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1、1要 点n数据库系统概述数据库系统概述n数据模型数据模型n关系数据库关系数据库 n关系的规范化关系的规范化n数据库设计数据库设计一、数据库基础理论一、数据库基础理论 2n4.1 问题的提出n4.2 数据依赖 n4.3 范式 教学要求n理解规范化概念理解规范化概念n理解数据依赖概念理解数据依赖概念n会利用范式进行规范化会利用范式进行规范化第四章关系数据库的规范化理论第四章关系数据库的规范化理论34.1 问题的提出问题的提出 引例：要求设计一个教学管理数据库，希望从该数据库中引例：要求设计一个教学管理数据库，希望从该数据库中引例：要求设计一个教学管理数据库，希望从该数据库中引例：要求设计一个教学管
2、理数据库，希望从该数据库中得到以下信息：学生学号得到以下信息：学生学号得到以下信息：学生学号得到以下信息：学生学号(SNO)(SNO)，系别，系别，系别，系别(SDEPT)(SDEPT)，系主任姓，系主任姓，系主任姓，系主任姓名名名名(MN)(MN)，学生的课程号，学生的课程号，学生的课程号，学生的课程号(CNO)(CNO)以及成绩以及成绩以及成绩以及成绩(GRADE)(GRADE)。设计关系模式设计关系模式设计关系模式设计关系模式R(R(SNOSNO，CNOCNO，SDEPTSDEPT，MNMN，GRADE)GRADE)。l插入异常插入异常插入异常插入异常l删除异常删除异常删除异常删除异常l
3、数据冗余数据冗余数据冗余数据冗余l修改复杂修改复杂修改复杂修改复杂这些问题的解决需要用到这些问题的解决需要用到规范化规范化理论。理论。缺点：缺点：若学生未选课，则无法插入若学生未选课，则无法插入若删除学生成绩，则学生基本若删除学生成绩，则学生基本信息也被删除信息也被删除44.2 数据依赖事物之间、事物内部的各特征之间的事物之间、事物内部的各特征之间的相相互依赖和制约关系互依赖和制约关系即即数据依赖数据依赖。反映到关。反映到关系数据库中，即为各关系和关系内部的各属性系数据库中，即为各关系和关系内部的各属性之间。之间。数据依赖具有很多类型，其中最重要的数据依赖具有很多类型，其中最重要的一种叫一种叫
4、函数依赖函数依赖。例如，在学生关系中，学号是唯一的。例如，在学生关系中，学号是唯一的。即不存在学号相同，而姓名不同的学生元组，即不存在学号相同，而姓名不同的学生元组，即有学号即有学号决定了决定了姓名，或者说姓名姓名，或者说姓名依赖于依赖于学号，学号，记为：学号记为：学号姓名。姓名。函数依赖内容请同学自学教材内容。函数依赖内容请同学自学教材内容。5n范式范式(NF: Normal Forms)：衡量一个关系模式好坏的标准.n标准的要求又可以分为若干等级，根据要求的不同，每个等级对应一个相应的范式。n常见的1NF，2NF，3NF等。4.3 关系的规范化关系的规范化 6自然情况自然情况专业专业成果和
5、成成果和成就就编号编号姓姓名名性性别别出生出生日期日期工资工资现状现状党员否党员否专专业业专业专业年限年限职职称称英英语语水水平平名名称称类类别别出出处处bj10001刘伟箭男 1960.08.2320000T计算机教授精通略略略略略略略略略J104010黄晓远男 1970.08.1210000F财政税收1副教授精通略略略略略略略略略4.3 关系的规范化关系的规范化 第一范式（第一范式（第一范式（第一范式（1NF1NF）：如果一个关系）：如果一个关系）：如果一个关系）：如果一个关系R R的每一分的每一分的每一分的每一分量都是不可分的数据项，则称量都是不可分的数据项，则称量都是不可分的数据项，则
6、称量都是不可分的数据项，则称R R是第一范式。是第一范式。是第一范式。是第一范式。不是不是1NF7略略略略略略略略略略略略精精精精通通通通副教副教副教副教授授授授财政税收财政税收财政税收财政税收F F100010000 01971970.08.0.08.1212男男男男黄晓远黄晓远黄晓远黄晓远J10401J104010 0略略略略略略略略略略略略精精精精通通通通副教副教副教副教授授授授财政税收财政税收财政税收财政税收F F100010000 01971970.08.0.08.1212男男男男黄晓远黄晓远黄晓远黄晓远J10401J104010 0略略略略略略略略略略略略精精精精通通通通副教副教副
