对教学管理系统关系模式规范化分析的方法
关系模式规范化.ppt
解决的办法 对关系模式SCD进行分解，消除不合适 的数据依赖
解决问题的理论依据 关系规范化理论
9.2 函数依赖的基本概念
关系模式中的各属性之间相互依赖、相互 制约的联系称为数据依赖。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，是数据内在的性质和语义的体现。
一个系有若干学生，一个学生只属于一个系； 一个系只有一名主任； 一个学生可以选修多门课程，每门课程有若干
学生选修； 每个学生所学每门课程都有一个成绩。
单一的关系模式SCD的一个实例
Sno
Sdept
Mname
20066401021 计算机系
张同心
20066401025 计算机系
张同心
20066401021 计算机系
张同心
数据库
82
20066401025 计算机系
张同心
计算机网络
94
20066401021 计算机系
张同心
编译原理
83
20066402004
信息系
裴松涛
信息系统
87
20066402004
信息系
裴松涛
数据库
79
20066402004
信息系
裴松涛
高等数学
81
20066402005
信息系
裴松涛
信息系统
90
9.3.1 第一范式（1NF）
Sno
Sdept
Mname
Cname
Grade
20066401021 计算机系
张同心
数据库
85
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。
关系模式的规范化
因此，说某个关系属于某个范式是指该关系模式 满足某种确定条件，具有一定的性质。通过分解 把属于较低范式的关系模式转换为几个属于高级 范式的关系模式的集合，这一过程称为规范化。 其目的就是要设计“好”的关系，使关系尽量减 少数据冗余和更新异常等情况。
数据库原理与应用
数据库原理与应用
关系模式的规范化 关系数据库设计理论主要用于指导据库的逻
辑设计，确定关系模式的划分，每个关系模式所 包含的属性，从而使得由一组关系模型组成的关 系模式作为一个整体，既能客观地描述各种实体， 又能准确地反映实体间的联系，还能如实地体现 出实体内部属性之间的相互依存与制约。
关系的键码函数决定该关系的所有其他属性， 由于键码能唯一地确定一个元组，所以，也可以 说关系的键码函数决定该关系的所有属性。换句 话说，一个关系的所有属性都函数依赖于该关系 的键码。然而，当我们进一步分析时，就会发现 不同的属性在关系模式中所处的地位和扮演的角
相互依赖，这时Z对X之间就不是传递依赖，而是 直接依赖了。直接依赖常用 ↔ 表示。
关系模式中非主属性对键码的部分依赖和传递 依赖是产生数据冗余和更新异常的主要根源。在 有的关系模式中，还存在主属性对键码的部分依 赖和传递依赖，这时产生冗余和异常的另一个主 要根源。总而言之：从函数依赖的角度来看，关 系模式中存在各属性对键码的部分依赖和传递依 赖是产生数据冗余和更新异常的根源。 1.3 关系模式的规范化
色是不同的。为了能较好的说明问题，我们把键 码所在的属性称为主属性，而把键码属性以外的 属性称为非主属性。比如，对于关系模式R（S#， SNAME，C#，GRADE，CNAME，TNAME， TAGE）来说，S#和C#是主属性，而另外几个属 性为非主属性。再深入分析，又会发现不同的属 性对键码函数依赖的性质和程度是有差别的。有 的属于直接依赖，有的属于间接依赖（通常称为 传递依赖）。当键码由多个属性组成时，有的属 性函数依赖于整个键码属性集，而有的属性只函 数依赖于键码属性集中的一部分。 1.1 完全依赖与部分依赖
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。
2.5.2关系模式规范化的方法
谢 谢！
（三）三范式
例题：R(学号，姓名，班级名，班主任)
方法一：
按照“非关键字字段不能相互依赖”的定义，关系模式R可 以修改成：
R1(学号，姓名，班级名) R2(班级名，班主任)
方法二：
