電工與電子技術(shù)電子商務(wù)電子課件1.3 關(guān)系模式規(guī)范化ppt

1、電子課件1.3 關(guān)系模式規(guī)范化項目1：部署數(shù)據(jù)庫開發(fā)環(huán)境數(shù)據(jù)庫應(yīng)用任務(wù)1 數(shù)據(jù)模型的規(guī)劃與設(shè)計 關(guān)系模式規(guī)范化教學(xué)目標(biāo) 素質(zhì)目標(biāo) 知識目標(biāo)1 線上線下結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力；2 培養(yǎng)學(xué)生積極探索、勇于創(chuàng)新的科學(xué)素養(yǎng)；3 養(yǎng)成小組溝通協(xié)作共同學(xué)習(xí)，解決問題能力和團(tuán)隊合作精神；4 思政內(nèi)容：培養(yǎng)學(xué)生好的職業(yè)道德與職業(yè)素養(yǎng)1能理解關(guān)系模式規(guī)范化的作用；2了解第一范式滿足的條件；3掌握如何將第一范式轉(zhuǎn)化為第二范式；4掌握如何將第二范式轉(zhuǎn)化為第三范式；5理解增強(qiáng)第三范式的特點及轉(zhuǎn)化方法。 能力目標(biāo)1能識別一個不好的關(guān)系模式具有哪些缺點；2能將具有缺陷的關(guān)系模式轉(zhuǎn)化成為可用的關(guān)系模式； 教學(xué)

2、重點將第一范式轉(zhuǎn)化為第二范式時；將第二范式轉(zhuǎn)化為第三范式 教學(xué)難點在范式轉(zhuǎn)化時，如何理解、識別并解決“屬性完全依賴”，“傳遞依賴”的問題教學(xué)重難點知識儲備在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，對同一個問題，數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計結(jié)果不是唯一的。為進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能，有必要對關(guān)系模式進(jìn)一步修改，調(diào)整數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)，這需要以規(guī)范化理論為指導(dǎo)，對關(guān)系模式進(jìn)行規(guī)范化。設(shè)計一個學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫，需要該數(shù)據(jù)庫中包括的信息有：學(xué)號、姓名、性別、出生日期、系名、系主任、課程號和成績。如果將這些信息包含在一個關(guān)系中，則學(xué)生關(guān)系模式S為：S（學(xué)號、姓名、性別、出生日期、系名、系主任、課程號、成績） 在學(xué)生關(guān)系模式S中，關(guān)系模式的主

3、鍵為（學(xué)號、課程號）。各屬性之間的關(guān)系為：一個系有若干個學(xué)生，但一個學(xué)生只屬于一個系且只有一個系主任，但一個系主任可以兼任幾個系的主任；一個學(xué)生可以選修多門課程，每門課程可以被多個學(xué)生選修；每個學(xué)生的每門課程只有一個成績。 關(guān)系模式規(guī)范化5知識儲備學(xué)生關(guān)系模式S的實例 關(guān)系模式規(guī)范化6學(xué)號姓名性別出生日期系名系主任課程號成績2020110101朱軍男2002-10-15計算機(jī)系武春嶺101772020110101朱軍男2002-10-15計算機(jī)系武春嶺102832020110101朱軍男2002-10-15計算機(jī)系武春嶺103822020110101朱軍男2002-10-15計算機(jī)系武春嶺10

4、5692020110102龍婷秀女2002-11-05計算機(jī)系武春嶺101642020110102龍婷秀女2002-11-05計算機(jī)系武春嶺102582020110102龍婷秀女2002-11-05計算機(jī)系武春嶺104682020110103張慶國男2003-01-09計算機(jī)系武春嶺101692020110103張慶國男2003-01-09計算機(jī)系武春嶺103882020110103張慶國男2003-01-09計算機(jī)系武春嶺105772020120101李成男2002-07-09機(jī)電系王春強(qiáng)201782020120101李成男2002-07-09機(jī)電系王春強(qiáng)20363知識儲備從上表存放的數(shù)據(jù)可

5、以看出，該關(guān)系具有以下缺陷：（1）數(shù)據(jù)冗余。系名和系主任的存儲次數(shù)等于該系學(xué)生選修課程的人次；（2）插入異常。這個關(guān)系模式的主鍵是（學(xué)號、課程號），當(dāng)一個系里的學(xué)生如果沒有選修課程時，則課程號無值，導(dǎo)致該生的所有信息將無法插入數(shù)據(jù)庫中；（3）刪除異常。如果在某個系的學(xué)生全部畢業(yè)又沒招新生的情況下，刪除已畢業(yè)學(xué)生的信息時，將會使系名和系主任的信息也隨之刪除，但由于這個系仍然存在，卻又找不到該系的信息，即會出現(xiàn)刪除異常；（4）更新異常。當(dāng)要更改某個學(xué)生的姓名時，則必須搜索出包含該姓名的每條記錄，并對其姓名逐一修改，修改量大，如果某條記錄漏改了，則會造成數(shù)據(jù)不一致，即出現(xiàn)更新異常。 關(guān)系模式規(guī)范化7

