第3讲 关系数据库原理(关系的完整性和规范化)
第3讲关系数据库原理关系的完整性和规范化
SC（学号，课程号，成绩） SD（学号，姓名，系名，系主任）
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则、关系的规范化 20
第3讲 三、关系的规范化
4.第三范式(3NF) ✓ 定义
如果关系模式R为第二范式，且R中每个非主属
性都不传递函数依赖于R的某个候选码，则称R
办公室 205 207 210
电话 6003 6025 6018
学号 03001 03102 03223
姓名 马力刚 王萍华 王平
性别 男 女 男
年龄 21 20 21
系编号 01
05
✓ 说明
从表的“系编号（外键）”的取值只能为两种情 况：
❖ 若取非空值，则它必须是主表中存在的值。 ❖ 取空值(null)。表明尚未给学生分配专业。Null不等于0或空字
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则、关系的规范化 15
第3讲 三、关系的规范化
1. 概念和范式的类型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
✓类型
第一范式(1NF)
低
第二范式(2NF)
第三范式(3NF)…… 高
✓关系规范化的概念
将低级范式转换为若干个高级范式过程。
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则、关系的规范化 16
✓ 目的
用于保证给定字段中数据的有效性,即保证数 据的取值在有效的范围内。
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则、关系的规范化 8
第3讲 一、关系的完整性规则
3.参照完整性规则（引用完整性规则） ✓ 规则要求：
“不引用不存在的实体”。即：不允许在一 个关系中引用另一个关系中不存在的元组。
是对关系的某种约束条件。
关系数据库与SQL Server 2008第3讲 关系数据库原理(关系的完整性和规范化)
类型：
实体完整性规则
参照完整性规则（引用完整性规则）
域完整性规则（用户自定义完整性规则）
规则要求：在任何关系的任何一个元组中，主键的值不能为空值、也不能取重复的值。
目的：用于保证数据库表中的每一个元组都是存在且唯一的。
例如：学生（学号，姓名，性别，年龄）中，学号是主键，其值必须非空，且不能重复。
重庆电子工程职业学院授课方案（教案）
课名：教师：
班级：编写时间：
课题：关系的完整性和规范化
教学目的及要求：
教学重点：
1.关系的完整性
2.范式类别的判别、范式的分解
教学难点：
范式类别的判别、范式的分解
教学步骤及内容:
复习并导入新课
1.什么是主关键字/主码/主键？
2.ER图转化为关系模式的原则是什么？
定义：是对关系的某种约束条件。
3．R(商店编号,商品编号,数量,部门编号,负责人)最高已达到2NF。因负责人是码的传递依赖。
4．要达到3NF，必须消除非主属性对码的传递依赖。对R分解后的两个模式如下：
R1(商店编号，商品编号，数量，部门编号)
R2(部门编号，负责人)
示例：设有关系模式STJ（学生，教师，课程），并有如下假设：
①每位教师只教一门课程；
范式的类型：第一范式(1NF)、第二范式(2NF)、第三范式(3NF)……
关系规范化的概念：将低级范式转换为若干个高级范式过程。
定义：如果关系模式R的每个属性都是不可分解的，则称R属于1NF。第一范式是对关系的最低要求。
示例：判断哪一张表是1NF？
定义：如果关系模式R为第一范式，且R中每个非主属性完全函数依赖于R的主码，则称R属于2NF模式。
关系数据库的规范化理论与数据库设计
关系数据库的规范化理论与数据库设计在当今数字化的时代，数据成为了企业和组织的重要资产，而关系数据库作为存储和管理数据的重要手段，其设计的合理性直接影响着数据的质量、完整性和可用性。
关系数据库的规范化理论是指导数据库设计的重要原则，它能够帮助我们避免数据冗余、更新异常等问题，从而提高数据库的性能和可靠性。