7、教副教授授授授财政税收财政税收财政税收财政税收F F100010000 01971970.08.0.08.1212男男男男黄晓远黄晓远黄晓远黄晓远J10401J104010 0略略略略略略略略略略略略精精精精通通通通教授教授教授教授计算机计算机计算机计算机T T200020000 01961960.08.0.08.2323男男男男刘伟箭刘伟箭刘伟箭刘伟箭bj1000bj10001 1略略略略略略略略略略略略精精精精通通通通教授教授教授教授计算机计算机计算机计算机T T200020000 01961960.08.0.08.2323男男男男刘伟箭刘伟箭刘伟箭刘伟箭bj1000bj10001 1略略
8、略略成成成成果果果果出出出出处处处处略略略略成成成成果果果果类类类类别别别别精精精精通通通通英英英英语语语语水水水水平平平平教授教授教授教授职称职称职称职称专业专业专业专业年限年限年限年限T T党员否党员否党员否党员否200020000 0工资工资工资工资现状现状现状现状1961960.08.0.08.2323出生出生出生出生日期日期日期日期男男男男性性性性别别别别刘伟箭刘伟箭刘伟箭刘伟箭姓名姓名姓名姓名略略略略成成成成果果果果名名名名称称称称计算机计算机计算机计算机专业专业专业专业bj1000bj10001 1编号编号编号编号4.3 关系的规范化关系的规范化 数据冗余度大数据冗余度大数据冗余
9、度大数据冗余度大如何解决？如何解决？如何解决？如何解决？再考察如下再考察如下1NF关系：关系：8第二范式（第二范式（第二范式（第二范式（2NF2NF）：若）：若）：若）：若R R1NF1NF，且它的每一，且它的每一，且它的每一，且它的每一非主属性非主属性非主属性非主属性完全依赖完全依赖完全依赖完全依赖于主键，则于主键，则于主键，则于主键，则R R2NF2NF。例：关系例：关系例：关系例：关系R(R(A A，B B，C C，D D，E)E) KEY=(A KEY=(A，B)B) C C的的的的值值值值由由由由A A决决决决定定定定，D D的的的的值值值值由由由由B B决决决决定定定定，E E的的
10、的的值值值值由由由由A A和和和和B B共共共共同同同同决决决决定定定定，则则则则称称称称C C依依依依赖赖赖赖于于于于A A，D D依依依依赖赖赖赖于于于于B B，E E完完完完全全全全依依依依赖赖赖赖于于于于主主主主码码码码(A(A，B)B)。该关系就不是该关系就不是该关系就不是该关系就不是2NF2NF。如：如：如：如：R(R(学号，课程号学号，课程号学号，课程号学号，课程号，姓名，课程名，成绩，姓名，课程名，成绩，姓名，课程名，成绩，姓名，课程名，成绩) )解决方法：规范化将解决方法：规范化将解决方法：规范化将解决方法：规范化将R R分解为三个关系：分解为三个关系：分解为三个关系：分解为
11、三个关系： R1(R1(A A，C)C) R2( R2(B B，D)D) R3( R3(A A，B B，E)E)4.3 关系的规范化关系的规范化 94.3 关系的规范化关系的规范化 存在冗余！存在冗余！再考察如下再考察如下2NF关系：关系：如何解决呢？如何解决呢？10第三范式（第三范式（第三范式（第三范式（3NF3NF）：若）：若）：若）：若R R2NF2NF，且每一非主，且每一非主，且每一非主，且每一非主属性属性属性属性不传递依赖不传递依赖不传递依赖不传递依赖于主键，则于主键，则于主键，则于主键，则R R3NF3NF。例：关系例：关系例：关系例：关系R(R(A A，B B，C C，D D，E
12、)E) KEY=A KEY=A B B、C C、E E的的的的值值值值由由由由A A决决决决定定定定，D D的的的的值值值值由由由由C C决决决决定定定定，则则则则称称称称D D传传传传递依赖于递依赖于递依赖于递依赖于A A。 解决方法：规范化将解决方法：规范化将解决方法：规范化将解决方法：规范化将R R分解为两个关系。分解为两个关系。分解为两个关系。分解为两个关系。 R1(R1(A A，B B，C C，E)E) R2( R2(C C，D)D)4.3 关系的规范化关系的规范化 11系名称，地址，系主任由系名称，地址，系主任由系名称，地址，系主任由系名称，地址，系主任由系号系号系号系号传递依赖于