6、知識儲備針對上表所示的關(guān)系具有的上述缺陷應(yīng)該如何解決呢？就要利用規(guī)范化理論對關(guān)系模式進(jìn)行規(guī)范化。滿足特定要求的關(guān)系模式稱為范式，按其規(guī)范化程度從低到高可分為5級范式（Normal Form），分別為1NF、2NF、3NF（BCNF）、4NF和5NF。規(guī)范化程度較高的范式是較低范式的子集，一個低一級范式的關(guān)系模式，通過分解可以轉(zhuǎn)換為若干個高一級范式的關(guān)系模式，這個過程稱為關(guān)系的規(guī)范化。關(guān)系規(guī)范化的基本方法是逐步消除關(guān)系模式中不恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)依賴，使關(guān)系模式達(dá)到某種程度的分離，用一個關(guān)系來表達(dá)一事或一物。 關(guān)系模式規(guī)范化8知識儲備1.第一范式（1NF） 1NF：如果關(guān)系模式R中不包含多值屬性，則R滿足

7、第一范式，記為R1NF。第一范式要求不能在表中嵌套表，是關(guān)系模式要遵循的最基本要求，數(shù)據(jù)庫中所在的關(guān)系模式必須滿足第一范式。例如，前面的復(fù)合表所對應(yīng)的關(guān)系模式不滿足1NF，因為其成績屬性中包含了多門課程的成績，屬于表中嵌套表的情況，只有將復(fù)合表中的成績屬性拆開，形成二維表的形式，這樣就不存在表中嵌套表的情況了，其對應(yīng)的關(guān)系模式就滿足1NF了。 關(guān)系模式規(guī)范化9知識儲備1.第一范式（1NF） 互動1：什么樣的表才滿足第一范式？ 關(guān)系模式規(guī)范化10知識儲備2.第二范式（2NF） 關(guān)系模式僅僅滿足1NF是不夠的，盡管學(xué)生關(guān)系模式滿足1NF，根據(jù)前面的分析，這個關(guān)模式存在數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常和

8、更新異常的缺陷，所以需要對該關(guān)系模式進(jìn)一步規(guī)范化，使之達(dá)到更高級別的范式。2NF：如果關(guān)系模式R滿足第一范式，且每個非鍵屬性完全函數(shù)依賴于R的鍵屬性，則R滿足第二范式，記為R2NF。在2NF中解決了插入異常問題。 關(guān)系模式規(guī)范化11知識儲備2.第二范式（2NF） 例如，學(xué)生關(guān)系模式S（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，系名，系主任，課程號，成績）不是2NF。因為該關(guān)系模式的主鍵為（學(xué)號，課程號），對于非鍵屬性姓名和系名來說，它們只依依賴于學(xué)號，而與課程號無關(guān)，因此關(guān)系模式S存在部分函數(shù)依賴。解決的辦法是將關(guān)系模式進(jìn)行分解，使每個非鍵屬性完全函數(shù)依賴于鍵屬性。分解的方法是采用投影分解法。（1）把關(guān)系模

9、式中對鍵完全函數(shù)依賴的非鍵屬性與決定它們的鍵放在一個關(guān)系模式中。（2）把對鍵部分函數(shù)依賴的非鍵屬性和決定它們的鍵放在一個關(guān)系模式中。（3）檢查分解結(jié)果，如果仍有不滿足2NF的，則按前兩步驟繼續(xù)分解。 關(guān)系模式規(guī)范化12知識儲備3.第三范式（3NF） 3NF：如果關(guān)系模式R滿足第二范式，且沒有一個非鍵屬性傳遞依賴于鍵，則稱R滿足第三范式，記為 R3NF。在3NF中解決了刪除異常問題。例如，學(xué)生和系關(guān)系模式S-D（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，系名，系主任）滿足第二范式，由于系名由學(xué)號決定，系主任是由系名來決定，即存在系主任傳遞依賴于學(xué)號，因此S-D不滿足3NF，它存在刪除異常問題。解決的方法同樣是

