数据库-关系模式的设计-规范化：关系模式规范化设计的基本思想
第四章 关系的规范化
上面的规范化步骤可以在其中任何一步终止
4.5 规范化步骤 1NF2NF3NF…
①、把直接对码函数依赖的非主属性与决定它们的 码放在一个关系模式中。 ②、把造成传递函数依赖的决定因素连同被它们决 定的属性放在一个关系模式中。 ③、检查分解后的新模式，如果不是3NF，则继续 按照前面的方法进行分解，直至达到要求。 对于关系模式SD来说，系别直接依赖于主属性 学号，可将学号和系别放在一个关系模式中;系别 决定住址，系别是造成传递函数依赖的决定因素， 则将系别和住址放在另一个关系模式中;得到的分 解结果如下所示。 学生关系模式：S(学号，系别)。 系关系模式：D(系别，住址)。 关系S与D见表4-5和表4-6
对于关系模式SCD来说，成绩属性完全函数依赖
主属性学号和课程名，可将它们放在一个关系模 式中;属性住址和系别只依赖学号，可将它们放在 另一个关系模式中;则得到的分解结果如下所示。 学生和系关系模式：SD(学号，系别，住址)。 选课关系模式：SC(学号，课程名，成绩)。 关系SC与SD见表4-3和表4-4
消除不合适的数据依赖
的各关系模式达到某种程度的“分离”
采用“一事一地”的模式设计原则
让一个关系描述一个概念、一个实体或者实体 间的一种联系。若多于一个概念就把它“分离” 出去 所谓规范化实质上是概念的单一化
不能说规范化程度越高的关系模式就越好 在设计数据库模式结构时，必须对现实世界的实
这两个关系模式都不存在部分函数依赖，它 们都是第二范式。虽然消除了数据的插入异常， 但仍然存在其他存储问题，从关系模式SD包含了 学生和系两方面的信息来看，该模式仍然存在问 题，有待进一步分解，这就需要更高级别的范式。
4.3 第3范式（3NF）
数据库原理常见问答
常见问答1．试述数据库系统有哪些特点（特别是相对于文件系统）?2．简述关系的性质?3．数据库设计过程包括哪几个主要阶段？哪些阶段独立于数据库管理系统？哪些阶段依赖于数据库管理系统。
4．试述数据字典的含义和作用?5．简述你对数据模型的理解。
6．数据库应用系统的基本组成是什么？7．SQL语言具有什么功能?8．简述数据库概念设计的主要步骤。
9．数据库应用系统的开发分为哪几个阶段?10．简述域、笛卡尔积、元组之间的关系？11．什么是E-R图，E-R图的基本要素有哪些？12．数据库实施阶段的主要任务是什么？13．简述客户机/服务器系统结构由哪几个部分组成？14．什么是OO模型，OO模型的核心概念有哪些？15．简述两段锁协议的内容和含义？16．概念模型有什么特点？17．简述在SQL语言中，相关子查询的含义及处理过程？18．C/S环境下应用程序可分解为哪几个部分？19．简述客户机/服务器体系结构的数据库应用系统的基本思想。
20．分布式数据库系统有哪些特点？21．简述SQL语言的主要特点？22．在数据库的规范化理论中，什么是第三范式（3NF）、BC范式（BCNF）？23．简述数据库管理系统对数据库的保护是通过哪几方面实现的。
24．数据库系统的组成都包含什么？25．等值连接、自然连接之间有什么区别？26．试述由E-R图转换为关系模型的转换规则。
27．在OO技术与DB技术相结合过程中，采取了哪两条不同的途径？28．数据库设计包括哪几个阶段？数据库设计的各个阶段中，哪两个环节应重点对待，为什么？29．SQL视图的作用？30．简要介绍DB、DBMS、DBS间的关系?31. 联系的概念是什么？联系有几种类型？举例简述二元联系的几种具体情况。
32. 试写出2NF的定义。
当一个关系模式不是3NF时，会出现什么问题？33. 数据库的并发控制产生了哪些新的问题，主要原因是什么？采用什么的方法机制是什么？34. 关系模型必须遵循哪三类完整性规则？分别说明这些规则的含义和实现方法。
关系模型规范化
规范化的必要性
❖ 关系模式的简化定义 ❖ 数据依赖 ❖ 数据依赖对关系模式影响
关系模式的简化定义
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
第三范式 （3NF）