首先，我们来了解一下关系数据库的基本概念。
关系数据库是由一组二维表组成的，每张表都有一个唯一的表名，表中的每一行称为一个元组，代表一个实体；每一列称为一个属性，代表实体的一个特征。
通过在不同的表之间建立关联，我们可以实现数据的查询和操作。
那么，什么是规范化理论呢？规范化理论是一种用于设计关系数据库的方法和原则，其目的是通过对关系模式进行分解和优化，消除数据冗余和更新异常，确保数据的一致性和完整性。
规范化理论主要包括第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）等。
第一范式要求表中的每个属性都是不可再分的原子值。
例如，如果有一个“联系人信息”表，其中包含“地址”这个属性，如果地址又分为“省”“市”“区”“详细地址”等子属性，那么就不满足第一范式，需要将其拆分成多个属性。
第二范式要求在满足第一范式的基础上，每个非主属性都完全依赖于主键。
举个例子，如果有一个“订单”表，主键是“订单号”，而“客户姓名”和“客户地址”等非主属性只依赖于“客户编号”，而不是“订单号”，那么就不满足第二范式，需要将其拆分成两个表，一个是“订单”表，一个是“客户”表。
第三范式要求在满足第二范式的基础上，每个非主属性都不传递依赖于主键。
比如说，有一个“员工”表，主键是“员工编号”，“部门名称”依赖于“部门编号”，而“部门编号”又依赖于“员工编号”，这就不满足第三范式，需要将“部门名称”这个属性移到“部门”表中。
规范化理论在数据库设计中具有重要的意义。
通过规范化设计，可以减少数据冗余，节省存储空间。
想象一下，如果一个客户的信息在多个表中重复存储，不仅浪费空间，而且当客户信息发生变化时，需要在多个地方进行更新，容易导致数据不一致。
数据库原理及应用数据库完整性
数据库原理及应用数据库完整性在当今数字化的时代，数据库成为了各类组织和系统存储、管理和处理数据的核心工具。
而数据库完整性则是确保数据库中数据的准确性、一致性和可靠性的关键因素。
理解数据库完整性的原理及应用，对于有效管理和利用数据库资源至关重要。
数据库完整性指的是数据库中的数据在逻辑上的正确性和合理性。
它涵盖了多个方面，包括实体完整性、域完整性、参照完整性和用户自定义完整性。
实体完整性确保表中的每一行都能唯一地标识一个实体。
例如，在一个学生信息表中，学号通常被设定为主键，不能有重复的值，这样就能保证每个学生在表中都有唯一的标识。
如果出现了学号重复的情况，就违反了实体完整性规则，可能导致数据的混乱和错误。
域完整性则关注的是列数据的有效性。
比如，学生成绩的列中，成绩的值应该在 0 到 100 之间。
如果出现了超出这个范围的值，比如－5 或者 150，就违反了域完整性规则。
这就好像给一个变量设定了一个合理的取值范围，超出这个范围就是不合理的。
参照完整性在多个相关表之间起着重要的作用。
假设有一个“学生选课表”和一个“课程表”，“学生选课表”中的课程编号应该在“课程表”中存在对应的值。
如果在“学生选课表”中出现了一个不存在于“课程表”中的课程编号，那就违反了参照完整性。
这就好比是一个链条，每个环节都要相互衔接，不能出现脱节的情况。
用户自定义完整性则允许根据特定的业务规则来定义数据的约束条件。
比如，在一个订单表中，可以规定订单金额不能为负数，这就是根据业务需求自定义的完整性规则。
为了实现数据库完整性，数据库管理系统提供了多种机制。
约束是其中最常见的一种。
主键约束、唯一约束、检查约束、外键约束等都能有效地保证数据的完整性。
主键约束用于确保主键列的值唯一且不为空。
它就像是一个数据的“身份证号”，独一无二且必不可少。
唯一约束则保证了指定列的值不能重复，但可以为空。
检查约束可以定义一个条件，使得列中的值必须满足该条件。
第3章 关系数据库的基本理论PPT课件
31.10.2020
5
关系模式(4)
关系是一种规范化了的二维表格，具有如下性质： ➢ 属性值是原子的，不可分解。 ➢ 没有重复元组。 ➢ 没有行序。 ➢ 理论上没有列序，但一般使用时都有列序。
❖ 关键码和表之间的联系
超键：在一个关系中，能惟一标识元组的属性或属性集称为关系的超键。
