《关系规范化》PPT课件.ppt

第第4 4章章 关系规范化关系规范化PagePage 22本章知识点w关系规范化目的和意义 w函数依赖 w第一范式（1NF）w第二范式（2NF）w第三范式（3NF）wBC范式（BCNF）w逆规范化 PagePage 33关系规范化的目的和意义w指出：F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，才能构造出好好的的关系模式关系模式E.F.CoddPagePage 44关系规范化的目的和意义w一个好的数据库设计所遵循的标准：F 每个表应提供一个惟一的每个表应提供一个惟一的标识符标识符，用来区分不同的行，用来区分不同的行 F 每个表应当存储每个表应当存储单个实体单个实体类型的数据类型的数据 F 每个表不应该出现值全部相同的行（或列）每个表不应该出现值全部相同的行（或列）F 尽量避免接受尽量避免接受NULL值（空值）的列值（空值）的列 F 尽量避免值重复尽量避免值重复w关系规范化过程F用用形式形式更为简洁、更为简洁、结构结构更加规范的关系模式取代原有关系模式的更加规范的关系模式取代原有关系模式的过程过程PagePage 55关系规范化的目的和意义w实例分析F 将将专业专业和和系系两个实体存放在一个表内两个实体存放在一个表内majorNomajorNamemajorLeaderdepNamedepDeanNameM001日语王金宝外语系李强生M002英语陈龙外语系李强生M003阿拉伯语何炅新外语系李强生M004工商管理任德华工商系赵德胜M005金融张学斌工商系赵德胜M006国际贸易李东生工商系赵德胜M007经济学钱海波工商系赵德胜M008软件工程朱晓明计算机系王海洋M009计算机网络刘少云计算机系王海洋M010建筑学白意愿建筑系刘玉明PagePage 66关系规范化的目的和意义w实例分析F数据冗余数据冗余：数据在数据库中的重复存放称为数据冗余：数据在数据库中的重复存放称为数据冗余F数据冗余导致的问题：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majorNomajorNamemajorLeaderdepNamedepDeanNameM001日语王金宝外语系李强生M002英语陈龙外语系李强生M003阿拉伯语何炅新外语系李强生数据重复数据重复PagePage 77关系规范化的目的和意义w实例分析F插入异常插入异常：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majorNomajorNamemajorLeaderdepNamedepDeanNameM001日语王金宝外语系李强生M002英语陈龙外语系李强生历史系历史系张大同张大同主键不能为空，主键不能为空，插入失败插入失败PagePage 88关系规范化的目的和意义w实例分析F删除异常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有用数据被删除majorNomajorNamemajorLeaderdepNamedepDeanNameM009计算机网络刘少云计算机系王海洋M010建筑学白意愿建筑系建筑系刘玉明刘玉明PagePage 99关系规范化的目的和意义w实例分析F更新异常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majorNomajorNamemajorLeaderdepNamedepDeanNameM001日语王金宝外语系李强生M002英语陈龙外语系李强生M003阿拉伯语何炅新外语系刘强生刘强生数据不一致数据不一致PagePage 1010关系规范化的目的和意义w设计数据库的方法：F凭借凭借经验经验和和常识常识可以进行数据库初步设计可以进行数据库初步设计F使使用用一一些些系系统统方方法法（如如：规规范范化化理理论论）来来降降低低冗冗余余，从从而而使数据库设计更为合理使数据库设计更为合理F关关系系规规范范化化是是数数据据库库逻逻辑辑设设计计的的指指南南，它它是是基基于于函函数数依依赖赖和和范式范式的的PagePage 1111函数依赖 w数据依赖F属性之间相互依赖、相互制约的关系被称为属性之间相互依赖、相互制约的关系被称为数据依赖数据依赖 F关系模式中的最常见的数据依赖为：关系模式中的最常见的数据依赖为：函数依赖函数依赖函数依赖(Functional Dependencies)PagePage 1212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 w函数依赖的定义F已知：已知：X和和Y是关系是关系R中两个属性（或属性组）中两个属性（或属性组）F若对于若对于X的任何一个值，的任何一个值，只有一个只有一个Y的值与之对应，则称的值与之对应，则称Y函数依函数依赖于赖于X，记为：，记为：XY，X被称为被称为决定因子决定因子 任何属性都函数依赖于候选键，所有候选键都是决定因子F例例 子：子：PagePage 1313函数依赖w 思思 考考F下面给出的关系表下面给出的关系表R(A,B,C,D)满足下述哪个函数依赖？满足下述哪个函数依赖？ABCD1431271130221233A.AB B.BDC.DC D.AD PagePage 1414范式 w范式的定义F范范式式（Normal Formula：NF）是是表表结结构构在在优优化化时时必必须须满满足足的的一一些些规则规则F最重要的范式包括：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）PagePage 1515范式w范式的特征F把把关系模式关系模式应满足的规则划分成几级，每一级称为一个范式应满足的规则划分成几级，每一级称为一个范式F范式的等级越高，应满足的条件也越严范式的等级越高，应满足的条件也越严w规范化F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，这个过程称为干高一级范式的关系模式，这个过程称为规范化规范化1NF 2NF 3NF BCNF PagePage 1616第一范式 w第一范式定义 F若若关关系系R中中的的每每个个属属性性（列列）都都是是不不可可再再分分的的，并并且且每每个个属属性性都都是是单值单值的，则称关系的，则称关系R满足第一范式，记为：满足第一范式，记为：R 1NF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F1NF是对关系的是对关系的最低要求最低要求，不满足，不满足1NF的关系是非规范化的关系的关系是非规范化的关系第一范式第一范式第二范式第二范式第三范式第三范式BC范式范式PagePage 