13、编号，传递依赖于编号，传递依赖于编号，传递依赖于编号，因此分解成两个关系：因此分解成两个关系：因此分解成两个关系：因此分解成两个关系：4.3 关系的规范化关系的规范化 例：如下例：如下2NF关系：关系：124.3 关系的规范化关系的规范化 13n切记切记: :概念单一化原则概念单一化原则( (一个关系反映一一个关系反映一个对象个对象),),每个关系的属性都是对主码的每个关系的属性都是对主码的具体描述具体描述, ,必要时加入一些联系属性做外必要时加入一些联系属性做外码使用。码使用。4.3 关系的规范化关系的规范化 小结小结：合理分解关系的过程。：合理分解关系的过程。n关系规范化的过程就是关系规范
14、化的过程就是概念单一化和逐步概念单一化和逐步分解关系分解关系的过程，就是把属性间存在的部分的过程，就是把属性间存在的部分和传递依赖逐步转化为关系之间和传递依赖逐步转化为关系之间1 1对对1 1或或1 1对对多联系的过程。多联系的过程。144.3 关系的规范化关系的规范化 n通过通过关系的规范化关系的规范化能够逐步消除数据冗余和能够逐步消除数据冗余和操作异常，从而提高数据的共享度，提高插操作异常，从而提高数据的共享度，提高插入、删除修改数据安全性、一致性、单一性入、删除修改数据安全性、一致性、单一性和灵活性。和灵活性。n但规范化程度越高，查询时愈需要进行多个但规范化程度越高，查询时愈需要进行多个
15、关系之间的连接操作，从而增加了一些查询关系之间的连接操作，从而增加了一些查询的复杂性。的复杂性。n对于一般应用来说，通常是规范化到对于一般应用来说，通常是规范化到第三范第三范式式就可以了。就可以了。152NF2NF3NF3NFBCNFBCNF4NF4NF1NF1NF消除非主属性对码的部分函数依赖消除非主属性对码的部分函数依赖消除非主属性对码的部分函数依赖消除非主属性对码的部分函数依赖消除非主属性对码的传递函数依赖消除非主属性对码的传递函数依赖消除非主属性对码的传递函数依赖消除非主属性对码的传递函数依赖消除主属性对码的部分函数依赖和传递函数依赖消除主属性对码的部分函数依赖和传递函数依赖消除主属性
16、对码的部分函数依赖和传递函数依赖消除主属性对码的部分函数依赖和传递函数依赖消除非平凡且非函数依赖的多值依赖消除非平凡且非函数依赖的多值依赖消除非平凡且非函数依赖的多值依赖消除非平凡且非函数依赖的多值依赖4.3 关系的规范化关系的规范化 自学教自学教材材16例如例如1：订户号订户号订户号订户号订户名订户名订户名订户名订户地址订户地址订户地址订户地址订书订书订书订书情况情况情况情况书号书号书号书号书名书名书名书名作者作者作者作者出版社出版社出版社出版社单价单价单价单价订数订数订数订数总总总总金额金额金额金额订户电话订户电话订户电话订户电话订书订书订书订书日期日期日期日期 一个订户有唯一的订户号，一
17、种书有唯一的书号，一一个订户有唯一的订户号，一种书有唯一的书号，一一个订户有唯一的订户号，一种书有唯一的书号，一一个订户有唯一的订户号，一种书有唯一的书号，一个订户可以订购多种书；一种书可由多个订户订购。个订户可以订购多种书；一种书可由多个订户订购。个订户可以订购多种书；一种书可由多个订户订购。个订户可以订购多种书；一种书可由多个订户订购。17建立建立E-R模型：模型：订户订户订户订户订户号订户号订户号订户号订户地址订户地址订户地址订户地址订户电话订户电话订户电话订户电话订户名订户名订户名订户名书书书书书号书号书号书号单价单价单价单价出版社出版社出版社出版社书名书名书名书名 作者作者作者作者订
18、户订户书书订购订购订购订购mmn n订数订数订数订数日期日期日期日期金额金额金额金额18关系的规范化处理关系的规范化处理订户：订户：订户：订户：订户号订户号订户号订户号，订户名，订户地址，订户名，订户地址，订户名，订户地址，订户名，订户地址，订户电话订户电话订户电话订户电话 书籍：书籍：书籍：书籍：书籍号书籍号书籍号书籍号，书籍名，作者，出版社，单价，书籍名，作者，出版社，单价，书籍名，作者，出版社，单价，书籍名，作者，出版社，单价 订单：订单：订单：订单：订户号订户号订户号订户号，书籍号书籍号书籍号书籍号，订数，日期，金额，订数，日期，金额，订数，日期，金额，订数，日期，金额存在问题：如果订