候选键：如果一个属性集能惟一标识元组，且又不含有多余的属性，那 么这个属性集称为关系的候选键。
学生关系模式 S(SNO，SNAME，SEX，AGE，SDPET) 选修关系模式 SC( SNO，CNO，GRADE) 课程关系模式 C(CNO，CNAME，CDEPT，TNAME)
SNO CNO GRADE
学生关系实例如下表；选修关系实例如右表。 S1 C1
87
S1 C2
78
SNO SNAME SEX AGE SDEPT
主键：若一个关系中有多个候选键，则选其中的一个为关系的主键。
外键：若一个关系R中包含有另一个关系S的主键所对应的属性组F，则 称F为R的外键。并称关系S为参照关系，关系R为依赖关系。
31.10.2020
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关系模式(5)
例如，学生关系和系部关系分别为： 学生（SNO，SNAME，SEX，AGE，SDNO） 系部（SDNO，SDNAME，CHAIR） 学生关系的主键是SNO，系部关系的主键为SDNO，在学生关系 中，SDNO是它的外键。更确切地说，SDNO是系部表的主键，将它 作为外键放在学生表中，实现两个表之间的联系。在关系数据库中， 表与表之间的联系就是通过公共属性实现的。我们约定，在主键的属 性下面加下划线，在外键的属性下面加波浪线。
GRADE 87 67 …
11
关系模式(10)
第讲 关系的完整性和规范化
第讲关系的完整性和规范化什么是关系完整性在关系数据库中，关系完整性是指对数据库中的数据进行完整性保护的一种约束规则，它们限制了数据库中数据的输入，更新和删除操作，以确保数据库中维护的数据是正确、一致和可靠的。
关系完整性约束可以分为以下几类：实体完整性约束实体完整性约束保证表中的数据是唯一的。
比如，在一个员工表中，员工编号应该是唯一的。
因此，我们可以在员工编号列上建立一个唯一约束，以确保每个员工拥有唯一编号。
如果在插入或者更新员工信息时，唯一约束被违反了，数据库会返回一个错误。
参照完整性约束参照完整性约束建立在表之间的关系上。
在关系模型中，表之间的关系可以被表示为外键约束。
外键约束保证了在表之间的数据关联是有效的。
比如，在员工表中，有一个外键约束，指向部门表中唯一部门编号列。
这意味着，员工表中的每个员工都必须关联到部门表中的一个部门。
如果尝试插入一个无效的员工，即员工表中的一个员工没有关联到部门表中的任何部门，数据库会返回一个错误。
域完整性约束域完整性约束保证了表中每个列的数据都满足指定的条件。
比如，在员工表中，工资列的数值应该大于等于0。
因此，我们可以添加一个CHECK约束，以确保工资列中的值符合规定。
什么是关系规范化关系规范化是一种将数据库中的表拆分成更小、更规范化的表的过程。
关系规范化的目的是消除重复数据、减少数据冗余，并提高数据的一致性和可靠性。
在实践中，关系规范化可以分为以下几个步骤：第一范式(1NF)在第一范式中，每个表列都应该只包含不可再分的原子值。
这个过程通常由将数据分解为更小的相关表完成。
第二范式(2NF)在第二范式中，整个数据表中的每个列都应该与该表的主键密切相关。
为了满足这个需求，我们可能需要将数据表继续拆分成新的表。
第三范式(3NF)在第三范式中，每个非主属性都应该完全依赖于主键。
如果存在非主属性互相依赖的情况，我们需要将其分解为更小的表以遵循3NF。
关系完整性和规范化的意义关系完整性是确保数据库中数据正确、一致和可靠的重要保障，它可以帮助避免无效和不良数据的插入，更新和删除。
第1章 第3讲—关系规范化
7
定义
◦ 如果关系模式R为第二范式，且R中每个非主属性都不
传递函数依赖于R的主码，则称R属于3NF。
示例
◦ 下列关系模式是2NF，是否为3NF？为什么？ SD（学号，姓名，系名，系主任）
绩；每个教师只担任一门课的教学，一门课由若干教师任教；一位教师可以 指导多个学生，一个学生在某个时间和地点只能被一位教师指导。“学生”有 属性：学号、姓名、性别、专业名。“教师”有属性：职工号、教师姓名、职 称，“课程”有属性：课程号、课程名。 试画出ER图，并注明属性和联系类型。