1717第一范式 w实例分析 F提出提出/分析问题分析问题 teacherNoteacherNameteacherTitleteacherTelofficeTelhomeTelT001夏玉明讲 师8123498181231231T002李 娟教 授8123498688712136T003王筱琳讲 师8123498188245178T004刘明辉刘明浩副教授8123498186570081T005唐 勇副教授8123498283226315T006黄 洁讲 师8123498282225743T007曾 惠副教授8123498288710038T008赵文波教 授8123498688461136非规范化非规范化PagePage 1818第一范式 w实例分析 F问题求解问题求解 teacherNoteacherNameteacherTitleofficeTelhomeTelT001夏玉明讲 师8123498181231231T002李 娟教 授8123498688712136T003王筱琳讲 师8123498188245178T004刘明辉刘明辉副教授8123498186570081T005唐 勇副教授8123498283226315T006黄 洁讲 师8123498282225743T007曾 惠副教授8123498288710038T008赵文波教 授8123498688461136T009刘明浩刘明浩副教授8123498186570081PagePage 1919第二范式 w第二范式定义 F若若关关系系R 1NF，并并且且每每个个非非主主属属性性都都函函数数依依赖赖于于整整个个候候选选键键，而而不不是是依依赖赖于于部部分分候候选选键键，则则称称关关系系R满满足足第第二二范范式式，记记为为：R 2NFF1NF转化为转化为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一范式第一范式第二范式第二范式第三范式第三范式BC范式范式PagePage 2020第二范式 w实例分析 F提出问题：提出问题：满足满足1NF，不满足，不满足2NF stuNostuNamestuSexstuAgeclassNoclassCourseNameclassStartTimescoreS001白玉芬女19C001微观经济学2008-3-178S001白玉芬女19C002大学英语2008-3-167S001白玉芬女19C005操作系统2009-4-6S002唐嘉芝女18C001微观经济学2008-3-192S003刘健鹏男21C006数据库原理2009-4-897S004田 洋男19C001微观经济学2008-3-166S004田 洋男19C002大学英语2008-3-165S004田 洋男19C003建筑艺术2008-3-1663S004田 洋男19C004计算机网络2008-3-2571S005申一雅男18C004计算机网络2008-3-2559S005申一雅男18C005操作系统2009-4-6S006范 力男19C005操作系统2009-4-6S007高 红女20C005操作系统2009-4-6S008张埔涛男18C005操作系统2009-4-6S009蒲惠妃女19C005操作系统2009-4-6PagePage 2121第二范式 w实例分析 F分析问题分析问题：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PagePage 2222第二范式 w实例分析 F问题求解问题求解stuNostuNamestuSexstuAgeS001白玉芬女19S002唐嘉芝女18S003刘健鹏男21S004田 洋男19S005申一雅男18S006范 力男19S007高 红女20S008张埔涛男18S009蒲惠妃女19classNoclassCourseNameclassStartTimeC001微观经济学2008-3-1C002大学英语2008-3-1C003建筑艺术2008-3-16C004计算机网络2008-3-25C005操作系统2009-4-6C006数据库原理2009-4-8stuNoclassNoscoreS001C00178S001C00267S001C005S002C00192S003C00697S004C00166S004C00265S004C00363S004C00471S005C00459S005C005S006C005S007C005S008C005S009C005满足满足2NFPagePage 2323第二范式w 思思 考考F在按照在按照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、班级表和选课表的选课表的主键主键和和外键外键。PagePage 2424第三范式 w第三范式定义 F若若关关系系R 2NF，并并且且它它的的非非主主属属性性只只函函数数依依赖赖于于候候选选键键，而而不不依赖于其它非主属性，则称依赖于其它非主属性，则称R满足第三范式，记为：满足第三范式，记为：R 3NFF2NF转化为转化为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一范式第一范式第二范式第二范式第三范式第三范式BC范式范式PagePage 2525第三范式w实例分析 F提出问题提出问题：满足满足2NF，不满足，不满足3NFstuNostuNamestuSexstuAgemajorNomajorNamemajorLeaderS001白玉芬女19M001日语王金宝S002唐嘉芝女18M001日语王金宝S003刘健鹏男21M001日语王金宝S004田 洋男19M001日语王金宝S005申一雅男18M001日语王金宝S006范 力男19M002英语陈龙S007高 红女20M002英语陈龙S008张埔涛男18M002英语陈龙S009蒲惠妃女19M003阿拉伯语何炅新PagePage 2626第三范式w实例分析 F分析问题分析问题 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。PagePage 2727第三范式 w实例分析 F问题求解问题求解stuNostuNamestuSexstuAgemajorNoS001白玉芬女19M001S002唐嘉芝女18M001S003刘健鹏男21M001S004田 洋男19M001S005申一雅男18M001S006范 力男19M002S007高 红女20M002S008张埔涛男18M002S009蒲惠妃女19M003满足满足3NFmajorNomajorNamemajorLeaderM001日语王金宝M002英语陈龙M003阿拉伯语何炅新PagePage 2828第三范式w思思 考考F在按照在按照3NF要求分解之后的关系模式中，确定学生表和专业表的要求分解之后的关系模式中，确定学生表和专业表的主键主键和和外键外键。