[计算机]规范化理论

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1、规范化理论本节主要教学内容：“不好的”关系模式可能引发的问题关系的形式化定义数据依赖的基本概念范式的概念及各级别范式存在的问题问题的提出关系数据库逻辑设计针对具体问题，如何构造一个适合于它的数据模式数据库逻辑设计的工具──关系数据库的规范化理论基本概念回顾1.关系：描述实体、属性、实体间的联系。从形式上看，它是一张二维表，是所涉及属性的笛卡尔积的一个子集。2.关系模式：用来定义关系。3.关系数据库：基于关系模型的数据库，利用关系来描述现实世界。从形式上看，它由一组关系组成。4.关系数据库的模式：定义这组关系的关系模式的全体。注：现实世界许多已有事实限定了关系模式所有可

2、能的关系必须满足一定的完整性约束条件。（1）属性的取值范围的限定；（2）属性值间的相互关联；数据依赖关系模式的形式化定义关系模式由五部分组成，即它是一个五元组：R(U，D，DOM，F)R：关系名U：组成该关系的属性名集合D：属性组U中属性所来自的域DOM：属性向域的映象集合F：属性间数据的依赖关系集合注：由于D、DOM对模式设计的关系不大，因此在本节中把关系模式定义为一个三元组：R(U，F)关系模式的简化表示数据依赖1.完整性约束的表现形式限定属性取值范围：例如学生成绩必须在0-100之间定义属性值间的相互关连（主要体现于值的相等与否），这就是数据依赖，它是数据库模式设计的关

3、键2.数据依赖是通过一个关系中属性间值的相等与否体现出来的数据间的相互关系是现实世界属性间相互联系的抽象是数据内在的性质是语义的体现举例：一个学生关系:Student（Sno，Sname，Sdept）一个学号对应一个学生，一个学生只在一个系学习。因此学号(Sno)确定后，该学生姓名(Sname)和所在的系(Sdept)就唯一被确定，称学号函数决定姓名和所在系。记为：Sno→Sname，Sno→Sdept3.数据依赖的类型函数依赖（FunctionalDependency，简记为FD）多值依赖（MultivaluedDependency，简记为MVD）其他数据依赖对关系模式的影

4、响例：描述学校的数据库：学生的学号（Sno）、所在系（Sdept）、系主任姓名（Mname）、课程名（Cname）、成绩（Grade）单一的关系模式：StudentU＝｛Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade｝由现实世界的已知事实得知，学校数据库的语义：1.一个系有若干学生，一个学生只属于一个系；2.一个系只有一名主任；3.一个学生可以选修多门课程，每门课程有若干学生选修；4.每个学生所学的每门课程都有一个成绩。得到属性组U上的一组函数依赖F：F＝｛Sno→Sdept,Sdept→Mname,(Sno,Cname)→Grade｝如下图所示：SnoCn

5、ameSdeptMnameGrade上述学校的数据库模式有以下几个问题：⒈数据冗余太大浪费大量的存储空间例：每一个系主任的姓名重复出现⒉更新异常数据冗余，更新数据时，维护数据完整性代价大。例：某系更换系主任后，系统必须修改与该系学生有关的每一个元组⒊插入异常该插的数据插不进去例：如果一个系刚成立，尚无学生，我们就无法把这个系及其系主任的信息存入数据库。⒋删除异常不该删除的数据不得不删例：如果某个系的学生全部毕业了，我们在删除该系学生信息的同时，把这个系及其系主任的信息也丢掉了。结论：Student关系模式不是一个好的模式。“好”的模式：不会发生插入异常、删除异常、更新异常，数

6、据冗余应尽可能少。原因：由存在于模式中的某些数据依赖引起的。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。单一的关系模式：StudentU＝｛Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade｝分解S(SNO,SDEPT,SNOSDEPT)SG(SNO,CNAME,G,(SNO,CNAME)G)DEPT(SDEPT,MN,SDEPTMN)规范化规范化理论正是用来改造关系模式，通过分解关系模式来消除其中不合适的数据依赖，以解决插入异常、删除异常、更新异常和数据冗余问题。定义设R(U)是一个属性集U上的关系模式，X和Y是U的子集。若对于R(U)的任意一个可能

7、的关系r，r中不可能存在两个元组在X上的属性值相等，而在Y上的属性值不等，则称“X函数确定Y”或“Y函数依赖于X”，记作X→Y。X称为这个函数依赖的决定属性集，Y=f(x)。函数依赖说明：1.函数依赖不是指关系模式R的某个或某些关系实例满足的约束条件，而是指R的所有关系实例均要满足的约束条件。2.函数依赖是语义范畴的概念。只能根据数据的语义来确定函数依赖。例如“姓名→年龄”这个函数依赖只有在不允许有同名人的条件下成立。3.数据库设计者可以对现实世界作强制的规定。例如规定不允许同名人出现，函数依赖“姓名→