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谢谢观看
，“商店”有属性：商店编号、商店名、地 址、电话，“顾客”有属性：顾客编号、姓名、地址、年龄、性别。假设一个 商店有多个顾客购物，一个顾客可以到多个商店购物，顾客每次去商店购物 有一个消费金额和日期。
试画出ER图，并注明属性和联系类型。 任务二、假设每个学生选修若干门课程，且每个学生每选一门课只有一个成
05
MySql简介
2
在数据库的设计过程中，对于同一个问题，选用不同的关系模式，其性能的优劣是大不相同的，为 了区分关系模式的优劣，人们常常把关系模式分为各种不同等级的范式。
满足特定要求的关系模式称为范式，按其规范化程度从低到高可分为5级范式（Normal Form）， 分别称为1NF，2NF，3NF（BCNF），4NF和5NF。
学习目标
了解数据库系统的基本概念 理解数据模型的类型及相关概念 理解关系、关系模型相关概念 掌握E-R图的绘制的方法 掌握将E-R模型转换为关系模型的方法 理解关系的完整性规则 理解关系规范化
关系型数据库原理
关系型数据库原理关系型数据库原理是建立在关系模型基础上的一种数据库管理系统，其核心思想是通过关系来描述和组织数据。
关系型数据库采用表格的形式存储数据，每个表格由多个列（字段）组成，每列定义了特定类型的数据。
表格之间通过主键和外键建立关联，实现数据之间的联系和引用。
关系型数据库的原理包括以下几个方面：1. 数据模型：关系型数据库采用关系模型来描述数据，其中表格用于表示实体，字段用于表示实体的属性，关系用于表示不同实体之间的联系。
通过定义和管理表格以及表格之间的关系，可以灵活地组织和操作数据。
2. 数据完整性：关系型数据库依靠各种约束条件来确保数据的完整性。
例如，主键约束保证表格中每条记录都有唯一的标识符，外键约束确保表格之间的关联关系符合数据模型的定义。
这些约束条件可以在数据库设计阶段定义，并由数据库管理系统自动执行和维护。
3. 数据操作：关系型数据库通过结构化查询语言（SQL）来进行数据操作。
SQL提供了一系列查询、插入、更新和删除等操作，使用户能够方便地对数据库进行各种操作。
用户可以通过SQL语句来检索所需的数据、更新数据内容、添加新的数据项或删除已有数据。
4. 数据一致性：关系型数据库提供了事务机制来确保数据的一致性。
事务是一组数据库操作的逻辑单元，要么全部成功执行，要么全部回滚。
通过事务的机制，可以保证多个并发的操作在数据库中的执行顺序和结果是一致的，避免了数据的错误或不一致。
5. 数据安全性：关系型数据库采用访问控制和权限控制的机制来保护数据的安全性。
通过定义用户角色和权限，可以限制用户对数据库的访问和操作。
数据加密、审计和备份等措施也可以用于提高数据库的安全性。
总结来说，关系型数据库原理是建立在关系模型基础上的一种数据管理系统，通过关系、操作和约束等机制来组织、操作和保护数据。
这种数据库具有结构化、一致性、安全性等特点，被广泛应用于各种应用领域。
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第3讲
二,函数依赖
4.传递函数依赖
定义
在关系模式中,如果X→Y(不能Y→X),Y→Z, 在关系模式中,如果X→Y(不能Y→X),Y→Z, 若存在X→Z ,则称" 传递依赖于X 若存在X→Z ,则称"Z传递依赖于X".
示例
有如下的关系模式 SD(学号,姓名,系名,系主任) SD(学号,姓名,系名,系主任)
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则,关系的规范化 关系数据库原理—
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第3讲
三,关系的规范化
1. 概念和范式的类型
类型
第一范式(1NF) 第一范式(1NF) 第二范式(2NF) 第二范式(2NF) 第三范式(3NF)…… 第三范式(3NF)……
高 低
关系规范化的概念
将低级范式转换为若干个高级范式过程.