10、對S-D進(jìn)行投影分解。（1）把直接對鍵函數(shù)依賴的非主鍵屬性與決定它們的鍵放在一個關(guān)系模式中。（2）把造成傳遞依賴的屬性和被該屬性決定的其他屬性放在一個關(guān)系模式中。（3）檢查分解結(jié)果，如果仍有不滿足3NF的，則按前兩步驟繼續(xù)分解。3NF是一個可用關(guān)系模式應(yīng)滿足的最低范式，如果一個關(guān)系模式不滿足3NF，事實上它是不可用的。 關(guān)系模式規(guī)范化13知識儲備4.增強(qiáng)第三范式（Boyce-Codd Normal Form，BCNF）BCNF：關(guān)系模式R的所有非主屬性依賴于整個主屬性，則稱R滿足BCNF。BCNF是比3NF更高級別的范式。根據(jù)BCNF的定義，可以知道滿足BCNF的關(guān)系模式具有以下特點。（1）所

11、有非鍵屬性對每一個鍵屬性都是完全函數(shù)依賴。（2）所有的鍵屬性對每一個不包含它的鍵也是完全函數(shù)依賴。（3）沒有任何屬性完全函數(shù)依賴于非鍵的任何一組屬性。 關(guān)系模式規(guī)范化14任務(wù)實施【任務(wù)1】將學(xué)生關(guān)系模式S（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，系名，系主任，課程號，成績）規(guī)范化為第二范式。分析：對學(xué)生關(guān)系模式S來說，姓名、系名、系主任只依賴于學(xué)號，與學(xué)生所選課程號無關(guān)，因此可將它們放到一個關(guān)系模式中；成績屬性完全依賴于學(xué)號和課程號，可將它們放到一個關(guān)系模式中。因此，將學(xué)生關(guān)系模式S進(jìn)行分解，形成兩個新的關(guān)系模式，結(jié)果如下：選修關(guān)系模式：S-C（學(xué)號，課程號、成績）學(xué)生和系關(guān)系模式：S-D（學(xué)號，姓名，性

12、別，出生日期，系名，系主任）經(jīng)過上述模式分解，兩個關(guān)系模式中的非鍵屬性對鍵都是完全函數(shù)依賴，所以它們都滿足2NF。 互動2：一個可用關(guān)系模式至少應(yīng)滿足第幾范式？關(guān)系模式規(guī)范化15知識儲備4.增強(qiáng)第三范式（Boyce-Codd Normal Form，BCNF）例如，學(xué)生關(guān)系模式S（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，系名）中，如果姓名有重名的情況，則主鍵學(xué)號是該模型唯一決因素，所以S是BCNF范式；如果姓名沒有重名，則學(xué)號和姓名都是候選鍵，且除候選鍵外，該模型沒有其他決定因素，所以S仍是BCNF范式。將3NF分解為BCNF關(guān)系模式的方法如下。（1）在3NF關(guān)系模式中去掉一些主屬性，只保留主鍵，使該關(guān)系

13、模式只有唯一候選鍵。（2）把去掉的主屬性分別同各自的非主屬性組成新的關(guān)系模式。（3）檢查分解結(jié)果，如果仍有不滿足BCNF的，則按前兩步驟繼續(xù)分解。 關(guān)系模式規(guī)范化16任務(wù)實施【任務(wù)2】將學(xué)生和系關(guān)系模式S-D（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，系名，系主任）規(guī)范化為第三范式。分析：對學(xué)生和系關(guān)系模式S-D來說，姓名、性別、出生日期和系名直接依賴于學(xué)號，可將它們放在一個關(guān)系模式中，而把系名和系主任放到另一個關(guān)系模式中。因此，學(xué)生和系關(guān)系模式分解的結(jié)果如下：學(xué)生關(guān)系模式：S（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，系名）系關(guān)系模式：D（系名，系主任）分解后的關(guān)系模式S和D都不存在傳遞依賴關(guān)系，都滿足3NF。 關(guān)系模

14、式規(guī)范化17任務(wù)實施【任務(wù)3】在關(guān)系模式S-T-J（學(xué)生，教師，課程）中，假設(shè)條件：每位教師只教一門課程，每門課程有若干教師，某一學(xué)生選定某門課后就只有一位固定教師授課?；谏鲜黾僭O(shè)，分析關(guān)系模式S-T-J是否滿足3NF和BCNF。分析：根據(jù)上述假設(shè)，可知該關(guān)系模式具有如下的函數(shù)依賴。（學(xué)生，課程）教師，（學(xué)生，教師）課程，教師課程。該關(guān)系模式的候選鍵為（學(xué)生，課程），（學(xué)生，教師）。因為該關(guān)系模式所有屬性都是主屬性，所以S-T-J滿足3NF，但不滿足BCNF，因為教師屬性是課程決定因素，但教師屬性不是候選鍵（它只是候選鍵的組成部分）。 關(guān)系模式規(guī)范化18任務(wù)實施按3NF分解為BCNF的方法，將S-T-J關(guān)系模式分解為滿足BCNF的兩個關(guān)系模式：S-T（學(xué)生、教師）；T-J（教師、課程）說明：不屬于BCNF的關(guān)系模