關(guān)系規(guī)范化理論

關(guān)系規(guī)范化理論演講人：日期：關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)函數(shù)依賴與范式定義1NF（第一范式）詳解2NF（第二范式）深入探究3NF（第三范式）全面解析BCNF（Boyce-Codd范式）介紹關(guān)系規(guī)范化應(yīng)用實例分析CATALOGUE目錄01關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)是現(xiàn)實世界中客觀存在并可以相互區(qū)分的事物，在數(shù)據(jù)庫中用矩形表示。實體是實體之間的聯(lián)系，反映實體之間的某種相互關(guān)聯(lián)的情況，通常用二維表來表示。關(guān)系是描述實體或關(guān)系的特性或特征，一個實體可以用多個屬性來描述。屬性關(guān)系模型基本概念010203數(shù)據(jù)冗余和不一致性帶來的問題數(shù)據(jù)冗余浪費存儲空間，還可能引起數(shù)據(jù)更新異常和插入、刪除異常，數(shù)據(jù)不一致性則會導(dǎo)致查詢結(jié)果不準(zhǔn)確。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的發(fā)展隨著數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，人們逐漸認(rèn)識到數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)不一致性問題。數(shù)據(jù)依賴在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，存在函數(shù)依賴、多值依賴等復(fù)雜的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，這些依賴關(guān)系是導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)不一致的根源。規(guī)范化理論產(chǎn)生背景消除數(shù)據(jù)冗余消除數(shù)據(jù)不一致性通過規(guī)范化設(shè)計，減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲空間，提高數(shù)據(jù)查詢效率。規(guī)范化設(shè)計可以避免由于數(shù)據(jù)冗余而引起的數(shù)據(jù)不一致問題，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。規(guī)范化目的與意義增強數(shù)據(jù)完整性通過規(guī)范化設(shè)計，可以建立合理的數(shù)據(jù)約束條件，防止不符合規(guī)范的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫，從而增強數(shù)據(jù)的完整性。提高數(shù)據(jù)可維護性規(guī)范化設(shè)計可以使數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)更加清晰，降低數(shù)據(jù)維護的復(fù)雜性和成本。02函數(shù)依賴與范式定義函數(shù)依賴概念及性質(zhì)函數(shù)依賴定義描述一個屬性集決定另一個屬性集的關(guān)系，反映屬性間值的依賴約束。平凡與非平凡函數(shù)依賴若依賴關(guān)系中決定的屬性集是原屬性集的子集則為平凡，否則為非平凡。完全與部分函數(shù)依賴若屬性集在函數(shù)依賴中整體作為決定因素則為完全，若只是其中部分屬性起決定作用則為部分。傳遞性質(zhì)函數(shù)依賴具有傳遞性，即若A決定B，B決定C，則A決定C。候選鍵概念在關(guān)系中能夠唯一標(biāo)識元組的屬性集稱為候選鍵。候選鍵與主屬性定義01候選鍵性質(zhì)候選鍵是最小的超鍵，即不存在其真子集也能唯一標(biāo)識元組。02主鍵與候選鍵關(guān)系主鍵是從候選鍵中選取的一個用于唯一標(biāo)識元組的鍵。03主屬性與候選鍵關(guān)聯(lián)主屬性是包含在任一候選鍵中的屬性，它們共同構(gòu)成關(guān)系中的唯一標(biāo)識。04范式種類及特點分析第一范式（1NF）01關(guān)系模式中所有屬性都是原子的，即不可再分的數(shù)據(jù)項。第二范式（2NF）02在滿足1NF的基礎(chǔ)上，要求非主屬性完全函數(shù)依賴于主鍵，消除部分函數(shù)依賴。