➢ 采用投影分解法将一个2NF的关系分解为多个3NF的 关系，可以在一定程度上解决原2NF关系中存在的插入异 常、删除异常、数据冗余度大、修改复杂等问题。
➢ 将一个2NF关系分解为多个3NF的关系后，仍然不能 完全消除关系模式中的各种异常情况和数据冗余。
关系模式的规范化
1. 规范化的必要性 2. 规范化 3. 小结
数据依赖对关系模式的影响
把这个单一模式分成3个关系模式： S（Sno，Sdept，Sno → Sdept） SC（Sno，Cno，Grade，（Sno，Cno） → Grade） DEPT（Sdept，Mname，Sdept→ Mname）
关系模式的规范化
1. 规范化的必要性 2. 规范化 3. 小结
➢ 分解后的关系模式S-D与D-L中不再存在传递依赖
第三范式（3NF）
S-D的码为Sno， D-L的码为Sdept
S-D
D-L
Sno
Sdept
Sdept
Sloc
S-L(Sno , Sdept , Sloc) ∈ 2NF
S-L(Sno , Sdept , Sloc) ∈ 3NF S-D(Sno ，Sdept) ∈ 3NF D-L(Sdept ， Sloc)∈ 3NF
关系模式的简化表示
➢ 关系模式R（U, D, DOM, F）
第1章(下)关系模式的规范化
1 NF 消除非主属性对码的部分函数依赖 2 NF 消除非主属性对码的传递传递依赖 3 NF 消除决定因素不含码 BCNF 消除多值依赖
化 步二 骤、 关 系 模 式 的 规 范
2.4 关系模式的规范化
4NF
范 式 的 类 型
2.0 范式和关系的
（一）第一范式（1NT） 1. 定义：如果一个关系模式R的所有属性都是不可再分的基本 数据项，则R∈1NF。 例如：
2.3 第三范式
学生A(学号，姓名，系号，系主任)
t 2NF中消除传递 依赖就属于3NF
学生(学号，姓名，系号)
系(系号,系主任)
3NF中既无部分依赖,又无传递依赖
选课(学号，课号，成绩) 学生(学号，姓名，系号) 系 (系号，系主任) 学号 成绩 课号
姓名 学号 系号 系号 学号
姓名 系号 系主任
2.1 第一范式
学生(学号，课号，姓名，系号，系主任，成绩）
姓名
学号
成绩
课号
系号
系主任
（二）第二范式（2NT） 1. 定义：如果R∈1NF,在R中消除了部分依赖，则
R∈2NF。例如：
2. 将1NF升级为2NF 将1NF中的部分函数依赖消除后，就属于2NF是，例如： 学生（学号，姓名，系号，系主任） 选课（学号，课号，成绩）
1.关系模式中的数据依赖（f, p,t ) 2.范式（1NF，2NF，3NF）
3.关系模式的规范化（3NF）
数据库设计的任务
1 .结构设计：设计出合理规范的数据库(冗
余小，数据共享，数据独立，完整性规则，
规范到3NF、BCNF、4NF） 2. 行为设计：设计出操作 灵活方便，功能强，数据安 全的用户界面（程序）
关系数据库的规范化理论与数据库设计
.
13
几个术语和符号
如果 X→Y，则 X 叫做决定因素（Determinant） 如果 X→Y ， Y → X ，则记作： X ←→ Y
如果Y不函数依赖于X，则记作： X→Y
.
14
二、平凡函数依赖与非平凡函数依赖 如果 X→Y，但 Y X，则称 X→Y 是非平凡的函数 依赖
关系模式的规范化：解决插入、删除和更 新异常，尽量消除数据冗余，消除不合适 的数据依赖
这就要求关系模式应该满足一定的条件
关系模式满足不同的条件，称为不同的范 式
.
30
1NF范式
如果关系模式R的所有属性都是不可再分解 的，则称R属于第一范式，简称1NF，记做 R∈1NF。
满足1NF的关系为规范化的关系，否则为非规 范化的关系
U，则【1】为F所逻辑蕴含
XZ->ZY 2008.09 3、下列关于部分函数依赖的叙述中，哪条是正确的？ A、若X->Y,且存在Y的真子集Y’,X->Y’,则Y对X部分函数依赖 B、若X->Y,且存在Y的真子集Y’,X->Y’,则Y对X部分函数依赖 C、若X->Y,且存在X的真子集X’，X’->Y,则Y对X部分函数依赖 D、若X->Y,且存在X的真子集X’，X’->Y,则Y对X部分函数依赖
CNAME 机械设计 高等数学 管道工程 数据结构
.
