第4章关系规范化.ppt

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1、第4章 关系规范化,本章知识点,关系规范化目的和意义 函数依赖 第一范式（1NF）第二范式（2NF）第三范式（3NF）BC范式（BCNF）逆规范化,关系规范化的目的和意义,E.F.Codd指出：一个关系数据库中的关系都应满足一定的规范，才能构造出好的关系模式,E.F.Codd,关系规范化的目的和意义,一个好的数据库设计所遵循的标准：每个表应提供一个惟一的标识符，用来区分不同的行 每个表应当存储单个实体类型的数据 每个表不应该出现值全部相同的行（或列）尽量避免接受NULL值（空值）的列 尽量避免值重复关系规范化过程用形式更为简洁、结构更加规范的关系模式取代原有关系模式的过程,关系规范化的目的和意

2、义,实例分析 将专业和系两个实体存放在一个表内,关系规范化的目的和意义,实例分析数据冗余：数据在数据库中的重复存放称为数据冗余数据冗余导致的问题：浪费存储空间可能造成数据的不一致性，产生插入、删除和更新异常增加了插入、删除和更新数据的时间,数据重复,关系规范化的目的和意义,实例分析插入异常：在不规范的数据表中插入数据时，由于实体完整性约束要求主键非空的限制，将会出现一些有用数据无法插入的情况,主键不能为空，插入失败,关系规范化的目的和意义,实例分析删除异常在不规范的数据表中，删除某条记录会将其中一部分有用数据一起删除,有用数据被删除,关系规范化的目的和意义,实例分析更新异常在不规范的数据表中修

3、改某条记录的特定分量，而其它记录中的等值分量不能同步更新，则会导致数据不一致,数据不一致,关系规范化的目的和意义,设计数据库的方法：凭借经验和常识可以进行数据库初步设计使用一些系统方法（如：规范化理论）来降低冗余，从而使数据库设计更为合理关系规范化是数据库逻辑设计的指南，它是基于函数依赖和范式的,函数依赖,数据依赖属性之间相互依赖、相互制约的关系被称为数据依赖 关系模式中的最常见的数据依赖为：函数依赖函数依赖(Functional Dependencies),学生关系（学号，姓名，性别，年龄，专业编号，已取得总学分）学号姓名学号性别 学号年龄 学号专业编号 学号已取得总学分,函数依赖,函数依赖

4、的定义已知：X和Y是关系R中两个属性（或属性组）若对于X的任何一个值，只有一个Y的值与之对应，则称Y函数依赖于X，记为：XY，X被称为决定因子 任何属性都函数依赖于候选键，所有候选键都是决定因子例 子：,函数依赖,思 考下面给出的关系表R(A,B,C,D)满足下述哪个函数依赖？,A.AB B.BDC.DC D.AD,范式,范式的定义范式（Normal Formula：NF）是表结构在优化时必须满足的一些规则最重要的范式包括：第一范式（1NF）第二范式（2NF）第三范式（3NF）Boyce-Code范式（BCNF）,范式,范式的特征E.F.Codd把关系模式应满足的规则划分成几级，每一级称为一个

5、范式范式的等级越高，应满足的条件也越严规范化一个低级范式的关系模式，通过分解（投影）方法可以转换成若干高一级范式的关系模式，这个过程称为规范化1NF 2NF 3NF BCNF,第一范式,第一范式定义 若关系R中的每个属性（列）都是不可再分的，并且每个属性都是单值的，则称关系R满足第一范式，记为：R1NF属性不可再分：1NF中不能出现子属性属性值为单值：每个单元格中不允许出现一个以上的数据1NF是对关系的最低要求，不满足1NF的关系是非规范化的关系,第一范式,实例分析 提出/分析问题,非规范化,第一范式,实例分析 问题求解,第二范式,第二范式定义 若关系R1NF，并且每个非主属性都函数依赖于整个

6、候选键，而不是依赖于部分候选键，则称关系R满足第二范式，记为：R2NF1NF转化为2NF：优先判断主键的规范性将依赖部分键的非主属性和所依赖部分键组成一个关系将依赖整个键的非主属性和整个键组成另一个关系,第二范式,实例分析 提出问题：满足1NF，不满足2NF,第二范式,实例分析 分析问题：插入异常：在一个学生未选择任何课程时，该学生信息不能被插入 更新异常：对于给定的学生，学号、性别、姓名和年龄重复多次；对于给定的班级，课程名称、开课时间重复多次 删除异常：当需要删除某个学生的信息时，与该学生相关的班级信息将被删除；删除班级信息时，选该班级课程的学生信息也将被删除，这种删除将造成一些信息的丢失