第三范式（3NF）03在滿足2NF的基礎(chǔ)上，消除非主屬性對主鍵的傳遞依賴，實現(xiàn)屬性間的無冗余。鮑依斯-科得范式（BCNF）04是修正的第三范式，它消除了主屬性對主鍵的部分和傳遞依賴，同時比3NF更具有實用性。031NF（第一范式）詳解1NF定義關(guān)系模式中的每一個屬性都是原子的，即屬性不可再分割。1NF要求在關(guān)系模型中，每個字段都是單一且不可再分的，確保每列的原子性。1NF定義及要求在第一范式中，由于數(shù)據(jù)沒有進一步拆分，可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余，增加存儲空間。如果某個屬性包含多個值，當(dāng)需要插入新值時，可能會導(dǎo)致整個記錄的插入異常。在第一范式中，由于數(shù)據(jù)冗余，更新某個屬性值時可能需要更新多個記錄，容易引發(fā)錯誤。刪除某個記錄時可能會丟失部分信息，因為記錄中的某個屬性可能包含多個值。1NF存在問題剖析數(shù)據(jù)冗余插入異常更新異常刪除異常拆分多值屬性將包含多個值的屬性拆分為多個獨立的屬性，確保每個屬性只包含一個值。實體與屬性分離將實體的屬性與實體本身分離，形成新的關(guān)系表，通過外鍵建立關(guān)聯(lián)。消除重復(fù)數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)化為第一范式的過程中，需要消除數(shù)據(jù)冗余，確保數(shù)據(jù)的一致性。創(chuàng)建主鍵為每個關(guān)系表創(chuàng)建一個唯一的主鍵，用于唯一標(biāo)識表中的每條記錄。如何將關(guān)系轉(zhuǎn)化為1NF042NF（第二范式）深入探究第二范式（2NF）是在第一范式（1NF）的基礎(chǔ)上，要求數(shù)據(jù)庫表中的非主屬性對主鍵部分依賴，不能存在對非主屬性完全依賴的情況。定義滿足第二范式的表必須首先滿足第一范式，同時要求非主屬性完全依賴于主鍵，而不能依賴于主鍵的某部分。要求2NF定義及要求聯(lián)系第二范式是在第一范式的基礎(chǔ)上進行進一步規(guī)范化，它消除了非主屬性對于主鍵的部分依賴，使得數(shù)據(jù)更加規(guī)范化。區(qū)別第一范式只是要求每個字段都是原子的，不可再分；而第二范式則更關(guān)注于非主屬性與主鍵之間的關(guān)系，消除部分依賴。2NF與1NF關(guān)系闡述方法將部分依賴的屬性單獨組成一個新的表，并通過外鍵與原表進行關(guān)聯(lián)。步驟首先確定函數(shù)依賴關(guān)系，找出哪些非主屬性依賴于主鍵的某部分；然后將這些非主屬性及其依賴的部分主鍵分離出來，構(gòu)成一個新的表；最后在新表中添加外鍵，與原表進行關(guān)聯(lián)，以保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。如何將關(guān)系轉(zhuǎn)化為2NF053NF（第三范式）全面解析函數(shù)依賴在滿足第二范式的基礎(chǔ)上，要求每一個非主屬性都完全依賴于候選鍵，而不依賴于其他非主屬性。消除非主屬性對任一候選鍵的傳遞依賴在關(guān)系模式中，非主屬性不應(yīng)依賴于任一候選鍵的傳遞依賴，而應(yīng)直接依賴于候選鍵。消除非主屬性對任一非主屬性的傳遞依賴在關(guān)系模式中，非主屬性之間不應(yīng)存在傳遞依賴關(guān)系。3NF定義及要求消除冗余第三范式更加注重數(shù)據(jù)完整性，減少了數(shù)據(jù)更新時產(chǎn)生的異常問題。數(shù)據(jù)完整性性能考慮雖然第三范式提高了數(shù)據(jù)完整性和消除了冗余，但在某些情況下，為了滿足范式要求，可能需要拆分表，這可能會導(dǎo)致查詢性能下降。第三范式在第二范式的基礎(chǔ)上進一步消除了冗余，使關(guān)系模式更加簡潔、易于維護。3NF與2NF關(guān)系對比如何將關(guān)系轉(zhuǎn)化為3NF分析函數(shù)依賴首先需要對關(guān)系模式中的函數(shù)依賴進行分析，找出所有的候選鍵和非主屬性。消除傳遞依賴通過投影和連接等操作，消除非主屬性對任一候選鍵的傳遞依賴，將其轉(zhuǎn)化為對候選鍵的直接依賴。拆分表如果無法消除傳遞依賴，可以考慮將表拆分成多個子表，以滿足第三范式的要求。在拆分過程中，要確保數(shù)據(jù)的完整性和一致性。06BCNF（Boyce-Codd范式）介紹BCNF定義及要求BCNF定義BCNF是Boyce-CoddNormalForm的縮寫，是由Boyce和Codd提出的修正第三范式，通常被認(rèn)為是第三范式的改進版。