《关系规范化》PPT课件.ppt

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

2、程,关系规范化的目的和意义,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

3、的和意义,实例分析 更新异常 在不规范的数据表中修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

4、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. BD C. 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-Cod

5、e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

6、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：R2NF 1NF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

7、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,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：R3NF 2NF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3

8、NF,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

9、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 该关系中存在如下函数依赖： (depNo, productNo) account (depName, productNo ) account depNodepName depNamedepNo 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

10、 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

11、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

12、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