1、把实体进行拆分： R1（学号，姓名）； R2（班级名，班主任）
2、实体之间建立关系。 添加“班级名”字段，形成新的范式： R1(学号，姓名，班级名) R2(班级名，班主任)
存在问题: 数据冗余:有重复值； 更新异常：在修改的时候，需要同时修改多条记录，否则
会出现数据不一致的情况 规范化：
学生：(学号, 姓名, 年龄, 所在学校)； 学院：(所在学校,学校地址,学校联系电话)。
【结论】基本上关系数据规范到第三范式就可以满足数据建模基本 要求了，消除冗余度，避免数据添加、修改、删除发生异常。
（二）二范式
例如：R1（姓名，学号，出生日期，课程编号，课程名）。
这个表中学号可以作为主键，姓名，出生日期可以依赖于学号，
换句话说，姓名，出生日期可以由学号决定，但是，课程编号，课程名
，并不依赖学号，所以不满足二范式的要求。 需要进行以下转换：
R11(姓名，学号，出生日期) R12(课程编号，课程名)
可以这样概括：字段不可再分，一个字 段就是一个属性。
例如：学生信息（姓名，学号，出生日期，所在班级） 产品信息（产品编号，产品名称，大小规格，价格，生产厂家）
（二）二范式
书上说：首先满足第一范式，并且它的 任一非关键字属性都函数依赖于任一候选关 键字，则称为第二范式。
首先找到主键，然后判断其他字段是否依赖 主键。也就是说，其他字段是否由主键决定 。
存在的问题： 书上交待了三级范式的定义，很抽象，很难理解，特 别是要搞清楚函数依赖、传递依赖的定义，学生对三范式的判断识别很 难，在考试中也容易失分，教师在讲解时也感到吃力。
关系模式规范化
关系模式规范化关系模式规范化是对数据库表的列进行规范化的重要技术。
它不仅能够提高数据库的可读性和安全性，还能够减少数据库查询时间，提高系统运行效率。
本文将详细介绍关系模式规范化的概念、原理和步骤，帮助读者更好地理解和应用这一重要技术。
关系模型规范化是一种将数据库表中的列规范化的过程，主要是为了降低表中冗余列的数量，以节省存储空间和减少数据冗余，并且符合一些基本的数据库设计的基本要求。
关系模式规范化由三个步骤构成：分解，标准化和继承。
首先，我们需要做的是分解数据库表，这就是所谓的“分解”。
将一个表中的列分解成多个表，每个表具有一组相关的列。
例如，我们可以将一个含有客户名字、地址和电话号码的表分解为两个表，一个表包含客户名字和地址，另一个表包含客户名字和电话号码。
而且，他们之间有一个“客户ID”的关联，以此实现表间的关联。
接下来，要对列进行标准化处理，这一步叫做“标准化”。
主要是为了消除表中多余的重复列，使每一列保持一致性。
比如，在一个表中，客户地址可以分为多个列，比如国家、省份、城市等，但这种方法会带来重复冗余，应当将这些地址信息合并成一列，以减少列的数量。
最后，要对列进行继承，这一步叫做“继承”。
即从一个表中继承数据，在另一个表中使用。
例如，如果一张表涉及客户的基本信息，另一张表涉及客户的订单信息，那么就可以在客户订单信息表中继承客户的基本信息，即客户的ID，而无需重复输入基本信息。
以上就是关系模式规范化的基本原理和步骤，它旨在通过规范化表的列，减少数据冗余，提高数据库的可读性和安全性，同时节省存储空间和查询时间。
如果读者们可以掌握关系模式规范化的知识点，就可以更好地实现数据库表列的规范化，从而提高数据库系统的安全性和性能。
《关系模式的规范化》课件
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关系模式的规范化主要基于函数依赖和范式的理论，通过逐 步消除冗余属性、处理数据依赖冲突，最终达到一定的规范 化程度，如第三范式（3NF）或更高范式。
关系模式规范化的重要性
减少数据冗余
规范化可以消除数据冗余，减少存储 空间的浪费，并降低数据维护成本。
保证数据一致性
通过规范化，可以确保数据的一致性 和完整性，避免因数据更新、删除操 作而产生的错误和异常。
从3NF到BCNF的转化
将关系模式分解为多个关系模式，使得每个 关系模式都满足3NF和BCNF。
07
关系模式规范化的应用场景
数据库设计