BCNF要求1所有非主屬性對每一個候選鍵都是完全函數(shù)依賴，消除部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴。BCNF要求2所有的主屬性對每一個不包含它的候選鍵，也是完全函數(shù)依賴，確保數(shù)據(jù)冗余最小。BCNF要求3沒有任何屬性完全函數(shù)依賴于非候選鍵的任何一組屬性，保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。BCNF一定滿足2NF（第二范式），即消除非主屬性對主鍵的部分函數(shù)依賴。與2NF關(guān)系BCNF比3NF（第三范式）更嚴(yán)格，3NF消除的是非主屬性對非主鍵的傳遞函數(shù)依賴，而BCNF則更進一步，消除了主屬性對非主鍵的部分和傳遞函數(shù)依賴。與3NF關(guān)系01020304BCNF一定滿足1NF（第一范式），即字段都是原子的，不可分割的。與1NF關(guān)系BCNF并不直接涵蓋4NF（第四范式），但4NF關(guān)注的是多值依賴問題，與BCNF的出發(fā)點有所不同。與4NF關(guān)系BCNF與其他范式關(guān)系如何判斷并優(yōu)化至BCNF根據(jù)BCNF的定義和要求，檢查關(guān)系模式中的函數(shù)依賴關(guān)系，確保滿足BCNF的三個要求。判斷方法01引入新的屬性或?qū)嶓w，重新設(shè)計數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，使其更符合BCNF的要求，減少數(shù)據(jù)冗余和提高數(shù)據(jù)完整性。優(yōu)化方法203拆分不滿足BCNF要求的表，使其滿足BCNF的要求，通常通過投影和連接操作實現(xiàn)。優(yōu)化方法102合并表，將多個相關(guān)聯(lián)的表合并為一個表，以減少數(shù)據(jù)冗余和提高查詢效率，但需要注意確保合并后的表仍然滿足BCNF的要求。優(yōu)化方法30407關(guān)系規(guī)范化應(yīng)用實例分析實例一：學(xué)生選課系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計實體與屬性01學(xué)生(學(xué)號，姓名，年齡，性別)，課程(課程號，課程名，學(xué)分)，選課(學(xué)號，課程號，成績)。函數(shù)依賴與多值依賴02學(xué)生(學(xué)號)→(姓名，年齡，性別)，課程(課程號)→(課程名，學(xué)分)，選課(學(xué)號，課程號)→(成績)。范式判斷與優(yōu)化03選課系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫滿足第一范式(1NF)，但存在部分函數(shù)依賴和非主屬性對主關(guān)鍵字的部分依賴，可以優(yōu)化為第二范式(2NF)或第三范式(3NF)。模式分解與數(shù)據(jù)冗余04將選課表分解為學(xué)生表、課程表和選課成績表，減少數(shù)據(jù)冗余和插入、刪除異常。實體與屬性圖書(圖書ID，書名，作者，出版社，出版日期，ISBN)，借閱(借閱ID，讀者ID，圖書ID，借閱日期，歸還日期)。范式判斷與優(yōu)化圖書管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫滿足第一范式(1NF)，但存在非主屬性對主關(guān)鍵字的傳遞依賴，可以優(yōu)化為第三范式(3NF)以提高數(shù)據(jù)冗余度和插入、刪除異常問題。模式分解與查詢優(yōu)化將圖書表分解為基本信息表和ISBN信息表，通過ISBN進行關(guān)聯(lián)查詢，提高查詢效率。函數(shù)依賴與傳遞依賴圖書(圖書ID)→(書名，作者，出版社，出版日期，ISBN)，借閱(借閱ID，讀者ID，圖書ID)→(借閱日期，歸還日期)。實例二：圖書館管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫優(yōu)化實體與屬性訂單(訂單ID，用戶ID，商品ID，數(shù)量，價格，下單時間，支付狀態(tài))，商品(商品ID，商品名，庫存，價格)，用戶(用戶ID，用戶名，聯(lián)系方式)。函數(shù)依賴與多值依賴訂單(訂單ID)→(用戶ID，商品ID，數(shù)量，價格，下單時間，支付狀態(tài))，商品(商品ID)→(商品名，庫存，價格)，用戶(用戶ID)→(用戶名，聯(lián)系方式)