数据库基本概念（三）

一、数据库基本概念

1、关系数据库规范化理论

　　为使数据库设计的合理可靠、简单实用，长期以来，形成了关系数据库设计理论，即规范化理论。

（1）函数依赖

• 定义：在表1.1中，描述学生信息时，包括学生的学号、姓名、性别、专业、总学分和备注属性，由于一个学号对应一名学生，确定了学生学号，一名学生的姓名、性别、专业等属性也就确定下来，这说明学生姓名、性别、专业、总学分和备注对学生的学号有依赖性，在关系数据库中称为函数依赖。即：所谓函数依赖是指关系中一个或一组属性的值可以决定其它属性的值。函数依赖正象一个函数 y = f(x) 一样，x的值给定后，y的值也就唯一地确定了。　　
• 函数依赖的种类：
  1）完全函数依赖和部分函数依赖：

　　　　完全函数依赖：在一个关系中，若某个非主属性数据项依赖于全部关键字称之为完全函数依赖。

　　　　比如：有一个表，有如下属性：学生ID，学生姓名，所修课程ID，课程名称，成绩

　　　　完全依赖：(学生ID，所修课程ID)→成绩

　　　　成绩既不能单独依赖于学生ID，也不能单独依赖于所修课程ID，因此成绩完全函数依赖于关键字。

　　　　(学生ID，所修课程ID)→学生姓名

　　　　部分依赖：学生ID→学生姓名

　　　　学生姓名可以依赖于关键字的一个主属性——学生ID，因此学生姓名部分函数依赖于(学生ID，所修课程ID)。

　　　2）平凡函数依赖和非平凡函数依赖

　　　　平凡函数依赖：当关系中属性集合Y是属性集合X的子集时，存在函数依赖X→Y，即一组属性函数决定它的所有子集，这种函数依赖称为平凡函数依赖。

　　　　例如：在在关系学生课程表SC(学生号Sno,课程号 Cno,成绩 Grade)中，

　　　　(Sno, Cno) → Sno ，(Sno, Cno) → Cno

　　　　非平凡函数依赖：当关系中属性集合Y不是属性集合X的子集时，存在函数依赖X→Y，则称这种函数依赖为非平凡函数依赖。

　　　　例如：(Sno, Cno) → Grade

　　   3）传递函数依赖

　　　　传递函数依赖：设X,Y,Z是关系R中互不相同的属性集合，存在X→Y(Y !→X),Y→Z，则称Z传递函数依赖于X。

　　　　例：关系S1(学号，系名，系主任)

　　　　学号 → 系名，系名 → 系主任，并且 系名 -\→ 学号，所以 学号 → 系主任 为传递函数依赖

（2）范式理论

　　范式是数据库设计中一个重要的过程，通过它可以优化数据库设计，避免一些问题，可以减少数据冗余，可以改进数据库整体组织，可以增强数据的一致性，可以增加数据库设计的灵活性。因此，在确定设计数据库之前，还需对数据库中的表进行范式处理，以确保数据库遵从适当的范式，从而使设计的数据库更加规范。

　　目前关系数据库有6种范式：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、第四范式（4NF）、第五范式（5NF）和第六范式（6NF）。满足最低要求的是第一范式（1NF）。在第一范式的基础上满足更多要求的范式称为第二范式（2NF），其余的范式以此类推。一般来说，数据库只需要满足第三范式（3NF）即可。

• 第一范式

　　如果关系模式R的每个关系r的属性都是不可分的数据项，那么就称R是第一范式的模式。第一范式是设计数据库表的最低要求，其最主要的特点是实体的属性不能再分，映射到表中，就是列（或字段）不能再分。

　　即：一个表中的列是不可再分的（即列的原子性）。

如表1.2，联系范式，对于学号‘1001’学生来说，‘联系方式’列包含电话和邮箱，可以再分，不符合第一范式要求。

　　如表1.3，列不可再分，符合了第一范式要求。

• 第二范式

　　如果关系模式R满足第一范式，并且R得所有非主属性都完全依赖于R的每一个候选关键属性，称R满足第二范式，简记为2NF。

　　如表1.3，姓名和选修课有对于关系，但是姓名和教材没有对应关系，选修课程和教材有对对应关系，从而该表不符合第二范式标准。

　　将表修改后如表1.4和1.5，符合第二范式标准。

                       

• 第三范式

　　如果关系模式R是2NF，且关系模式R（U，F）中的所有非主属性对任何候选键都不存在传递依赖，则成关系R是属于第三范式的模式。

　　如表1.6满足2NF，但是知道班级后必然能知道该学生 属于哪个系，所以存在传递依赖，不符合3NF规范，所以讲班级和系别属性拆分如表1.7,和1.8，从而符合3NF标准。

表1.6

学号	姓名	班级	系别
1001	张三	计算机科学与技术1班	计算机系
1002	李四	会计1班	经管系

 

表1.7

学号	姓名	班级
1001	张三	计算机科学与技术1班
1002	李四	会计1班

 

表1.8

班级	系别
计算机科学与技术1班	计算机系
会计1班	经管系

　　三大范式只是一般设计数据库的基本理念，可以建立冗余较小、结构合理的数据库。如果有特殊情况，当然要特殊对待，数据库设计最重要的是看需求跟性能，需求>性能>表结构。所以不能一味的去追求范式建立数据库。