关系模式规范化
简述关系模式规范化过程
简述关系模式规范化过程
关系模式规范化是一种将关系模式转换为更高级别的模式的过程，以提高数据库的性能和可维护性。
它的目的是减少冗余，消除潜在的更新异常，并使数据库更容易维护。
关系模式规范化的过程包括：
1.确定属性依赖：首先，需要确定属性之间的依赖关系，以便确定哪些属性可以被删除，以及哪些属性可以被拆分。
2.确定函数依赖：函数依赖是指一个属性或一组属性可以用来确定另一个属性的值。
3.确定范式：范式是指一种模式，它可以用来描述一个关系模式的结构。
4.确定正则化：正则化是指将关系模式转换为更高级别的模式，以减少冗余和消除潜在的更新异常。
5.确定拆分：拆分是指将一个关系模式拆分成多个模式，以减少冗余和消除潜在的更新异常。
6.确定合并：合并是指将多个关系模式合并成一个模式，以减少冗余和消除潜在的更新异常。
7.确定索引：索引是指在数据库中创建一个索引，以提高查询性能。
关系模式规范化的过程可以提高数据库的性能和可维护性，并使数据库更容易维护。
它可以帮助减少冗余，消除潜在的更新异常，并使数据库更容易维护。
因此，关系模式规范化是一个重要的数据库设计过程，可以提高数据库的性能和可维护性。
第六章 关系模式规范化理论
第6章关系模式的规范化理论关系数据库的规范化设计是指面对一个现实问题，如何选择一个比较好的关系模式集合。
规范化设计理论对关系数据库结构的设计起着重要的作用。
关系模型有严格的数学理论基础，因此人们就以关系模型为作为讨论对象，形成了数据库逻辑设计的一个有力工具――关系数据库的规范化理论。
本章内容（1）关系模式的冗余和异常问题。
（2）FD的定义、逻辑蕴涵、闭包、推理规则、与关键码的联系；平凡的FD；属性集的闭包；推理规则的正确性和完备性；FD集的等价；最小依赖集。
（3）无损分解的定义、性质、测试；保持依赖集的分解。
（4）关系模式的范式：1NF，2NF，3NF，BCNF。
分解成2NF、3NF模式集的算法。
（5）MVD、4NF、5NF的定义。
一，关系模式设计中的问题1.什么是好的数据库构建好的，合适的数据库模式，是数据库设计的基本问题a) 体现客观世界的信息b) 无过度的冗余c) 无插入异常d) 无删除异常e) 无更新复杂如书上的S_C_G关系。
假设需要设计一个学生学习情况数据库StuDB。
下面我们以模式S_C_G（Sno，Sname，Dname，Age，Cno，Cname，Score，Pre_cno）为例来说明该模式存在的问题。
下表是其一个实例。
3冗余度大：每选一门课，他本人信息和有关课程信息都要重复一次。
4插入异常：插入一门课，若没学生选修，则不能把该课程插入表中。
5删除异常：如S11号学生的删除，有一门只有他选，会造成课程的丢失。
6更新复杂：更新一个人的信息，则要同时更新很多条记录。
还有更新选修课时也存在这样的情况。
2.异常的原因：数据信赖的约束3.解决方法：数据库设计的规范化：分解，每个相对的独立，依赖关系比较单纯，如分解为3NF 我们采用分解的方法，将上述S_C_G分解成以下三个模式：S（Sno，Sname，age，Dname）C（Cno，Cname，Pre_cno）S_C（Sno，Cno，Score）4.规范化设计理论包括三个内容：i> 数据信赖---- 核心，研究数据之间的联系ii> 范式---- 关系模式的标准iii> 模式设计方法---- 自动化设计的基础二，函数依赖（Functional Dependency，FD）1. 函数依赖的定义：（还有非函数的依赖？，什么是函数？给出一个值能唯一确定另外一个值？映射：一对一，多对一，一对多?）定义：函数依赖是指一个或一组属性可以（唯一）决定其它属性的值。
简述关系模式规范化
简述关系模式规范化
关系模式规范化是一种技术，是按照一定的规则将关系模式进行重新组织和整理的过程。
其宗旨在于提高系统的完整性和弹性，将数据结构按照一定的高低规则排列，使其冗余度降至最低。
关系数据模式(Relational Data Model)是一种结构化的数据模式，在逻辑数
据库系统中被用作描述数据库的数据结构(RDM亦被称为 E-R模型)。
关系模式是一种关系数据模式，可以将关系型数据库中彼此有一定联系的实体之间构建出一个逻辑关系，其中存储在数据库中的信息元素彼此联系起来，形成一条完整的记录。
它可以表示多个实体之间的一个强耦合的逻辑关系，其中的实体之间的数据结构是精确和完整的，可以很容易的进行提取和检索。
关系模式规范化有三个主要阶段：第一阶段是简单规范化(简单的冗余度消除);第二阶段是必要的规范化;第三阶段是高级规范化。
简单规范化阶段是关系模式规范化的最初阶段，主要是针对关系模式中冗余性和破坏单一原则(第一范式)引起的错误进行发现和消除，所以这一阶段的操作就是将冗余性数据移入另外的表格中。
必要的规范化阶段是对关系模式规范化的关键阶段，在该阶段，根据一定的规则移除掉第一范式中不充分函数依赖(也称为不完全函数依赖)，通过这种方式可以完全实现第二范式，也就是把所有非主属性完全依赖于主属性。
高级规范化阶段涉及重新把已经规范化的模式进步进一步抽象化，使之达到第三范式甚至第四范式水平，也就是非主属性完全的依赖于主属性，同时剔除掉冗余数据。
关系模式规范化是将关系模式按照一定的规则组织和整理的过程，有利于提升模式的完整性和弹性，降低其冗余度，它主要包括简单规范化、必要规范化和高级规范化三个阶段，是一种十分重要的数据库。
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）
6.第六章关系的规范化
