數(shù)依賴。154.1.3 傳遞函數(shù)依賴定義4.3 設(shè)有關(guān)系模式R（U），U是屬性全集，X，Y，Z是U的子集，若XY，但Y X，而YZ（Y X，Z Y），則稱Z對X傳遞函數(shù)依賴（Transitive Functional Dependency）。如果YX，則X Y

14、，這時(shí)稱Z對X直接函數(shù)依賴，而不是傳遞函數(shù)依賴。例如，在關(guān)系模式SCD中，SNODEPTN，但DEPTN SNO，而 傳遞t DEPTNMN，則有 SNO MN。當(dāng)學(xué)生不存在重名的情況下，有SNOSN，SNSNO，SNO SN，SNDEPTN，這時(shí)DEPTN對SNO是直接函數(shù)依賴，而不是傳遞函數(shù)依賴。綜上所述，函數(shù)依賴分為完全函數(shù)依賴、部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴三類，它們是規(guī)范化理論的依據(jù)和規(guī)范化程度的準(zhǔn)則，下面我們將以介紹的這些概念為基礎(chǔ)，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的規(guī)范設(shè)計(jì)。 4.1.4 碼 候選碼、主碼、關(guān)鍵字、外部碼16規(guī)范化的基本思想是消除關(guān)系模式中的數(shù)據(jù)冗余，消除數(shù)據(jù)依賴中的不合適的部分，解決數(shù)據(jù)

15、插入、刪除時(shí)發(fā)生異常現(xiàn)象。這就要求關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)出來的關(guān)系模式要滿足一定的條件。我們把關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化過程中為不同程度的規(guī)范化要求設(shè)立的不同標(biāo)準(zhǔn)稱為范式（Normal Form）,符合某一級(jí)別的關(guān)系模式的集合。由于規(guī)范化的程度不同，就產(chǎn)生了不同的范式。1NF,2NF,3NF,BCNF,4NF,5NF,一級(jí)比一級(jí)有更嚴(yán)格的要求。各個(gè)范式之間的聯(lián)系可以表示為：5NF 4NF BCNF 3NF 2NF 1NF4.2 范式 17圖4.3 各種范式之間的關(guān)系下面逐一介紹各級(jí)范式及其規(guī)范化。 4NF5NFBCNF3NF2NF1NF規(guī)范與非規(guī)范關(guān)系184.2.1 第一范式第一范式（First Normal

16、 Form）是最基本的規(guī)范形式，即關(guān)系中每個(gè)屬性都是不可再分的簡單項(xiàng)。定義4.4 如果關(guān)系模式R，其所有的屬性均為簡單屬性，即每個(gè)屬性都是不可再分的，則稱R屬于第一范式，簡稱1NF，記作R1NF。在第2章討論關(guān)系的性質(zhì)時(shí)，我們把滿足這個(gè)條件的關(guān)系稱為規(guī)范化關(guān)系。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中只討論規(guī)范化的關(guān)系，凡是非規(guī)范化的關(guān)系模式必須轉(zhuǎn)化成規(guī)范化的關(guān)系。在非規(guī)范化的關(guān)系中去掉組合項(xiàng)就能化成規(guī)范化的關(guān)系。每個(gè)規(guī)范化的關(guān)系都屬于1NF，這也是它之所以稱為“第一”的原因。 19然而，一個(gè)關(guān)系模式僅僅屬于第一范式是不適用的。在4.1節(jié)中給出的關(guān)系模式SCD(SNO,SN,AGE,DEPT,MN,CNO,SCOR

17、E)屬于第一范式，但其具有大量的數(shù)據(jù)冗余，具有插入異常、刪除異常、更新異常等弊端。為什么會(huì)存在這種問題呢？讓我們分析一下SCD中的函數(shù)依賴關(guān)系，它的關(guān)系碼是（SNO，CNO）的屬性組合，所以有： （SNO，CNO） SCORESNOSN，（SNO，CNO） SNSNOAGE，（SNO，CNO） AGESNODEPT，（SNO，CNO） DEPTSNO MN，（SNO，CNO） MN 20我們可以用函數(shù)信賴圖表示以上函數(shù)依賴關(guān)系，如圖4.4所示。 SN,AGEMNScore圖4.4 SCD中的函數(shù)依賴關(guān)系SNOCNOPPf由此可見，在SCD中，既存在完全函數(shù)依賴，又存在部分函數(shù)依賴。這種情況往往

