淺析關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

湯小波

[摘要]本文介紹了在實(shí)際開發(fā)過程中如何應(yīng)用數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論指導(dǎo)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，談到了基本概念函數(shù)依賴及三種基本的范式要求，并運(yùn)用其規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，最終達(dá)到一個(gè)合格的數(shù)據(jù)庫模式。

[關(guān)鍵字]函數(shù)依賴 范式 規(guī)范化

1.函數(shù)依賴

數(shù)據(jù)依賴是通過一個(gè)關(guān)系中屬性問值的相等與否體現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，是現(xiàn)實(shí)世界屬性間聯(lián)系和約束的抽象，是數(shù)據(jù)內(nèi)在的性質(zhì)，是語義的體現(xiàn)。函數(shù)依賴則是一種最重要、最基本的數(shù)據(jù)依賴。什么是函數(shù)依賴呢？

函數(shù)依賴：設(shè)R（u）是屬性集u上的關(guān)系模式，X、Y是U的子集。若對R（U）的任何一個(gè)可能的關(guān)系r，r中不可能存在兩個(gè)元組在X上的屬性相等，而在Y上的屬性值不等，則稱X函數(shù)決定Y或Y函數(shù)依賴于X，記作X一一>Y。

2.規(guī)范化

關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的為方法之一就是設(shè)計(jì)滿足適當(dāng)范式的模式，通常可以通過判斷分解后的模式達(dá)到幾范式來評價(jià)模式規(guī)范化的程度。范式有1NF、2NF、3NF、BCNF、4NF和5NF，其中1NF級別最低，通過分解，可以將一個(gè)低一級范式的關(guān)系模式轉(zhuǎn)換成若干個(gè)高一級范式的關(guān)系模式，這種過程叫做規(guī)范化。

（1）1NF（第一范式）。若關(guān)系模式R的每一個(gè)分量是不可再分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，則關(guān)系模式R屬于第一范式，例如：有這樣一張數(shù)據(jù)表FIRST它表示供應(yīng)者和它所提供的零件信息。

此關(guān)系模式的函數(shù)依賴集F如下：

F={snO-->Sname，Sno-->Status，Status-->City，（snO，Pno）-->Qty}，從上表可以看出，每一個(gè)分量都是不可再分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，所以它是1NF。但是，它存在4個(gè)問題：

其一、冗余度大。例如，每個(gè)供應(yīng)者的Sno、Sname，Status和City要與其供應(yīng)的零件種類一樣多。如S1、S2與S3相關(guān)的多條記錄均具有相同的供應(yīng)者的名字、狀態(tài)和城市，造成了數(shù)據(jù)冗余。

其二、引起修改操作的不一致性。例如，供應(yīng)者s1從“天津”搬到“上海”，若稍不注意，就會使一些數(shù)據(jù)被修改，另一些數(shù)據(jù)沒有被修改，導(dǎo)致數(shù)據(jù)修改的不一致。

其三、插入異常。關(guān)系模式First的主碼Sno、Pno，按照關(guān)系模式實(shí)體完整性規(guī)定，主碼不能取空值或部分取空值。這樣，當(dāng)某個(gè)供應(yīng)者的某些信息未提供時(shí)（如Pno），則不能進(jìn)行插入操作，這就是所謂的插入異常。

其四、刪除異常。若供應(yīng)商S4的P2零件銷售完了，并且以后不再銷售P2零件，那么應(yīng)刪除該元組。這樣，在基本關(guān)系First找不到s4，可s4又客觀存在的。

（2）2NF（第二范式）

定義：若關(guān)系模式R屬于1NF，且每一個(gè)非主屬性完全依賴于碼，則關(guān)系模式R屬于2NF。換句話說，當(dāng)1 NF消除了非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴，則稱為2NF。例如，在上述關(guān)系First中的碼是Sno、Pno，而Sno-->Status，因此非主屬性Status部分函數(shù)依賴于碼，故非2NF的。對于上述關(guān)系可以作如下分解，將其分解為Firstl（sn口，Sname，Status，c時(shí)）和First2（Sno，Pno，Qty）。這樣分解后，關(guān)系模式Firstl的碼為Sno，非主屬性Sname、Status、City完全依賴于碼Sno，所以屬于2NF；關(guān)系模式First2的碼為Sno、Pno非主屬性Qty完全依賴于碼，所以也屬于2NF。經(jīng)過這樣分解后，兩數(shù)據(jù)表如下：

通過對關(guān)系First分解成Firstl和First2兩個(gè)關(guān)系后，可以發(fā)現(xiàn)1NF中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)冗余問題解決了，引起修改操作的不一致性的隱患也消除了，刪除異常可解決了，確實(shí)2NF在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和可操作性。

（3）3NF（第三范式）。若關(guān)系模式R（U，F(xiàn)）中若不存在這樣的碼X，屬性組Y及非主屬性Z（Z不屬性Y）使得X-->Y，Y-->Z成立，則關(guān)系模式R屬于3NF。即當(dāng)2NF消除了非主屬性對碼的傳遞函數(shù)依賴，則稱為3NF。

在關(guān)系Firstl中，存在這樣的問題，Sno-->Status，而Status-->City，存在著非主屬性City傳遞依賴于碼Sno。若將Firstl繼續(xù)分解如下：

First1（sno，Sname，Status），F(xiàn)irst2（status，City）這樣就消除了City對Sno的傳遞依賴關(guān)系，此時(shí)就達(dá)到了3NF。按照此思想設(shè)計(jì)改寫上述數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，將關(guān)系First分解為三個(gè)關(guān)系，每個(gè)關(guān)系滿足3NF。關(guān)系表如下：

關(guān)系Firstl（sn0，Sname，Status）

關(guān)系First2（Status，c時(shí)）

關(guān)系First3（sn0，Pno，Qty）同上。

3、總結(jié)

在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程中，我們要求每張表均達(dá)到3NF，對于非3NF的1NF、2NF其性能弱，一般不宜作為數(shù)據(jù)庫模式，通常要將它們變換成3NF或更高級別的范式。將這個(gè)變換過程稱為“關(guān)系模式的規(guī)范化處理”，關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論，它對于指導(dǎo)我們進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)的意義，在實(shí)際開發(fā)中將有意識地應(yīng)用這一理論，設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫，它是我們項(xiàng)目開發(fā)成功的先決條件。