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1、数据库原理与应用,（Oracle版）,人民邮电出版社,2,第5章 关系数据库规范化理论,5.1 关系规范化的提出 5.2 函数依赖 5.3 函数依赖的公理系统 5.4 关系模式的分解 5.5 关系模式的规范化 5.6 关系模式规范化步骤,5.1 关系规范化的提出,设计学校学生管理数据库（例子） 需求：一个系有多名学生，一个学生只属于一个系；一个系只有一名负责人；一个学生可以选修多门课程，每门课程有多个学生选修；每个学生学习每一门课程仅有一个成绩。 单一的关系模式设计 U=学号,姓名,系名,系负责人,课程名,成绩,人民邮电出版社,3,5.1 关系规范化的提出,设计学校学生管理数据库（例子） 该模
2、式存在的问题： 插入异常：系若无学生，就无法把这个系及其系主任的信息存入库 删除异常：删除学生信息的同时，把系及其系主任的信息也丢掉了 数据冗余与更新异常：系主任姓名、学生姓名，浪费存储空间,人民邮电出版社,4,5.1 关系规范化的提出,问题和改进 数据依赖:同一关系中属性间的相互依赖和相互制约 F =学号 系名,系名系负责人, (学号,课程名) 成绩 原因：数据依赖存在一些不合适的性质 解决方法：通过分解关系模式来消除其中不合适的数据依赖,人民邮电出版社,5,学号,课程名,成绩,系名,系负责人,5.2 函数依赖,一、函数依赖的基本概念 二、平凡函数依赖与非平凡函数依赖 三、完全函数依赖与部分
3、函数依赖 四、传递函数依赖,人民邮电出版社,6,5.2 函数依赖,一、函数依赖的基本概念 定义1 设RR(A1,A2,An)是一个关系模式(A1,A2,An是R的属性)，X A1,A2,An ，Y A1,A2,An ，即X和Y是R的属性子集，T1、T2是R的两个任意元组，即T1T1(A1,A2,An)，T2T2(A1,A2,An)，如果当T1(X)T2(X)成立时，总有T1(Y)T2(Y)，则称X决定Y，或称Y函数依赖于X。记为：XY。 反映了同一关系中属性间存在映射关系。 即给定关系R中的属性X就可以通过查询R关系表而确定属性Y,人民邮电出版社,7,5.2 函数依赖,一、函数依赖的基本概念
4、成绩（学号，姓名，课程号，课程名，分数） 成绩关系的函数依赖集: 学号姓名 课程号课程名 (学号,课程号)分数,人民邮电出版社,8,5.2 函数依赖,二、平凡函数依赖与非平凡函数依赖 在关系模式R(U)中，对于U的子集X和Y， 如果XY，但Y X，则称XY是非平凡的函数依赖 若XY，但Y X, 则称XY是平凡的函数依赖 例：在关系模式SC(StuNo, CNo, Score)中， (StuNo, CNo)Score是非平凡的函数依赖； (StuNo, CNo)StuNo和(StuNo, CNo)CNo则是平凡的函数依赖。 对于任一关系模式，平凡函数依赖都是必然成立的。,人民邮电出版社,9,5.
5、2 函数依赖,三、完全函数依赖与部分函数依赖 定义5.3 在关系模式R(U)中，如果XY，并且对于X的任何一个真子集X，都有XY，则称Y完全函数依赖于X，记作X Y。若XY，但Y不完全函数依赖于X，则称Y部分函数依赖于X，记作X Y。 例如，在关系模式SCD中，(StuNo, CNo)Score是完全函数依赖，而(StuNo, CNo)DName是部分函数依赖。,人民邮电出版社,10,5.2 函数依赖,四、传递函数依赖 定义5.4 在关系模式R(U)中，如果XY，YZ，且YX，则称Z传递函数依赖于X，记作Z X。,人民邮电出版社,11,5.2 函数依赖,关系的规范化 候选关键属性和关键属性 定
6、义4 设关系模式RR(A1,A2,An) ，A1,A2,An是R的属性，X是R的一个属性集，如果 X(A1,A2,An)， 对于X的任意真子集X1，X1(A1,A2,An)都不成立，则称属性集X是关系模式R的一个候选关键属性。 如果关系模式R只有一个候选关键属性，称这惟一的候选关键属性为关键属性，否则，应从多个候选关键属性中指定一个作为关键属性。 习惯上把候选关键属性称为候选关键字，关键属性称为关键字。,人民邮电出版社,12,5.2 函数依赖,关系的规范化 主属性和非主属性 定义5 设Ai是关系模式R的一个属性，若Ai属于R的某个候选关键属性，称Ai是R的主属性，否则，称Ai为非主属性。 非主
7、属性是数据库的核心内容,人民邮电出版社,13,5.3 函数依赖的公理系统,定义5.8 设有关系模式R(U,F)，又设X和Y是属性集合U的两个子集，如果对于R中每个满足F的关系r也满足XY，则称函数依赖集F逻辑蕴含函数依赖XY，或称XY可从F推出，记为F XY。 定义5.9 设F是函数依赖集，被F逻辑蕴含的函数依赖的全体构成的集合，称为函数依赖集F的闭包（Closure），记为F，即FXYF XY,人民邮电出版社,14,5.3 函数依赖的公理系统,函数依赖的推理规则 为了从关系模式R上已知的函数依赖F得到其闭包F，W. W. Armstrong于1974年提出了一套推理规则。使用这套规则，可以由