18、在數(shù)據(jù)庫中是不允許的，也正是由于關(guān)系中存在著復(fù)雜的函數(shù)依賴，才導(dǎo)致數(shù)據(jù)操作中出現(xiàn)了種弊端。克服這些弊端的方法是用投影運(yùn)算將關(guān)系分解，去掉過于復(fù)雜的函數(shù)依賴關(guān)系，向更高一級(jí)的范式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 214.2.2 第二范式第二范式的定義定義4.5 如果關(guān)系模式R1NF，且每個(gè)非主屬性都完全函數(shù)依賴于R的每個(gè)關(guān)系碼，則稱R屬于第二范式（Second Normal Form），簡稱2NF，記作R2NF。在關(guān)系模式SCD(SNO,SN,AGE,DEPT,MN,CNO,SCORE)中，SNO，CNO為主屬性，AGE，DEPT，MN，CNO，SCORE均為非主屬性，經(jīng)上述分析，存在非主屬性對關(guān)系碼的部分函數(shù)依賴，

19、所以SCD不是2NF。將SCD分解成兩個(gè)關(guān)系模式SD(SNO,SN,AGE,DEPT,MN)和SC(SNO,CNO,SCORE)，其中SD的關(guān)系碼為SNO，單屬性，不可能存在部分函數(shù)依賴。而對于SC，（SNO，CNO） SCORE。所以SCD分解后，消除了非主屬性對關(guān)系碼的部分函數(shù)依賴，SD，SC均屬于2NF。 22經(jīng)以上分析，可以得到兩個(gè)結(jié)論：1從1NF關(guān)系中消除非主屬性對關(guān)系碼的部分函數(shù)依賴，則可得到2NF關(guān)系。2如果R的關(guān)系碼為單屬性，或R的全體屬性均為主屬性，則R2NF。 232NF的缺點(diǎn)2NF的關(guān)系模式解決了1NF中存在的一些問題，2NF規(guī)范化的程度比1NF前進(jìn)了一步，但2NF的關(guān)系

20、模式SD在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)，仍然存在著一些問題： SD(SNO,SN,AGE,DEPT,MN)1數(shù)據(jù)冗余。每個(gè)系名和系主任的名字存儲(chǔ)的次數(shù)等于該系的學(xué)生人數(shù)。2插入異常。當(dāng)一個(gè)新系沒有招生時(shí)，有關(guān)該系的信息無法插入。3刪除異常。某系學(xué)生全部畢業(yè)而沒有招生時(shí)，刪除全部學(xué)生的記錄也隨之刪除了該系的有關(guān)信息。4更新異常。更換系主任時(shí)，仍需改動(dòng)較多的學(xué)生記錄。之所以存在這些問題，是由于在SD中存在著非主屬性對主碼的傳遞依賴。分析SD中的函數(shù)依賴關(guān)系，SNOSN，SNOAGE，SNODEPT，DEPTMN，SNO MN，非主屬性MN對主碼SNO傳遞依賴。為此，對關(guān)系模式SD還需進(jìn)一步簡化，消除這種傳遞依賴

21、，得到3NF。 244.2.3 第三范式第三范式的定義定義4.6 如果關(guān)系模式R2NF，且每個(gè)非主屬性都不傳遞依賴于R的每個(gè)關(guān)系碼，則稱R屬于第三范式（Third Normal Form），簡稱3NF，記作R3NF。第三范式具有如下性質(zhì)：1如果R3NF，則R也是2NF。2如果R2NF，則R不一定是3NF。3NF規(guī)范化3NF規(guī)范化是指把2NF關(guān)系模式通過投影分解轉(zhuǎn)換成3NF關(guān)系模式的集合。和2NF的規(guī)范化時(shí)遵循的原則相同，即“一事一地”，讓一個(gè)關(guān)系只描述一個(gè)實(shí)體或者實(shí)體間的聯(lián)系。將SD(SNO,SN,AGE,DEPT,MN)拆分成S(SNO,SN,AGE,DEPT)和D(DEPT,MN)251數(shù)