第六章关系的规范化设计第六章关系的规范化设计第一节问题的提出第二节函数依赖第三节范式第四节数据依赖的公理系统第一节关系模式设计问题的提出如何设计一个合理的关系数据库模式？c3c2c1c3c1cno 77OS丁惠s283DS 丁惠s290DB 丁惠s287OS 李立s178DB 李立s1gradecname sname sno 泛关系模式泛关系：泛关系模式中存在的问题c3c2c1c3c1cno 77OS丁惠s283DS 丁惠s290DB 丁惠s287OS 李立s178DB 李立s1gradecname sname sno反映现实世界操作性能例：设计教学管理关系数据库模型sc问题分析Sno Cno Tno Sname Grade Cname Tname S1C1T1赵民90OS彭S1C2T2赵民90DS杨S1C3T3赵民85C++刘S1C4T4赵民87DB张S2C1T4李军90OS张S3C1T4陈江75OS张S3C2T2陈江70DS杨S3C4T4陈江56DB张S4C1T1魏致90OS彭S4C2T2魏致85DS杨S5C1T1乔远95OS彭S5C4T4乔远80DB张关系SCT产生问题的原因？解：sct（sno, cno, tno, sname, grade, cname, tname）属性间约束关系（即数据间的依赖关系）太强解一：（sno，（cno，tno，（tno，cno, tname （sno，cno，解二：（sno，（cno，（tno, tname （sno，cno，（tno，cno）分解关系解决问题的方法：例sc解（sno, cno, tno, sname, grade, cname, tnameS n o S n a m e S 1赵民S 2李军S 3陈江S 4魏致S 5乔远StudentsCno Cname C1OS C2DS C3C++C4DBCoursesSnoCno Grade S1C190S1C290S1C385S1C487S2C190S3C175S3C270S3C456S4C190S4C285S5C195S5C480scTno Tname T1 彭 T2 杨 T3 刘 T4 张TeachersTeachCno Tno C1T1C1T4C2T2C3T3C4T4本章要解决的主要问题理想第二节：函数依赖数据依赖函数依赖（1）、函数依赖定义X 函数决定Y Y函数依赖于XX Y例：只能根据语义来确定函数依赖性的存在与否。
5第五章第4讲关系模式的规范化
5第五章第4讲关系模式的规范化关系模式的规范化是数据库设计中的一个重要概念，它通过一系列规则和规范化原则，使得关系模式能够更加合理、高效地组织和管理数据。
规范化的目的是消除冗余和数据依赖，以避免数据异常和不一致的情况发生。
本文将介绍关系模式规范化的基本概念、规则和原则，并讨论规范化的实际应用。
关系模式规范化的基本概念是：在关系数据库中，每个关系模式都应该经过规范化，以达到最佳的数据结构和数据组织方式。
规范化是一个多阶段的过程，每个阶段都有特定的规则和原则。
第一范式（1NF）是最基本的规范化原则。
它要求每个关系模式的属性都是原子性的，即不可再分的。
这意味着属性的值不可以是集合、数组或多值的。
如果一个属性的值可以被分解为更小的数据项，则需要拆分为多个属性，使得每个属性都是原子的。
第二范式（2NF）要求在满足1NF的基础上，消除非主属性对码的部分函数依赖。
函数依赖指的是当一个属性的值确定之后，另一个属性的值也能确定。
如果一个属性只依赖于码中的一部分属性，而不是整个码，那么它就存在部分函数依赖，需要拆分为多个关系模式，以消除这种依赖。
第三范式（3NF）要求在满足2NF的基础上，消除非主属性对互相之间的传递依赖。
传递依赖指的是当一个属性的值确定之后，其他非主属性的值也能确定。
如果一个非主属性依赖于另一个非主属性，而不是直接依赖于码，那么它就存在传递依赖，需要拆分为多个关系模式，以消除这种依赖。
此外，还有更高级的规范化形式，如BCNF（巴斯-科德范式）和第四范式。
BCNF要求在满足3NF的基础上，消除所有非主属性对码的冗余依赖。
第四范式则要求在满足BCNF的基础上，消除多值依赖和联合依赖。
这些规范化原则和规则都是为了最大程度地消除数据冗余和依赖问题，并提高数据库的性能和数据完整性。
关系模式规范化在实际应用中有着广泛的应用。
首先，在数据库设计阶段就应该考虑规范化原则，选择合适的属性和关系模式，避免冗余和依赖问题。
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。
17
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
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第15课 关系模式规范化
数据库系统概论
关系模式规范化的作用
关系数据库的设计主要是关系模式设计。关 系模式设计的好坏直接影响到数据库设计的成败。 将关系模式规范化，是设计较好的关系模式的惟 一途径。 关系模式的规范化主要是由关系范式来完成的。银河学院第15课 关系模式规范化
数据库系统概论
关系范式
第一范式（1NF）说明：数据库表中的 字段都是单一属性的，不可再分。这个单 一属性由基本类型构成，包括整型、实数、 字符型、逻辑型、日期型等。
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第15课 关系模式规范化
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第一范式(1NF)
例如，如下的数据库表是符合第一范式的：
字段1
字段2
字段3
字段4
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第15课 关系模式规范化
