二、数据库原理-设计理论

 

第一章 关系数据库设计理论

 

第一节  完整性

 

关系完整性是为保证数据库中数据的正确性和相容性，对关系模型提出的某种约束条件或规则。完整性通常包括实体完整性，参照完整性和用户定义完整性。

 

一、实体完整性

实体完整性是指关系的主关键字不能取空值。例如:学生表(学号，姓名，姓别，年龄)其中“学号”属性不以为空。

二、参照完整性

参照完整性定义是建立关系之间联系的主关键字与外部关键字引用的约束条件。例如:

专业表(专业号，专业名)

学生表(学号，专业号，姓别，年龄)

学生表中的“学号”设为主键，“专业号”设为外键，也就是说学生表中的“专业号”取值要参照专业表的“专业号”值。

三、用户自定义完整性

实体完整性和参照完整性适用于任何关系型数据库系统，它主要是针对关系的主关键字和外部关键字取值必须有效而做出的约束。用户定义完整性则是根据应用环境的要求和实际的需要，对某一具体应用所涉及的数据提出约束性条件。例如:学生表(学号，姓名，姓别，年龄)中的“学号”取值必须为数字且为8位数，这就是用户定义完整性。

 

第二节  范  式

 

关系数据库是利用关系描述现实世界。关系必须遵循一定的规则，这种规则就是范式。规范化目的是使结构更合理，消除存储异常，使数据冗余尽量小，便于插入、删除和更新。

 

一、第一范式（1NF）

在任何一个关系数据库中，第一范式（1NF）是对关系模式的基本要求，不满足第一范式（1NF）的数据库就不是关系数据库。

所谓第一范式（1NF）是指数据库表的每一列都是不可分割的基本数据项，同一列中不能有多个值，即实体中的某个属性不能有多个值或者不能有重复的属性。(即字段不可再分)

例如：职工号，姓名，电话号码组成一个表（一个人可能有一个办公室电话 和一个家里电话号码）规范成为1NF有三种方法：

1.重复存储职工号和姓名。这样，关键字只能是电话号码。

2.二是职工号为关键字，电话号码分为单位电话和住宅电话两个属性

3.三是职工号为关键字，但强制每条记录只能有一个电话号码。

以上三个方法，第一种方法最不可取，按实际情况选取后两种情况

 

二、第二范式（2NF）

第二范式（2NF）是在第一范式（1NF）的基础上建立起来的，即满足第二范式（2NF）必须先满足第一范式（1NF）。第二范式（2NF）要求数据库表中的非主属性完全依赖主属性(即非主键字段依赖主键)

例如：选课关系 SCI（SNO，CNO，GRADE，CREDIT）其中SNO为学号， CNO为课程号，GRADEGE 为成绩，CREDIT 为学分。 由以上条件，关键字为组合关键字（SNO，CNO）

 

在应用中使用以上关系模式有以下问题：

1.数据冗余：假设同一门课由40个学生选修，学分就重复40次。

2.更新异常：若调整了某课程的学分，相应的元组CREDIT值都要更新，有可能会出现同一门课学分不同。

3.插入异常：如计划开新课，由于没人选修，没有学号关键字，只能等有人选修才能把课程和学分存入。

4.删除异常：若学生已经结业，从当前数据库删除选修记录。某些门课程新生尚未选修，则此门课程及学分记录无法保存。

 

原因：非主键字段CREDIT依赖于CNO，也就是CREDIT部分依赖组合关键字（SNO，CNO）而不是完全依赖。

解决方法：分成两个关系模式 SC1（SNO，CNO，GRADE），C2（CNO，CREDIT）。新关系包括两个关系模式，它们之间通过SC1中的外关键字CNO相联系，需要时再进行自然联接，恢复了原来的关系。

 

三、第三范式（3NF）

满足第三范式（3NF）必须先满足第二范式（2NF）。简而言之，第三范式（3NF）要求非主属性之间不存在传递信赖(非主键字段不能相互依赖)。

例如：S1（SNO，SNAME，DNAME，LOCATION） 各属性分别代表学号，姓名，所在系，系地址。

　　关键字SNO决定各个属性。由于是单个关键字，没有部分依赖的问题，肯定是2NF。但这关系肯定有大量的冗余，有关学生所在的几个属性DNAME，LOCATION将重复存储，插入，删除和修改时也将产生类似以上例的情况。

原因：关系中存在传递依赖造成的。即SNO -> DNAME，DNAME -> LOCATION, 因此关键字DNAME对 LOCATION 函数决定是通过传递依赖 DNAME -> LOCATION 实现的。也就是说，DNAME不直接决定非主属性LOCATION。

解决方法：分为两个关系 S（SNO，SNAME，DNO）；D（DNO，DNAME，LOCATION）

 

小 结

　　 目地：规范化目的是使结构更合理，消除存储异常，使数据冗余尽量小，便于插入、删除和更新

　　原则：遵从概念单一化 "一事一地"原则，即一个关系模式描述一个实体或实体间的一种联系。规范的实质就是概念的单一化。

　　方法：将关系模式投影分解成两个或两个以上的关系模式。

　　要求：分解后的关系模式集合应当与原关系模式"等价"，即经过自然联接可以恢复原关系而不丢失信息，并保持属性间合理的联系。

　　注意：一个关系模式结这分解可以得到不同关系模式集合，也就是说分解方法不是唯一的。最小冗余的要求必须以分解后的数据库能够表达原来数据库所有信息为前提来实现。其根本目标是节省存储空间，避免数据不一致性，提高对关系的操作效率，同时满足应用需求。实际上，并不一定要求全部模式都达到BCNF不可。有时故意保留部分冗余可能更方便数据查询。尤其对于那些更新频度不高，查询频度极高的数据库系统更是如此。

以上是基础理论的东西，请大家想想，你在做数据库设计的时候有没有考虑过遵过以上几个范式呢，有没有在数据库设计做得不好之时，想一想，对比以上所讲，到底是违反了第几个范式呢？我见过的数据库设计，很少有人做到很符合以上几个范式的，一般说来，第一范式大家都可以遵守，完全遵守第二第三范式的人很少了，遵守的人一定就是设计数据库的高手了，BCNF的范式出现机会较少，而且会破坏完整性，你可以在做设计之时不考虑它。

参考资料：http://baike.baidu.com/view/2131801.htm

          http://zhidao.baidu.com/question/278790.html