6
该关系模式可能出现如下 问题：
异常（多个记录更新，刘宏
容易产生数据不一致） 王明
插入异常：TNAME,CNO码， 李红
某个教师没上课，CNO为
空，不能插入）
ADDRESS CNO 18栋302 043
21栋503 056 18栋302 041 17栋503 002
关系模式规范化
关系模式规范化
概要：本文介绍了关系模式规范化的概念，原则以及实施方式。
在任何形式的软件系统开发中，规范化都是非常重要的一环。
合理有效地维护数据库和关系数据结构，是各个数据库系统有效运行的必要前提。
本文探讨的主题就是关系模式规范化，以便为数据库系统的性能和功能提供更高的水平。
关系模式规范化意味着关系模式（也称为概念模型）中的实体及其属性之间存在一种规范性结构。
这种结构对定义概念模型中的实体之间的关系具有重要作用。
规范化的过程涉及将概念模型解构为基本结构的过程，其中各个实体的属性被抽象为子集。
利用此过程称为规范化，也就是将条件分解成较低的层次，以在实体之间建立一种标准的关系。
使用规范化的模型有许多优势，包括减少数据冗余、减少必要的输入及更新数据所需的多余步骤，简便化查询和保持数据准确性等等。
这些优势提供了处理庞大数据集资源的有效方法，确保数据可靠性和一致性以及减少维护成本和提高数据库效能。
有两类方法可以使用来实施关系模式规范化，简称两种规范。
第一种是第一范式，也就是1NF，它要求所有实体的属性均为原子的，也就是不可分解的。
此外，每个实体的属性不能有重复的值。
此外，实体之间必须存在关联关系。
第二种规范是第二范式，
必须要求具有唯一决定性的属性。
该范式要求在引用某些属性的情况下，数据库能够唯一决定实体的标识符，从而排除了任何重复记录。
最后，规范化有一定程度上降低了实现数据库系统效率和功能的难度。
只要运用规范化的原则，就可以使设计的关系模式更能够满足业务系统的需要，而不会有可能出现的错误。
数据库课件第4章关系数据库(RDB)规范化设计理论
3. 完全函数依赖与部分函数依赖
完全函数依赖： 在关系模式R(U)中，如果X→Y，并且对于X的任何一 个真子集X′，都有X′ Y，则称Y完全函数依赖于X， 记作X f Y。 部分函数依赖： 若X→Y，但Y不完全函数依赖于X，则称Y部分函数依 p Y。 赖于X，记作X
例8： 学生(学号，姓名，所在系，系主任姓名，课程号，成绩) 学生关系模式存在的部分函数依赖： p (学号，课程号) 姓名 p 所在系 (学号，课程号) p (学号，课程号) 系主任姓名
教师姓 名
李林 78号
住址
课程号
C1
课程名
N1
李林
李林 汪佳 吴仪
78号
78号 59号 79号
C2
C3 C4 C5
N2
N3 N4 N5
师帆
76号
C6
N6
⑷当执行数据插入时，DB中的数据不能产生插入 异常现象 所谓“插入异常”是指希望插入的信息由于不 能满足数据完整性的某种要求而不能正常地被 插入到DB中的异常问题。 比如:上例中插入一个尚未安排授课的新进教师 信息. 原因： 因多种信息混合放在一个表中，可能造成因一 种信息被捆绑在其他信息上而产生的信息之间 相互依附存储的问题，使得信息不能独立插入。
第4章
关系数据库(RDB)规范化理论
4.1 关系模式规范化的必要性 4.2 数值依赖 4.3 范式与规范化 、关系分解原则
RDB规范化理论的目的是要设计“好的”RDB模式。要设计 好的关系模式，必须是关系满足一定的约束条件，此约束 形成了规范。 范式(Normal Form)：衡量DB规范的层次或深度，DB规范化 层次由范式来决定。简记作NF. 根据关系模式满足的不同性质和规范化的程度，将关系模 式分为第一范式(1NF)、第二范式(2NF)、第三范式(3NF)、 BC范式、第四范式(4NF)、第五范式(5NF)，范式越高规范 化程度越高。 规范化：低级关系模式通过模式分解转换为若干高级范式 的关系模式集合的过程。 规范化是在RDB中减少数据冗余的过程。
关系数据库规范化理论
第4章关系数据库规范化理论数据库设计的一个最基本的问题是怎样建立一个合理的数据库模式，使数据库系统无论是在数据存储方面，还是在数据操作方面都具有较好的性能。