22、據(jù)冗余降低。系主任的名字存儲(chǔ)的次數(shù)與該系的學(xué)生人數(shù)無關(guān)，只在關(guān)系D中存儲(chǔ)一次。2不存在插入異常。當(dāng)一個(gè)新系沒有學(xué)生時(shí)，該系的信息可以直接插入到關(guān)系D中，而與學(xué)生關(guān)系S無關(guān)。3不存在刪除異常。要?jiǎng)h除某系的全部學(xué)生而仍然保留該系的有關(guān)信息時(shí)，可以只刪除學(xué)生關(guān)系S中的相關(guān)學(xué)生記錄，而不影響系關(guān)系D中的數(shù)據(jù)。 4不存在更新異常。更換系主任時(shí)，只需修改關(guān)系D中一個(gè)相應(yīng)元組的MN屬性值，從而不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的不一致現(xiàn)象。SCD規(guī)范到3NF后，所存在的異常現(xiàn)象已經(jīng)全部消失。但是，3NF只限制了非主屬性對碼的依賴關(guān)系，而沒有限制主屬性對碼的依賴關(guān)系。如果發(fā)生了這種依賴，仍有可能存在數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常和修

23、改異常。這時(shí)，則需對3NF進(jìn)一步規(guī)范化，消除主屬性對碼的依賴關(guān)系，為了解決這種問題，Boyce與Codd共同提出了一個(gè)新范式的定義，這就是Boyce-Codd范式，通常簡稱BCNF或BC范式。它彌補(bǔ)了3NF的不足。264.3 關(guān)系模式的規(guī)范化 到目前為止，規(guī)范化理論已經(jīng)提出了六類范式（有關(guān)4NF和5NF的內(nèi)容不再詳細(xì)介紹）。各范式級(jí)別是在分析函數(shù)依賴條件下對關(guān)系模式分離程度的一種測度，范式級(jí)別可以逐級(jí)升高。一個(gè)低一級(jí)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(jí)范式的關(guān)系模式的集合，這種分解過程叫作關(guān)系模式的規(guī)范化（Normalization）。4.3.1 關(guān)系模式規(guī)范化的目的和原則一個(gè)關(guān)系只

24、要其分量都是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，就可稱作規(guī)范化的關(guān)系，但這只是最基本的規(guī)范化。這樣的關(guān)系模式是合法的。但人們發(fā)現(xiàn)有些關(guān)系模式存在插入、刪除、修改異常、數(shù)據(jù)冗余等弊病。規(guī)范化的目的就是使結(jié)構(gòu)合理，消除存儲(chǔ)異常，使數(shù)據(jù)冗余盡量小，便于插入、刪除和更新。 27規(guī)范化的基本原則就是遵從概念單一化“一事一地”的原則，即一個(gè)關(guān)系只描述一個(gè)實(shí)體或者實(shí)體間的聯(lián)系。若多于一個(gè)實(shí)體，就把它“分離”出來。因此，所謂規(guī)范化，實(shí)質(zhì)上是概念的單一化，即一個(gè)關(guān)系表示一個(gè)實(shí)體。4.3.2 關(guān)系模式規(guī)范化的步驟規(guī)范化就是對原關(guān)系進(jìn)行投影，消除決定屬性不是候選碼的任何函數(shù)依賴。具體可以分為以下幾步：1對1NF關(guān)系進(jìn)行投影，消除原關(guān)系

25、中非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴，將1NF關(guān)系轉(zhuǎn)換成若干個(gè)2NF關(guān)系。2對2NF關(guān)系進(jìn)行投影，消除原關(guān)系中非主屬性對碼的傳遞函數(shù)依賴，將2NF關(guān)系轉(zhuǎn)換成若干個(gè)3NF關(guān)系。3對3NF關(guān)系進(jìn)行投影，消除原關(guān)系中主屬性對碼的部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴，也就是說使決定因素都包含一個(gè)候選碼。得到一組BCNF關(guān)系。 28關(guān)系規(guī)范化的基本步驟如圖4.5所示。 1NF2NF3NFBCNF消除決定屬性不是候選碼的非平凡的函數(shù)依賴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)依賴圖4.5 規(guī)范化過程 一般情況下，我們說沒有異常弊病的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，一個(gè)不好的關(guān)系