学习目标
认知目标:
理解关系的完整性规则 了解函数依赖,关系规范化的含义 理解三种范式的定义
——关系的完整性规则,规范化 ——关系的完整性规则,规范化
能力目标: 能力目标:
能判别关系的范式类别 (重点,难点) 重点,难点) 能进行范式的分解(重点,难点)
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则,关系的规范化 关系数据库原理—
学号 01 01 02 03 03 04 课程号 C1 C2 C1 C3 C2 C1 成绩 90 78 85 57 77 83 教师 王 周 王 李 周 王 教师年龄 34 45 34 27 45 34 办公室 2-14 1-01 2-14 3-15 1-01 2-14
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第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则,关系的规范化 关系数据库原理—
不是.因为:学号→系名,系名→ 不是.因为:学号→系名,系名→系主任,存在传递依赖关系.
解决方法:消除传递函数依赖.
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则,关系的规范化 关系数据库原理—
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第3讲
三,关系的规范化
4.第三范式(3NF) 分解为3NF的方法: 分解为3NF的方法:
把直接对主码函数依赖的非主属性与决定它们的主码 放在一个关系模式中. 放在一个关系模式中. 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. 性放在一个关系模式中. 检查分解后的新模式,如果不是3NF, 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,直到达到要求. 的方法进行分解,直到达到要求.
第3讲
第1章 关系数据库原理
——关系的完整性和关系的规范化 ——关系的完整性和关系的规范化 主讲人:李静
SQL Server 2005
第3讲
复习
什么是关键字/ 什么是关键字/码/键?
答:是能用来惟一标识元组的属性或属性组合.
什么是主关键字/主码/ 什么是主关键字/主码/主键?
答:被指定为关键字的候选关键字,称为~.
3.部分函数依赖(局部依赖)
定义
对于一个函数依赖:X→Y,如果存在Z∈X( 对于一个函数依赖:X→Y,如果存在Z∈X(Z 属于X),且有Z→Y成立,则称" 属于X),且有Z→Y成立,则称"Y部分函数依 赖于X 赖于X".
示例
有如下的关系模式
SCD(学号,姓名,课程号,成绩,系名,系主任) SCD(学号,姓名,课程号,成绩,系名,系主任) 主码为复合码:学号+ 主码为复合码:学号+课程号 "姓名,系名,系主任"与主码是部分函数依赖 姓名,系名,系主任"
示例
有如下的关系模式: 有如下的关系模式:
生产(工厂编号,产品编号,计划数量) 生产(工厂编号,产品编号,计划数量) "工厂编号+产品编号" →"计划数量",是完全函 工厂编号+产品编号" 计划数量" 数依赖.
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则,关系的规范化 关系数据库原理—
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第3讲
二,函数依赖
把关系模式中对主码完全函数依赖的非主属性与决定 它们的主码放在一个关系模式中. 它们的主码放在一个关系模式中. 把对主码部分函数依赖的非主属性和决定它们的主属 性放在一个关系模式中. 性放在一个关系模式中. 检查分解后的新模式,如果仍不是2NF,则继续按照前 检查分解后的新模式,如果仍不是2NF,则继续按照前 面的方法进行分解,直到达到要求.
函数依赖的类型
完全函数依赖 部分函数依赖 传递函数依赖
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则,关系的规范化 关系数据库原理—
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第3讲
二,函数依赖
2.完全函数依赖
定义
如果属性Y函数依赖于复合属性X,且不与X 如果属性Y函数依赖于复合属性X,且不与X的 任何子集函数相依赖,则称" 任何子集函数相依赖,则称"Y完全函数依赖 于X".
关系模式SCD的分解结果如下: 关系模式SCD的分解结果如下:
SC(学号,课程号,成绩) SC(学号,课程号,成绩) SD(学号,姓名,系名,系主任) SD(学号,姓名,系名,系主任)
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则,关系的规范化 关系数据库原理—
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第3讲
三,关系的规范化
4.第三范式(3NF)
10
第3讲
二,函数依赖
1.概念,类型(教材52页) 函数依赖
是指关系中各属性或属性组之间的相互依赖关系.它是关系 规范化的理论基础.