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第15课 关系模式规范化
数据库系统概论
第二范式举例
解决办法:消除非主属性对键码的部分依赖 (学号,课名) → (成绩) (学号) → (姓名,年龄,所在系,系主任) 选课(学号,课名,成绩) 学生(学号,姓名,年龄,所在系,系主任) 这样的数据库表是符合第二范式的，消除了 数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常。
姓名
张三 张三 张三
年龄
23 23 23
所在系
网二 网二 网二
系主任
孙小红 孙小红 孙小红
课名
C语言 数据库 数据结构
成绩
84 95 79
98001
98002 98002 98002
张三
李四 李四 李四
23
20 20 20
网二
网一 网一 网一
孙小红
章飞 章飞 章飞
办公自动化
数据库 C#语言 网站编程
它也会存在数据冗余（系相同系主任就一样）、插入异常（新系 成立，还未招人，其他系的信息插不进去）、删除异常（学生毕业， 删学生信息把系的信息也删除）、更新复杂（换系主任）的情况，
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第15课 关系模式规范化
数据库系统概论
第三范式举例结果
解决方法： 选课(学号,课名,成绩) 学生(学号,姓名,年龄,所在系) 系(所在系,系主任) 这样的数据库表是符合第三范式的，消除了 数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常。
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数据库系统概论
分析
学号 98001 98002 98003 98004 98005 98006 98007 姓名 张三 李四 王五 赵六 洪七 东八 肖锋 年龄 23 24 28 23 45 22 35 所在系 网二 网二 网二 网二 网一 网一 网一 系主任 孙小红 孙小红 孙小红 孙小红 章飞 章飞 章飞
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第15课 关系模式规范化
数据库系统概论
第三范式题目
假定学生关系表为Student(学号, 姓名, 年龄, 所在学院, 学院电话)，关键字为单一关键字“学 号”，因为存在如下决定关系： (学号) → (姓名, 年龄, 所在学院, 学院电话 ) 学生：(学号, 姓名, 年龄, 所在学院)； 学院：(学院, 电话)
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关系模式的规范化
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第15课 关系模式规范化
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教学目标
1.了解关系模式规范化的作用 2.掌握第一范式—重点 掌握第二范式—重点 3.掌握第三范式—重点
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第15课 关系模式规范化
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一起分析下表存在的问题
学号
98001 98001 98001
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第15课 关系模式规范化
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总结
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。 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。
86
69 84 81
98003
98003 98003 98004
王五
王五 王五 赵六
21
21 21 21
网二
网二 网二 网二
孙小红
孙小红 孙小红 孙小红
C语言
数据库 C#语言 数据库
79
85 87 98
98004
赵六
21
网二
孙小红
数据结构
84
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第15课 关系模式规范化
数据库系统概论
问题如下
1.数据冗余大(肉眼可见) 2. 插入异常(先找出主码为：学号和课名；当 学校还没开始招生时，系的信息插不进去，因为 缺少学号) 3. 删除异常(当学生都毕业了，删除学生信息 时连系的信息也删除了) 4. 修改异常(某系换主任，则改系学生记录应 全部修改，若有不慎，某些记录漏改了，则造成 数据不一致，即出现更新异常)
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第15课 关系模式规范化
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第二范式举例
学号 98001 98001 98001 姓名 张三 张三 张三 年龄 23 23 23 所在系 网二 网二 网二 系主任 孙小红 孙小红 孙小红 课名 C语言 数据库 数据结构 成绩 84 95 79
98002
98002 98001 98002
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第15课 关系模式规范化
数据库系统概论
为什么要设计规范化的数据库?