数据结构合理化
通过规范化，确保数据库中的关 系模式满足一定的范式要求，从 而使数据结构更加合理、清晰， 降低数据冗余和操作异常的风险 。
提高数据一致性
规范化有助于保证数据的一致性 ，避免数据在不同表中重复存储 ，从而降低数据不一致的问题。
BCNF范式消除了传递依赖，从而减 少了数据冗余和更新异常的可能性。
VS
BCNF范式是相对较弱的范式，它允 许有部分函数依赖，但不允许有完全 函数依赖。
如何达到BCNF
识别关系模式中的函数依赖， 并确定哪些是传递依赖。
通过分解关系模式或引入新 的候选键来消除传递依赖，
从而满足BCNF的要求。
在分解过程中，需要确保分解 后的关系模式仍然满足BCNF 的要求，并且能够保持数据的
03
通过规范化，可以降低因修改操作导致的数据完整性破坏的风
险，确保数据的准确性和一致性。
数据冗余消除
关系模式规范化
关系模式规范化关系模式规范化是指对数据库关系模式（如表）采用规范化的方法，使其更加结构化和可维护。
它的目的是减少存储重复的数据，提高效率，简化查询，以及提高安全性。
它包括一系列的操作，包括表拆分、冗余删除、粗粒度拆分和标准化。
二、规范化的优势1.少冗余数据：规范化会消除重复数据，减少存储空间，减少用于存储数据的磁盘空间。
2.高查询性能：规范化可以帮助查询更快找到所需要的数据，提高查询性能，提高查询效率。
3.高安全性：规范化可以减少存储数据的安全风险。
4.善数据结构：规范化会把表组织成有结构的形式，以便更容易访问和管理。
5.加数据一致性：规范化可以提高数据一致性，减少数据冗余，改善数据的准确性和可靠性。
三、如何规范化规范化的方法有很多，下面介绍一下几个常用的方法。
1.拆分：表拆分是把一个表拆分成多个小表，以减少冗余数据和简化查询，而无需减少存储空间。
2.余删除：冗余删除是指把不需要的重复数据从数据库中删除，以提高查询性能。
3.粒度拆分：粗粒度拆分是把一个表拆分成几个表，以提高存储空间利用率。
4.准化：标准化是把不同的表中的数据转化为一致的格式，以提高数据一致性。
四、关系模式规范化的注意事项1.范化不能改变数据库表结构，因此会影响SQL查询性能。
2.范化不能改变表中存储的数据，因此应该充分考虑是否需要规范化，以避免数据损坏。
3.规范化过程中，必须慎重考虑所有相关的查询，以避免查询效率的降低。
4.规范化完成后，应该定期对数据库进行检查，确保其正确性和可靠性。
五、结论关系模式规范化技术是一项重要的数据库技术，它可以帮助提高数据库的性能，简化查询，提高安全性，增加数据一致性，改善数据结构和数据存储空间。
然而，规范化也有一定的技术挑战和注意事项，如果不小心处理，很容易导致数据损坏和查询效率的降低。
因此，有必要加以详细的调查，确保在应用规范化技术之前，充分了解有关技术和实施方法，以避免技术上的失误。
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对教学管理系统关系模式规范化分析的方法根据目前学院ISO9000的运行情况，在构建教育教学质量管理系统时，主要考虑了以下几个方面：第一，如何保证信息系统的随需应变能力，随时适应管理机制的变化。
第二，如果某一个业务点产生变化或者调整，是否面要重新编译整个程序，还是进行局部构建。
第三，在系统开发过程中，产生的一些公用组件，在学院新建的或现有的业务系统中使用，是否还需要重新来进行开发，如何使用现有的成熟的组件，如何向项目中引用或使用。
第四，是否能够形成一个基础平台，在进行新的业务系统开发时，直接在基础平台上建设即可。
基于以上四点来考虑教育教学质量管理系统的构建方式。
对整个系统的标准规范作了如下定义，以确保系统的建设，能够满足以上的要求。
(一)具体环境规范。
应用程序的运行环境采用两台应用服务器和两台数据服务器，进行负载均衡的高可用web集群运行环境配置，保证应用程序运行的稳定性和运行效率，数据库采用主从备份的方面，用以保证数据的安全性。
(二)总体规范。
1．统一缩写或名词约定。