函数依赖的定义
给定一个关系模式R 给定一个关系模式R,X和Y都是R的属性或属性组,对于X的每 都是R的属性或属性组,对于X 个确定值在任何时刻Y只有一个确定的值与之对应,则称" 个确定值在任何时刻Y只有一个确定的值与之对应,则称"X 函数决定Y ,或称为" 函数依赖于X 函数决定Y",或称为"Y函数依赖于X",X称为决定因素,记为 :X→Y. X→Y.
第3讲
三,关系的规范化
3.第二范式(2NF) 定义
如果关系模式R为第一范式,且R 每个非主属性完全 如果关系模式R为第一范式,且R中每个非主属性完全 函数依赖于 的主码(复合码),则称R 2NF模式. 函数依赖于R的主码(复合码),则称R为2NF模式.
示例
下列关系模式是1NF,是否是2NF?为什么? 下列关系模式是1NF,是否是2NF?为什么? SCD(学号,姓名,课程号,成绩,系名,系主任) SCD(学号,姓名,课程号,成绩,系名,系主任)
学号 03001 03102 03223 03001 姓名 马力刚 王萍华 王平 张华 李萍 性别 男 女 男 男 女 年龄 21 20 21 22 19 系编号 01 02 03 04 05
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第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则,关系的规范化 关系数据库原理—
第3讲
一,关系的完整性规则
2.域完整性规则(用户定义完整性规则) 规则要求
"学号→系名,系名→系主任",则系主任传递依赖 学号→系名,系名→系主任" 于学号.
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则,关系的规范化 关系数据库原理—
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第3讲
三,关系的规范化(教材55页) (教材55页)
引
在关系数据库的设计过程中,对于同一个问题 ,选用不同的关系模式,其性能的优劣是大不 相同的,为了区分关系模式的优劣,人们常常 把关系模式分为各种不同等级的范式.
ER图转化为关系模式的原则是什么? ER图转化为关系模式的原则是什么?
答:(1)每个实体转换为一个关系. 每个实体转换为一个关系. (2)每个联系也转换成一个关系. (3)有相同码的关系可以合并.
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则,关系的规范化 关系数据库原理—
2
第3讲
复习
关系应具备什么性质?
主码为复合码:学号+ 主码为复合码:学号+课程号
不是.因为:"姓名,系名,系主任" 不是.因为:"姓名,系名,系主任"与主码是部分函数依 赖(即:只依赖于学号)
解决方法:消除部分函数依赖.
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则,关系的规范化 关系数据库原理—
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第3讲
三,关系的规范化
3.第二范式(2NF) 分解为2NF的方法: 分解为2NF的方法:
示例:判断哪一张表是1NF? 示例:判断哪一张表是1NF?
第1章 关系数据库原理—关系的完整性规则,关系的规范化 关系数据库原理—
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第3讲
三,关系的规范化
2.第一范式(1NF) 第一范式可能存在的问题:
数据冗余:如各位老师的信息重复. 插入异常:如果要插入刘老师的个人信息,但刘老师未开 课,会造成缺关键字"学号" 课,会造成缺关键字"学号","课程号". 课程号" 删除异常:当要删除 课程号="C3" 的元组,会丢失李老师 课程号= C3" 的信息. 修改量大.
定义
如果关系模式R为第二范式,且R 如果关系模式R为第二范式,且R中每个非主属 性都不传递函数依赖于R的某个候选码,则称R 传递函数依赖于R的某个候选码,则称R 为3NF模式. 3NF模式.
示例
下列关系模式是2NF,是否为3NF?为什么? 下列关系模式是2NF,是否为3NF?为什么? SD(学号,姓名,系名,系主任) SD(学号,姓名,系名,系主任)
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第3讲
一,关系的完整性规则
1.实体完整性规则(教材30页)
规则要求:
在任何关系的任何一个元组中,主键的值不能为空 在任何关系的任何一个元组中,主键的值不能为空 值,也不能取重复的值. 值,也不能取重复的值.