26、模式也總是可以通過分解轉(zhuǎn)換成好的關(guān)系模式的集合。但是在分解時(shí)要全面衡量，綜合考慮，視實(shí)際情況而定。對于那些只要求查詢而不要求插入、刪除等操作的系統(tǒng)，幾種異常現(xiàn)象的存在并不影響數(shù)據(jù)庫的操作。這時(shí)便不宜過度分解，否則當(dāng)要對整體查詢時(shí)，需要更多的多表連接操作，這有可能得不償失。在實(shí)際應(yīng)用中，最有價(jià)值的是3NF和BCNF，在進(jìn)行關(guān)系模式的設(shè)計(jì)時(shí)，通常分解到3NF就足夠了。 294.3.2 關(guān)系模式規(guī)范化的要求關(guān)系模式的規(guī)范化過程是通過對關(guān)系模式的投影分解來實(shí)現(xiàn)的，但是投影分解方法不是唯一的，不同的投影分解會(huì)得到不同的結(jié)果。在這些分解方法中，只有能夠保證分解后的關(guān)系模式與原關(guān)系模式等價(jià)的方法才是有意義的

27、。下面先給出兩個(gè)定義：無損連接性（Lossless Join）：設(shè)關(guān)系模式R(U，F(xiàn))被分解為若干個(gè)關(guān)系模式R1(U1，F(xiàn)1)，R2(U2，F(xiàn)2)，, Rn(Un，F(xiàn)n)，其中U=U1U2Un，且不存在UiUj式，F(xiàn)i為F在Uj上的投影，如果R與R1，R2，Rn自然連接的結(jié)果相等，則稱關(guān)系模式R的分解具有無損連接性。函數(shù)依賴可以保證關(guān)系分解的無損連接性。函數(shù)依賴保持性（Preserve Dependency）：設(shè)關(guān)系模式R(U，F(xiàn))被分解為若干個(gè)關(guān)系模式R1(U1，F(xiàn)1)，R2(U2，F(xiàn)2)，, Rn(Un，F(xiàn)n)，其中U=U1U2Un，且不存在Ui Uj式，F(xiàn)i為F在Uj上的投影，如果F所蘊(yùn)

28、含的函數(shù)依賴一定也由分解得到的某個(gè)關(guān)系模式中的函數(shù)依賴Fi所蘊(yùn)含，則稱關(guān)系模式R的分解具有函數(shù)依賴保持性。 30判斷對關(guān)系模式的一個(gè)分解是否與原關(guān)系模式等價(jià)可以有三種不同的標(biāo)準(zhǔn)：1分解要具有無損連接性。2分解要具有函數(shù)依賴保持性。3分解既要具有無損連接性，又要具有函數(shù)依賴保持性。規(guī)范化理論提供了一套完整的模式分解方法，按照這套算法可以做到：如果要求分解既具有無損連接性，又具有函數(shù)依賴保持性，則分解一定能夠達(dá)到3NF，但不一定能夠達(dá)到BCNF。所以在3NF的規(guī)范化中，既要檢查分解是否具有無損連接性，又要檢查分解是否具有函數(shù)依賴保持性。只有這兩條都滿足，才能保證分解的正確性和有效性，才既不會(huì)發(fā)生信

29、息丟失，又保證關(guān)系中的數(shù)據(jù)滿足完整性約束。 31例1 考察一個(gè)學(xué)生選修課程的關(guān)系 SC1由于課程屬性的值是可分解的故SC1 1NF解決辦法：將課程屬性的值拆開，形成如下關(guān)系形式： SC2 學(xué)號(hào) 課程 0101高數(shù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)0315網(wǎng)絡(luò)營銷，英語學(xué)號(hào)課程0101高數(shù)0101數(shù)據(jù)庫技術(shù)0315網(wǎng)絡(luò)營銷0315英語32例2 考察關(guān)系模式： A ( 學(xué)號(hào)，姓名，班級(jí)編號(hào)，班主任，課程編號(hào)，課程名稱，課時(shí)，成績 ) A中有以下函數(shù)依賴關(guān)系： ( 學(xué)號(hào)，課程編號(hào) ) 成績 學(xué)號(hào) 姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí)編號(hào) 學(xué)號(hào) 班主任 課程編號(hào) 課程名稱 課程編號(hào) 課時(shí)這些非主屬性中，只有成績屬性是完全函數(shù)依賴于碼，其它屬性由于只依賴于學(xué)號(hào)屬性或課程編號(hào)，故都是部分函數(shù)依賴于碼，因此A 2NF。正是這種部分函數(shù)依賴，造成了當(dāng)50個(gè)學(xué)生選修同一門課程時(shí)，課程的編號(hào)、名稱、課時(shí)等信息被重復(fù)了50次。33要將關(guān)系的范式等級(jí)從1NF提升到2