7、,第二范式,实例分析 问题求解,满足2NF,第二范式,思 考在按照2NF要求分解之后的关系模式中，确定学生表、班级表和选课表的主键和外键。,第三范式,第三范式定义 若关系R2NF，并且它的非主属性只函数依赖于候选键，而不依赖于其它非主属性，则称R满足第三范式，记为：R3NF2NF转化为3NF：将不只依赖于键的非主属性和所依赖的非主属性组成一个关系原有关系中去掉那些不只依赖于键的非主属性，剩余部分组成一个关系,第三范式,实例分析 提出问题：满足2NF，不满足3NF,第三范式,实例分析 分析问题 插入异常：如果一个专业没有学生时不能插入该专业的信息更新异常：对于给定的专业，专业名称和专业带头人姓名

8、重复多次出现，产生了数据冗余，如果一个专业的专业带头人姓名发生变更，则与该专业相关的所有记录都要更新，否则将造成同一专业其带头人不一致，引发更新异常。删除异常：当一个专业只有一个学生时，在删除该学生信息的时候会将该专业的信息全部删除，造成有效数据的丢失，引发删除异常。,第三范式,实例分析 问题求解,满足3NF,第三范式,思 考在按照3NF要求分解之后的关系模式中，确定学生表和专业表的主键和外键。,BC范式,BC范式定义若关系R1NF，并且它的决定因子都是候选键，则称R满足BC范式，记为：RBCNF,BC范式,实例分析 提出问题：满足3NF，不满足BCNF,BC范式,实例分析 分析问题 该关系中

9、存在如下函数依赖：(depNo,productNo)account(depName,productNo)accountdepNodepNamedepNamedepNo候选键包括：（depNo,productNo）和（depName，productNo）主属性包括：depNo、depName和productNo非主属性包括：account,BC范式,实例分析 分析问题 BCNF转换方法将产生函数依赖关系的主属性组成一个新关系组合剩余的属性，合并相同的元组,BC范式,实例分析 问题求解,满足BCNF,逆规范化,通过规范化可以分解得到一些结构简单的表，但是在查询时可能需要连接多个表，这造成了大量的数

10、据库逻辑运算，从而降低了查询效率为了提高查询效率，可以在特定的表中引入一些额外的属性数据库设计允许存在合理的冗余,逆规范化,逆规范化的定义 将两个或多个满足高范式的关系模式通过自然连接，重新合并成一个满足较低范式的关系模式的过程称为逆规范化规范化和逆规范化是相互矛盾的，何时进行规范化、何时进行逆规范化、进行到什么程度，在具体的应用环境中，需要数据库设计者仔细分析和平衡逆规范化需要设计者在关系中有意地引入一些冗余以改进系统的查询性能,逆规范化,实例分析 提出问题,计算stuNo=S001学生的已获学分，需要对三个表进行连接,逆规范化,实例分析 分析问题 查询和计算过程在经过数据库编译后，将会变成

11、一个比较繁琐的程序在后台运行，尤其在数据库记录非常多、用户访问量很大的情况下将会造成用户难以忍受的延迟。在表中适当增加一定冗余，可以减少数据库服务器的负荷，提高查询速度，如果需要经常查询和统计学生已获得学分，可以在原来的学生表中增加一个新的字段stuTotalCredi来表示已取得的总学分，虽然这样设计在一定程度上会导致数据的冗余，但是可以极大提高查询速度。,逆规范化,实例分析 问题求解,增加一个新列来存储学生已获总学分,本章小结,设计不合理的数据库存在数据冗余、插入异常、删除异常和更新异常等一系列问题。一个关系数据库中的关系都应满足一定的规范，才能构造出好的关系数据模式，关系规范化的目的就是

12、实现关系数据库设计的优化。函数依赖涉及到平凡函数依赖、非平凡函数依赖、完全函数依赖、部分函数依赖、传递函数依赖等概念。根据一个关系模式的语义，可以求出其最小函数依赖集，确定各属性之间的函数依赖关系，并求出关系的候选键。关系模式应满足的规范化程度分为几级，每一级称为一个范式。第一范式是一个关系的最低规范化级别，第一范式要求属性不能再分，即所有的属性都是单值属性。,本章小结,第二范式要求消除所有非主属性对主属性的部分函数依赖。如果满足第一范式的关系中所有候选键都是单属性，则满足第二范式。第三范式要求消除非主属性对主属性的传递函数依赖。在关系规范化过程中，通常是先消除传递函数依赖，再消除部分函数依赖。BC范式要求消除关系中所有属性对候选键的部分函数依赖和传递函数依赖。如果一个关系满足第三范式，且它只有单个候选键，或者它的每个候选键都是单属性，则该关系自然达到了BC范式。将两个或多个满足高范式的关系模式通过自然连接，重新合并成一个满足较低范式的关系模式的过程称为逆规范化。逆规范化的目的是提高查询效率，但势必会增加关系表的个数，因此需要对规范化和逆规范化进行折衷考虑，做到数据库系统整体性能的最佳。,