什么样的模型是合理的模型，什么样的模型是不合理的模型，应该通过什么标准去鉴别和采取什么方法来改进，这是在进行数据库设计之前必须明确的问题。
为使数据库设计合理可靠、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。
它是根据现实世界存在的数据依赖而进行的关系模式的规范化处理，从而得到一个合理的数据库设计效果。
本章首先说明关系规范化的作用，接着引入函数依赖和范式等基本概念，然后介绍关系模式等价性判定和模式分解的方法，最后简要介绍两种数据依赖的概念。
4.1 关系规范化的作用4.1.1问题的提出从前面的有关章节可知，关系是一张二维表，它是涉及属性的笛卡尔积的一个子集。
从笛卡尔积中选取哪些元组构成该关系，通常是由现实世界赋予该关系的元组语义来确定的。
元组语义实质上是一个n目谓词（n是属性集中属性的个数）。
使该n目谓词为真的笛卡尔积中的元素（或者说凡符合元组语义的元素）的全体就构成了该关系。
但由上述关系所组成的数据库还存在某些问题。
为了说明的方便，我们先看一个实例。
【例4.1】设有一个关于教学管理的关系模式R(U)，其中U由属性Sno、Sname、Ssex、Dname、Cname、Tname、Grade组成的属性集合，其中Sno的含义为学生学号，Sname为学生姓名，Ssex为学生性别，Dname为学生所在系别，Cname为学生所选的课程名称，Tname 为任课教师姓名，Grade为学生选修该门课程的成绩。
若将这些信息设计成一个关系，则关系模式为：教学（Sno，Sname，Ssex，Dname，Cname，Tname，Grade）选定此关系的主键为（Sno,Cname）。
由该关系的部分数据（如表4-1所示），我们不难看出，该关系存在着如下问题：1. 数据冗余（Data Redundancy）●每一个系名对该系的学生人数乘以每个学生选修的课程门数重复存储。
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关系数据库设计
目录
第1章简
介 (1)
第2章函数依
赖 (1)
1 函数依赖的定
义 (1)
2 关系的键
码 (2)
3 超键
码 (3)
4 函数依赖规
则 (3)
2 平凡依赖规则 (3)
3 传递规则 (4)
第3章模式设
计 (4)
1 问题的提
出 (4)
2 问题的根
源 (5)
1 完全依赖和部分依赖 (5)
2 传递依赖 (6)
3 解决的途
径 (7)
2 第2范式（2NF ） (7)
3 第3范式（3NF ） (8)
4 BC范式（BCNF ） (8)
4 分解的原
则 (9)
5 分解的方
法 (12)
1 模式分解的两个原则 (12)
2 模式分解的3种方法 (13)
3 把关系模式分解成BC 范式的方法总结 . ......................................................
14
6 关系模式规范化小
结 (15)
第4章多值依
赖 (16)
1 属性独立性带来的冗
余 (16)
2 多值依赖的定
义 (17)
3 第4范
式 (18)
4 分解成第4范
式 (18)
第5章总
结 (19)
第1章简介
关系数据库是由一组关系组成，所以关系数据库的设计归根到底是如何构造关系，即如何把具体的客观事物划分为几个关系，而每个关系又有哪些属性组成。
在我们构造关系时，经常会发现数据冗余和更新异常等现象，这是由于关系中个属性之间的相互依赖性和独立性造成的。
关系模型有严格的数学理论基础，并形成了关系数据库的规范化理论，这为我们设计出合理的数据库提供了有利的工具。
第2章函数依赖
1 函数依赖的定义
为了便于了解函数依赖（functional dependency）的概念，先看一个具体的关系实例。
例考虑学生关系Student ，该关系中涉及的属性包括学生的学号（Sno ）、姓名（Sname ）、所在系（Sdept ）、系主任姓名（Mname ）、课程名（Cname ）和成绩（Grade ）。
学生关系Student 的实例如表1所示。
表1 学生关系Student 实例
在这个实例中，我们可以看到属性之间存在某些内在的联系
由于一个学号值对应一个学生，一个学生只在一个系，因而当“学号”确定。