8、已有的函数依赖推导出新的函数依赖。后来又经过不断完善，形成了著名的“Armstrong公理系统”，为计算F提供了一个有效并且完备的理论基础。,人民邮电出版社,15,5.4 关系模式的分解,人民邮电出版社,16,5.4 关系模式的分解,人民邮电出版社,17,5.5 关系模式的规范化,范式 符合某种要求的关系模式的集合，即规范化的关系模式。 关系满足不同层次的要求就称为不同的范式。 范式按级别由低到高依次为 关系的规范化 将一个低一级范式的关系模式分解为若干个满足高一级范式关系模式的集合的过程。,人民邮电出版社,18,5.5 关系模式的规范化,第一范式1NF 如果关系模式R的每一个属性都不能分解为
9、更基本的数据单位（即每个属性只包含单一的值），则关系模式R满足1NF 第一范式是对关系模式的最基本的要求。 例如R(员工号，姓名，民族，基本工资），如果工资包括基本工资和岗位工资，则不满足1NF,人民邮电出版社,19,5.5 关系模式的规范化,第二范式 2NF 定义：若R 1NF, 且每个非主属性完全依赖于主键，则 2NF 说明：不存在非主属性部分依赖于主键的关系为2NF 举例：关系模式 S-M-C(学号,系名, 系负责人, 课程号, 成绩),人民邮电出版社,20,学号,课程号,成绩,系名,系负责人,5.5 关系模式的规范化,2NF解决办法 模式分解:分解为下列两个模式 SC(学号, 课程号,
10、 成绩) (学号, 课程号)成绩 S-M(学号, 系名,系负责人) 学号 系名, 系名 系负责人-学号系负责人 该模式是2NF,人民邮电出版社,21,5.5 关系模式的规范化,由1NF规范化至2NF,人民邮电出版社,22,消除部分依赖,学生（学号，姓名）,成绩（学号，姓名，课程号，课程名，分数）,成绩（学号，课程号，分数）,课程（课程号，课程名）,5.5 关系模式的规范化,第三范式3NF 定义：若R2NF, 且任何一个非主属性都不传递依赖于任何主键，则R 3NF 说明：即不存在非主属性部分依赖和传递依赖于主键的关系为3NF 下面关系模式是3NF？ SC(学号, 课程号, 成绩); S-M(学号
11、, 系名, 系负责人); 定理 若关系模式R符合3NF条件，则R一定符合2NF条件。,人民邮电出版社,23,5.5 关系模式的规范化,由2NF规范化至3NF,人民邮电出版社,24,辅导（学号，班级，辅导员）,班级（学号，班级）,辅导（班级，辅导员）,消除传递依赖,5.5 关系模式的规范化,关系规范化应用实例 分析关系模式供货（供应商编号，供应商名称，联系方式，商品名称，商品价格）的函数依赖集，并将其规范到第三范式。 函数依赖集表示为 供应商编号供应商名称 供应商编号联系方式 （供应商编号，商品名称）商品价格,人民邮电出版社,25,5.5 关系模式的规范化,人民邮电出版社,26,该关系模式存在部
12、分依赖，因此只满足1NF 规范化至3NF为 供应商（供应商编号，供应商名称，联系方式） 供货信息（供应商编号，商品名称，商品价格）,5.6关系模式规范化步骤,关系模式规范化的基本步骤 1NF 消除非主属性对码的部分函数依赖 2NF 消除非主属性对码的传递函数依赖 3NF 消除主属性对码的部分和传递函数依赖 BCNF,人民邮电出版社,27,5.6 关系模式规范化步骤,关系的分解 关系模式分解的一般问题 所谓关系模式的分解，就是对原有关系在不同的属性上进行投影，从而将原有关系分解为两个或两个以上的含有较少属性的多个关系。 3NF分解 如果R不满足1NF条件，先对其分解，使其满足1NF。 对R进行1
13、NF分解的方法不是采用投影，而是直接将其复合属性进行分解，用分解后的基本属性集取代原来的属性，以获得1NF。,人民邮电出版社,28,5.7 关系数据库的综合范例,企业员工信息库 基本信息：姓名、年龄、身份证号 工作信息：部门、职位、职能 其他信息：兴趣、爱好、特长,人民邮电出版社,29,5.7 关系数据库的综合范例,第一步简单构造,人民邮电出版社,30,包括所有需求的内容,5.7 关系数据库的综合范例,第二步确定主键,人民邮电出版社,31,31/48,设置主键,5.7 关系数据库的综合范例,第三步编码优化,人民邮电出版社,32,编码优化,编码优化,5.7 关系数据库的综合范例,经编码优化后的库表关系,人民邮电出版社,33,5.7 关系数据库的综合范例,第四步进一步优化,人民邮电出版社,34,5.7 关系数据库的综合范例,思考 在这个例子中，内部编号既作为员工基本信息表的主键，又作为外键和员工扩展信息表关联。这样做的优点和缺点各是什么？有没有改进的办法？,人民邮电出版社,35,小结,函数依赖 关系模式的分解和规范化 1NF、2NF、3NF,人民邮电出版社,36,