PagePage 2929BC范式 wBC范式定义F若若关关系系R 1NF，并并且且它它的的决决定定因因子子都都是是候候选选键键，则则称称R满满足足BC范式，记为：范式，记为：R BCNF第一范式第一范式第二范式第二范式第三范式第三范式BC范式范式PagePage 3030BC范式 w实例分析 F提出问题提出问题：满足满足3NF，不满足，不满足BCNFdepNodepNameproductNoaccountD001外语系P001100D001外语系P002120D001外语系P0032D001外语系P0046D002工商系P00180D002工商系P002100D003计算机系P00178D003计算机系P002160D004建筑系P00162PagePage 3131BC范式w实例分析 F分析问题分析问题 该关系中存在如下函数依赖：(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：accountPagePage 3232BC范式 w实例分析 F分析问题分析问题 BCNF转换方法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PagePage 3333BC范式 w实例分析 F问题求解问题求解depNoproductNoaccountD001P001100D001P002120D001P0032D001P0046D002P00180D002P002100D003P00178D003P002160D004P00162满足满足BCNFdepNodepNameD001外语系D002工商系D003计算机系D004建筑系PagePage 3434逆规范化 F通通过过规规范范化化可可以以分分解解得得到到一一些些结结构构简简单单的的表表，但但是是在在查查询询时时可可能能需需要要连连接接多多个个表表，这这造造成成了了大大量量的的数数据据库库逻逻辑辑运运算算，从而从而降低降低了查询效率了查询效率F为为了了提提高高查查询询效效率率，可可以以在在特特定定的的表表中中引引入入一一些些额额外外的的属属性性F数据库设计允许存在合理的冗余数据库设计允许存在合理的冗余PagePage 3535逆规范化w逆规范化的定义 F将将两两个个或或多多个个满满足足高高范范式式的的关关系系模模式式通通过过自自然然连连接接，重重新新合合并成一个满足较低范式的关系模式的过程称为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F规规范范化化和和逆逆规规范范化化是是相相互互矛矛盾盾的的，何何时时进进行行规规范范化化、何何时时进进行行逆逆规规范范化化、进进行行到到什什么么程程度度，在在具具体体的的应应用用环环境境中中，需需要要数据库设计者仔细分析和平衡数据库设计者仔细分析和平衡F逆逆规规范范化化需需要要设设计计者者在在关关系系中中有有意意地地引引入入一一些些冗冗余余以以改改进进系系统的查询性能统的查询性能PagePage 3636逆规范化w实例分析 F提出问题提出问题 stuNostuNamestuSexstuAgeS001白玉芬女19S002唐嘉芝女18stuNoclassNoscoreS001C00178S001C00267S001C00356S002C00192classNoclassCourseNameclassStartTimeclassCreditC001微观经济学2008-3-12C002大学英语2008-3-14C003建筑艺术2008-3-162 计算计算stuNo=S001学生的已获学学生的已获学分，需要对三个表进行连接分，需要对三个表进行连接PagePage 3737逆规范化w实例分析 F分析问题分析问题 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。PagePage 3838逆规范化w实例分析 F问题求解问题求解stuNostuNamestuSexstuAgestuTotalCreditS001白玉芬女196S002唐嘉芝女182增加一个新列来存储学生已获总学分增加一个新列来存储学生已获总学分PagePage 3939本章小结F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。异常等一系列问题。F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。化。F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、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。部分函数依赖、传递函数依赖等概念。F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。属性之间的函数依赖关系，并求出关系的候选键。F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。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。F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。再分，即所有的属性都是单值属性。PagePage 4040本章小结F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。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。F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。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。FBC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，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。范式。F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。佳。