在项目中，对于同一概念如果需要使用缩写，统一使用如下定义:info－信息;doc－文档;src－源码;demo－项目的静态页面原型;fea－功能点;req－需求点;query－查询;add－增加;update－编辑;input－输入;－删除;list－结果列表使用的英文名称;impor－导入;export－导出;rtn－返回;success－成功;fault－失败;error－错误;业务字典－与业务相关的代码及对代码的描述，系统提供了对业务字典的管理，通过系统业务字典功能，为系统实现提供的大量组件，方便开发。
2．需求/功能编号定义。
需求编号规范:“req”+“－”+一级模块编号+“－”+二级模块编号+“－”+功能点编号。
功能点代码编号规范:“fea”+“－”+一级模块编号+“－”+二级模块编号+“－”+功能点编号。
在此，“fea”表示功能，“req”表示需求一级模块对应一个包，二级模块对应构件包下的构件，功能点为构件下的具体功能。
3．子系统及程序包规划。
一级模块与包命名最后一段一致:小写英文单词组成的业务描述。
如:权限管理(auth)，功能矩阵样式如下:子系统:um，包中文名:权限管理与控制，包名称:auth，功能中文名称对应的功能名称依次是:认证管理－auth，应用功能管理－function，菜单管理－menu，角色管理－role，操作员管理－operator，数据权限管理－dataright;包中文名:组织机构管理，包名称:organization，功能中文名称对应的功能名称依次是:机构管理－organization，岗位管理－position，人员管理－person，职务管理－duty，工作组管理－workgroup，业务机构管理－busiorg;包中文名:应用基础服务，包名称:common，功能中文名称对应的功能名称依次是:单点登录———sso，业务字典———busidict，业务日志———busilog，元数据管理———metada-ta，基础构件———comm;包中文名:应用基础工具，包名称:Utili-ty，功能中文名称对应的功能名称依次是:文件上传———fileup-load，通用数据选择———datachoose。
在进行构建时，包名全部使用英文小写，包名称建议采用长命名空间的方式。
4．应用架构构建。
Maven除了以程序构建能力为特色之外，还提供高级项目管理工具。
由于Maven的缺省构建规则有较高的可重用性，所以常常用两三行Maven构建脚本就可以构建简单的项目。
由于Maven面向项目的方法，许多ApacheJa-karta项目发布时使用Maven，而且公司项目采用Maven的比例在持续增长。
本应用采用JAVAEE架构，应用系统的功能开发，将通过Maven的方式对项目进行构建。
以Maven的方式进行构造，依赖的版本定义在公共模块或子系统中，子(模块)pom设置＜parent＞，继承父(项目)pom，设置一个虚拟的总项目，多个实际项目作为总项目的模块。
在编码过程中，要求尽量使用公用模块，以减少系统编码、维护工作量，使程序具有良好的结构性。
一般定义，超过三个地方使用的相同逻辑的代码主要抽象为公用模块。
(三)配置规范。
1．配置工具。
项目的配置工具内部采用SVN作为配置管理工具，Maven Ｒepository作为Maven仓库的定义。
2．配置目录结构。
配置目录结构如图2所示。
(四)文档规范。
1．文档命名规范。
文档名称=系统名称+“_”+中文文档名［+“_”+作者姓名］。
修改者必须在文档中注明修改时间、版本和大致内容。
2．文档编写规范。
对于项目的.成果性文档，要求在编写前提供统一的模板，编写和修正过程中，要记录变更历史。
在Word中的插图尽可能使用JPG 或GIF以及PNG格式，以降低Word文档的大小。
所有文档中涉及的图形，要求提供原始文件，并保存到配置库中。
文档一旦初步定稿之后，评审者采用修正模式修改文档。
如果文档参考了其他资料，需要提供参考资料的出处，如某个文档、网站、书籍。
(五)结构设计开发规范。
系统中以包为复用的基本对象，构件包中包含数据访问层、业务层、控制层、页面资源、配置信息等概念。