未经规范化的数据库一般都有下述缺点： 较大的数据冗余，数据一致性差，数据修改 复杂，对表进行插入、删除、更新时会产生插入、 更新、删除异常。 规范化的作用就在于尽量去除冗余，使数据 保持一致，使数据修改简单，除去在表中进行插 入、删除时产生的异常，规范化后的表一般都较 小。 课本:Ｐ187
数据库系统概论
第一范式(1NF)
而这样的数据库表是不符合第一范式的：
字段 1
字段 2
字段 3.1
字段3
字段 4
字段 3.2
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第15课 关系模式规范化
数据库系统概论
第一范式(1NF)
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 总结：不能有重复的列,列不可再分. 不满足第一范式条件的关系为非范式关系,在关 系数据库中,凡非范式关系必须要化成范式关系.
所谓范式（Normal Form,NF）是指规范化的关系模 式。由规范化程度不同，就产生了不同的范式。根据满足 条件的不同，经常称某一关系模式Ｒ为“第几范式”。 从1971年起，E．F．Ｃodd相继提出了第一范式、第 二范式、第三范式，Codd与Boyce合作提出了Boyce-Codd 范式。在1976-1978年间，Fagin、Delobe以及Zaniolo又 定义了第四范式。到目前为止，已经提出了第五范式。每 种范式都规定了一些限制约束条件。
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第15课 关系模式规范化
数据库系统概论
分析产生上述问题的原因
用关系模式描述如下: 学生(学号,姓名,年龄,所在系,系主任,课名,成绩) 学号→姓名,学号→年龄,学号→所在系,所在系 →系主任,(学号,课名) →成绩 部分依赖： (学号,课名) →姓名 完全依赖： (学号,课名) →成绩 传递依赖：学号→所在系,所在系→系主任
李四
李四 张三 李四
20
20 23 20
网一
网一 网二 网一
章飞
章飞 孙小红 章飞
数据库
C#语言 办公自动化 网站编程
69
84 86 81
由于不符合2NF，这个选课关系表会存在如下问题： (1) 数据 冗余 (2)插入异常(新学生还未选课) (3) 删除异常（不选课了要删 除课名这个主键） (4) 更新异常（换系或换系主任，修改容易漏）
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第15课 关系模式规范化
数据库系统概论
回顾关系模式
关系模式:关系模式相当于一张二维表 的框架,在这个框架下填入数据，称为关 系模式的一个实例，或者叫关系(R)。 R(A1,A2,A3...Ai):R是关系名，Ai是 关系的属性名。 一个关系名对应一张表， 关系名对应表名，属性对应表中的列名。 关系模式的简化表示法: R<U,F>
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第15课 关系模式规范化
数据库系统概论
课程总结
不规范关系引发的问题 第一范式 第二范式 第三范式
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所谓传递依赖，指的是如果存在“A → B → C"的决定关系，则C传递依赖于A。 因此，满足第三范式的数据库表应该不存 在如下依赖关系： 关键字段 → 非关键字段x → 非关键字段y
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第15课 关系模式规范化
数据库系统概论
第三范式举例
假定关系表2NF为: 选课(学号,课名,成绩) 学生(学号,姓名,年龄,所在系,系主任) 即存在非关键字段对关键字段“学号”的传 递函数依赖。学号→所在系,所在系→系主任
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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 定义:在关系模型中的每一个具体关系R中， 如果每个属性都是不可再分的，则称R属于第 一范式（1NF），记作R∈1NF。
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第二范式举例
假定选课关系表为 (学号, 姓名,年龄,所在 系，系主任,课名,成绩)，关键字为组合关键字 (学号,课名) 其中(学号,课名)→（学号，姓名，年龄，所在 系，系主任，成绩） 这个数据库表不满足第二范式，因为存在如下决 定关系： (学号,课名)→（成绩） (学号)→（学号，姓名，年龄，所在系，系 主任） 即存在组合关键字中的字段决定非关键字的 情况。