关系数据库设计基础.ppt

第3章 关系数据库设计基础(3+1学时),数据库设计的4个环节,1. 需求分析：了解业务范围、流程、细节和数据库存储环境；收集、归纳和分析资料。,2. 概念设计：用概念模型描述事务及其关系。如E R方法。,3. 逻辑设计：将概念模型转成规范化的关系模型，减少数据冗余，避免操作异常操作。主要将人工表优化成数据库表。,4. 物理设计：确定数据库存储路径，建数据库、表、表间联系、数据完整性和安全性规则，建主索引（主键）和普通索引（外键）。,3.1.1 人工表与数据库表,1. 人工表：纸介质表格和某些电子表格。如Word表或Excel表。,2. 主要特点：无格式性；数据类型的不确定性；嵌套性等。,3.1.1 人工表与数据库表,. 数据库表：存于外存储器的二维电子表。,4. 主要特点： 列原子性；单元格值的单一性；关键字值惟一；主属性值非空性等。,3.1.1 人工表与数据库表,5. 数据库设计：是研究如何将人工表转换成数据库表，即规范表的过程。,3.1.1 人工表与数据库表,6. 规范化方法：通过投影分解将一个表规范成功能等价的多个表。,2. 作用：由语义可确定关键字、字段有效性规则、冗余属性等。,3.1.2 数据语义,1. 数据语义：是对数据项含义的规定与解释。,5.主关键字：选用的关键字，也称为主键(码) 。一个表只有1个。,2.关键字：能惟一地标识元组、最少属性的集合。也称键、候选键或候选码。1个表可有多个。,3.主属性：包含在某关键字中的属性。,4.外码：关系R的一组非关键字属性F，若F与关系S的主键对应，则F是R的外码或外键。用于建立表间关联。,3.2.1 关系模式,1.关系模式：关系名及所有属性的集合，描述表结构。CJB(学号，课程码，考试成绩，课堂成绩，实验成绩 )。,3.2.2 函数依赖,1.函数依赖：X和Y是R中两组属性，对R中任意两个元组，如对X的投影值相等，则对Y的投影就相等。记为：XY。例： 学号姓名 (学号，课程)姓名 ;(学号，课程)考试成绩 学号考试成绩,3.2.2 函数依赖,3.2.2 函数依赖,3.2.2 函数依赖,4. 传递函数依赖 ：X、Y和Z是不同属性集合，有XY，YZ，但YX且Y不是X的子集 ， 则称Z传递函数依赖于X 。,如： (学号, 课程)(考试成绩, 课堂成绩, 实验成绩),(考试成绩, 课堂成绩, 实验成绩) 总分,因此，总分传递函数依赖于(学号，课程),3.3 关系模式的规范化,1. 数据依赖引发的问题：数据冗余和操作(更新、插入和删除)异常。解决办法是分解关系模式，即规范化关系模式。,2. 规范化目标：减少数据冗余，便于数据更新、插入和删除，提高时空效率，满足应用要求。,3. 规范化方法： 投影分解关系模式，去掉冗余属性，得到更多、较理想的关系模式 。,4. 范式：满足特定要求的关系模式集合。有第一、第二、第三、BCNF、第四和第五范式，条件逐渐增强。,5. 总体原则：概念单一化 ，1个关系模式对应1个实体型或之间的联系(如学生 、学院 、课程 、成绩学生与课程)；无损分解，即对新关系模式自然连接后可还原原关系模式。,3.3 关系模式的规范化,规范化方法：将嵌套列横向展开成多列，将多值单元格纵向展开成多行，某些数据项重复存储 。,3.3.1 第一范式,可能存在 数据冗余度大、操作(更新、插入和删除)异常。,1. 数据冗余度大：1个学生选多门课程要重复存储学号、姓名等，产生冗余数据。,3.3.1 第一范式存在的问题,2. 更新异常：修改某对象的数据，可能要改多个记录，否则，可能造成数据不一致性。如：学生转学院要改该学生所有记录的学院和地址。,3. 插入异常：由于缺少主属性的值，无法添加新元组。如：主关键字是(学号，课程)，新生选课前(课程为空)不能添加学生记录。,3.3.1 第一范式存在的问题,4. 删除异常：删除某些记录，可能丢失有价值的数据。如：选课人数太少，从关系中删除与该课程相关的记录时，将删除课程的信息(课程名和学分)。,导致 (学号, 课程) 学分 (学号, 课程) 姓名 (学号, 课程) 性别等。,如： 课程学分 学号姓名 学号性别,一级范式中可能存在非主属性（姓名、性别或学分等）部分函数依赖关键字(学号，课程)。,3.3.1 第一范式存在问题的原因,属于第一范式，非主属性都完全函数依赖于任意关键字,即，消除非主属性对任何关键字的部分函数依赖 。,3.3.1 第二范式,对关系模式按实体型及其联系投影分解，消除非主属性对关键字的部分函数依赖，转为多个关系模式。如：学生、课程及其联系(成绩)。,3.3.2 第二范式规范化方法,原因：非主属性(如：学院地址)传递函数依赖关键字(学号) 。,存在的问题 ：有数据冗余、操作异常。如：某院学生都毕业，丢失学院信息，即删除异常；重复存储学院地址、总分。,还原验证：用Select自然连接 验证。,3.3.2 第二范式,属于第二范式，非主属性对任何关键字都不存在传递函数依赖，简记为3NF 。,3.3.3 第三范式,规范化方法：投影、分解关系模式，消除非主属性对关键字的传递函数依赖，去冗余属性。如：将XS分解成学生和学院两个关系模式,例如 ：输出学号、姓名、学院名、课程名和总分 ，用一级范式无连接，而用三级范式需要4个关系连接。,问题 ：在少数关系模式中仍然存在数据冗余、数据操作异常问题。,3.3.3 第三范式,进一步规范化 ：在设计实用数据库时，三级范式基本满足要求。如果需要进一步规范化，可以用BCNF、4NF和5NF 。,总体原则 ：关系模式必须满足某级范式。范式级别高，数据冗余小，关系数多，数据操作异常少，关系连接操作次数多，系统时间开销大。,3.4.1 数据编码,数据编码：表示事物对象的一种符号，是对象在某一范围内的唯一标识。如学号、身份证号、性别码、民族码、书号、车牌号等。,数据编码的作用 ：数据规范化，增强通用性、准确性，易自动化获取、节省存储空间。,单体编码：用于标识对象，编码中各位没有特定含义。通常有国家统一标准。例如，性别码：1男，2女；民族码：01汉族，11满族；省市码：11北京，22吉林 。,3.4.1 数据编码,复合编码：由若干段编码组成，每段编码表示不同的含义。如学号、身份证号、书号等。,分段方法 ：有按位分段(如身份证号)、分隔符(如或)分段(如图书或期刊号)。按位分段法更适合计算机数据处理 。 如 身份证:,3.4.1 数据编码,又如 学生教学号:,3.4.2 数据编码对关系模式的影响,单体编码：可