19、户增订某种书籍，那么主码不唯一存在问题：如果订户增订某种书籍，那么主码不唯一存在问题：如果订户增订某种书籍，那么主码不唯一存在问题：如果订户增订某种书籍，那么主码不唯一将日期作为主码的一部分将日期作为主码的一部分将日期作为主码的一部分将日期作为主码的一部分增加订单号，并作为主码，替换原主码增加订单号，并作为主码，替换原主码增加订单号，并作为主码，替换原主码增加订单号，并作为主码，替换原主码解决方法：解决方法：解决方法：解决方法：订单：订单：订单：订单：订户号订户号订户号订户号，书籍号书籍号书籍号书籍号，日期日期日期日期，订数，金额，订数，金额，订数，金额，订数，金额订单订单订单订单- - -
20、-订户：订户：订户：订户：订单号订单号订单号订单号，订户号，日期，金额，订户号，日期，金额，订户号，日期，金额，订户号，日期，金额订单订单订单订单- - - -书籍：书籍：书籍：书籍：订单号订单号订单号订单号，书号，订数，书号，订数，书号，订数，书号，订数19人才基本信息情况表人才基本信息情况表略略略略略略略略略略略略精精精精通通通通副教副教副教副教授授授授财政税收财政税收财政税收财政税收F F100010000 01971970.08.0.08.1212男男男男黄晓远黄晓远黄晓远黄晓远J10401J104010 0略略略略略略略略略略略略精精精精通通通通副教副教副教副教授授授授财政税收财政税
21、收财政税收财政税收F F100010000 01971970.08.0.08.1212男男男男黄晓远黄晓远黄晓远黄晓远J10401J104010 0略略略略略略略略略略略略精精精精通通通通副教副教副教副教授授授授财政税收财政税收财政税收财政税收F F100010000 01971970.08.0.08.1212男男男男黄晓远黄晓远黄晓远黄晓远J10401J104010 0略略略略略略略略略略略略精精精精通通通通教授教授教授教授计算机计算机计算机计算机T T200020000 01961960.08.0.08.2323男男男男刘伟箭刘伟箭刘伟箭刘伟箭bj1000bj10001 1略略略略略略略略
22、略略略略精精精精通通通通教授教授教授教授计算机计算机计算机计算机T T200020000 01961960.08.0.08.2323男男男男刘伟箭刘伟箭刘伟箭刘伟箭bj1000bj10001 1略略略略成成成成果果果果出出出出处处处处略略略略成成成成果果果果类类类类别别别别精精精精通通通通英英英英语语语语水水水水平平平平教授教授教授教授职称职称职称职称专业专业专业专业年限年限年限年限T T党员否党员否党员否党员否200020000 0工资工资工资工资现状现状现状现状1961960.08.0.08.2323出生出生出生出生日期日期日期日期男男男男性性性性别别别别刘伟箭刘伟箭刘伟箭刘伟箭姓名姓名姓
23、名姓名略略略略成成成成果果果果名名名名称称称称计算机计算机计算机计算机专业专业专业专业bj1000bj10001 1编号编号编号编号例如例如2：20编号编号编号编号姓名姓名姓名姓名bj10001bj10001刘伟箭刘伟箭刘伟箭刘伟箭jl04010jl04010黄晓远黄晓远黄晓远黄晓远bj11002bj11002刘刘简捷简捷gz05001gz05001藤波海藤波海gz05002gz05002杨杨行东行东编号编号编号编号专业专业专业专业专业年限专业年限专业年限专业年限bj10001bj10001计算机计算机计算机计算机2020jl04010jl04010财政税收财政税收财政税收财政税收1010Bj
24、11002Bj11002环境工程环境工程2424Gz05001Gz05001生物工程生物工程3030Gz05002Gz05002统计学统计学1515Jl04001Jl04001计算机计算机1010编号编号编号编号成果名称成果名称成果名称成果名称成果类别成果类别成果类别成果类别成果出处成果出处成果出处成果出处bj10001bj10001VFVF高级编程技术高级编程技术著作著作高等教育出版社高等教育出版社bj10001bj10001专门人才信息管理系统专门人才信息管理系统软件软件中国科学技术协会推广中国科学技术协会推广bj10001bj10001面向对象编程与系统程序优面向对象编程与系统程序优化化论文论文中国计算机世界中国计算机世界jl04010jl04010计算机应用与软件开发计算机应用与软件开发著作著作清华大学出版社清华大学出版社jl04010jl04010数据库原理数据库原理著作著作高等教育出版社高等教育出版社一一一一对对对对多多多多一对一一对一