一个项目中可包含多个子项目，按Maven的体系结构，项目按照功能模块进行划分，力求便于维护和管理。
其中“model”为整个系统的显示层，即所有的界面操作及界面逻辑都在些项目中进行构建common项目为系统的公用项目，所有公用部分的代码在项目中进行构建。
model－caculate为系统中模型算法部分，所有算法在此项目中进行构建其它核心功能模块和辅助功能模块按照规则进行创建，即“项目名称———功能模块名称”。
1．总体规范。
(1)项目路径规划。
com．sinocarbon．model．(2)对于应用中的变量命名，要求遵循如下规范。
在数据访问层中，变量名称遵循Java变量命名规则;业务层中，变量命名和数据访问层的命名规则一致;控制层中，变量名和业务层的命名规则一致。
为保证程序逻辑或代码的可追溯性，要求每个文件都保留正确合适的开发人员信息。
(3)针对创建者和部门，按照如下要求进行设置。
作者:输入开发环境使用者正式姓名的中文。
开发人员的英文名或者系统缺省的用户名。
部门:输入开发环境使用者所在公司的名称，例如“信息中心”等。
2．包命名规范。
包是项目中基础的业务实现和业务部署单元，其中包含了数据访问、业务逻辑、控制以及一些额外需要的资源，包采用以下方式进行命名:包名称全部使用英文小写;包名称采用长命名空间的方式;包名=系统命名空间+”．”+业务描述的英文单词;包命名在设计期由设计人员确定，不允许开发期确定;显示名称描述为中文信息;包属于一个抽象概念。
3．数据访问层命名规范。
数据访问层是进行数据库操作的逻辑层。
数据访问层按以下所描述的方式进行命名。
包名定义为com．sinocarbon．model．um．dao。
实现接口规则com．sinocar-bon．model．+子项目名称+模块名称Dao，类规则为com．sino-carbon．model．+子项目名称+模块名称DaoImpl如用户管理模块的包命名规则为在包com．sinocarbon．model．um，在该包下创建接口和类名称为UserDao．java和UserDaoImpl．java，首字母大写，与java类命名一致。
接口和类直接建在以构件包为名称的包下，原则上不增加新的包的定义。
名称不使用前缀或后缀。
接口和类包含一个单一实体管理功能的操作集合，即增、删、改、查等。
4．业务层命名规范。
业务层为进行业务逻辑操作的逻辑层。
业务层按下面方式进行命名:包名定义为com．sinocarbon．model．um．service。
实现接口规则com．sinocarbon．model．+子项目名称+模块名称Service，类规则为com．sinocarbon．model．+子项目名称+模块名称ServiceImpl如用户管理模块的包命名规则为在包com．sinocarbon．model．um，在该包下创建接口和类名称为UserService．java和UserServiceImpl．java，首字母大写，与java类命名一致。
接口和类直接建在以构件包为名称的包下，原则上不增加新的包的定义。
名称不使用前缀或后缀。
接口和类包含一个单一实体管理功能的操作集合，即增、删、改、查等。
5．页面资源命名规范。
一是在web项目中创建一个文件夹，与模块名称一致文件夹下创建与该模块相关的页面资源，例如user，在页面资源下创建user目录;二是如果涉及较多的不同页面资源，可以在同名的文件夹下再创建js 和image，并将相应资源放置在目录下;三是页面资源文件一律使用小写字母，命名一般采用主谓格式，各个单词之间使用下划线“_”连接。
6．web目录规范。
WEB目录是针对整个项目的WEB配置目录，允许放置对整个应用有效的资源文件，包括公共的js、图片、页面、以及WEB－INF 的配置等。
二、结语本文描述了教育教学质量管理系统中，项目标准规范的定义。
标准规范的制定，为项目的设计提供了依据，为项目的顺利实施提供了保障，为使用基础平台或相关组件的开发人员提供了依据，为后续系统的扩展和在基础平台基础上进行业务系统开发的用户进行了规则的限定，是整个系统顺定实施的基础。