【文章內(nèi)容簡介】 規(guī)范化的基本思想是消除關(guān)系模式中的數(shù)據(jù)冗余，消除數(shù)據(jù)依賴中的不合適的部分，解決數(shù)據(jù)插入、刪除時(shí)發(fā)生異?，F(xiàn)象。 要求關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)出來的關(guān)系模式要滿足一定的條件。 把關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化過程中為不同程度的規(guī)范化要求設(shè)立的不同標(biāo)準(zhǔn)稱為范式（ Normal Form）。 由于規(guī)范化的程度不同，就產(chǎn)生了不同的范式。 滿足最基本規(guī)范化要求的關(guān)系模式叫第一范式。在第一范式中進(jìn)一步滿足一些要求為第二范式。以此類推就產(chǎn)生了第三范式等概念。每種范式都規(guī)定了一些限制約束條件。 40 ? ? ? ? ? 范式的概念最早由 。 從 1971年起， Codd相繼提出了關(guān)系的三級規(guī)范化形式，即第一范式（ 1NF）、第二范式（ 2NF）、第三范式（ 3NF）。 1974年， Codd和 Boyce共同提出了一個(gè)新的范式的概念，即 BoyceCodd范式，簡稱 BC范式。 1976年 Fagin提出了第四范式，后來又有人定義了第五范式。 至此在關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范中建立了一個(gè)范式系列：1NF,2NF,3NF,BCNF,4NF,5NF,一級比一級有更嚴(yán)格的要求。 各個(gè)范式之間的聯(lián)系可以表示為： 5NF 4NF BCNF 3NF 2NF 1NF 41 圖 各種范式之間的關(guān)系 范式層次 規(guī)范與非規(guī)范化關(guān)系 1NF 2NF 3NF BCNF 4NF 5NF 42 ?第一范式 第一范式 （ First Normal Form） 是最基本的規(guī)范形式 ， 即關(guān)系中每個(gè)屬性都是不可再分的簡單項(xiàng) 。 定義：如果關(guān)系模式 R， 其所有的屬性均為簡單屬性 ，即每個(gè)屬性都是不可再分的 ， 則稱 R屬于第一范式 ， 簡稱 1NF， 記作 R?1NF。 在討論關(guān)系的性質(zhì)時(shí)，把滿足這個(gè)條件的關(guān)系稱為規(guī)范化關(guān)系。 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中只討論規(guī)范化的關(guān)系，凡是非規(guī)范化的關(guān)系模式必須化成規(guī)范化的關(guān)系。 在非規(guī)范化的關(guān)系中去掉組合項(xiàng)就能化成規(guī)范化的關(guān)系。 每個(gè)規(guī)范化的關(guān)系都屬于 1NF，這也是它之所以稱為“第一”的原因。 43 一個(gè)關(guān)系模式僅僅屬于第一范式是不適用的。 在前面給出的關(guān)系模式 SCD屬于第一范式，但其具有大量的 數(shù)據(jù)冗余 ，具有 插入異常、刪除異常、更新異常 等弊端。 為什么會存在這種問題呢？ 分析一下 SCD中的函數(shù)依賴關(guān)系，它的關(guān)系碼是（ SNO， CNO）的屬性組合，所以有： （ SNO， CNO） → SCORE SNO→SN ，（ SNO， CNO） → SN SNO→AGE ，（ SNO， CNO） → AGE SNO→DEPT ，（ SNO， CNO） → DEPT DEPT → MN ，（ SNO） → MN F P P P T 44 可以用函數(shù)依賴圖表示以上函數(shù)依賴關(guān)系，如圖 。 ?由此可見，在 SCD中，既存在 完全函數(shù)依賴 ，又存在 部分函數(shù)依賴 和 傳遞函數(shù)依賴 。 ?這種情況往往在數(shù)據(jù)庫中是不允許的，也正是由于關(guān)系中存在著復(fù)雜的函數(shù)依賴，才導(dǎo)致數(shù)據(jù)操作中出現(xiàn)了種弊端。 ?克服這些弊端的方法是用投影運(yùn)算將 關(guān)系分解 ，去掉過于復(fù)雜的函數(shù)依賴關(guān)系，向更高一級的范式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 DEPT MN SCORE 圖 SCD中的函數(shù)依賴關(guān)系 SNO CNO P F F T 45 第二范式 1. 定義 【 定義 】 如果關(guān)系模式 R?1NF， 且每個(gè)非主屬性都完全函數(shù)依賴于 R的碼 ， 則稱 R屬于第二范式 （ Second Normal Form） ， 簡稱 2NF， 記作 R?2NF。 在關(guān)系模式 SCD中， SNO， CNO為主屬性， AGE，DEPT， MN， MN， SCORE均為非主屬性，經(jīng)上述分析，存在非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴，所以 SCD ? 2NF 。 由 SCD分解的三個(gè)關(guān)系模式 S， D， SC，其中 S的碼為SNO， D的碼為 DEPT，都是單屬性，不可能存在部分函數(shù)依賴。 而對于 SC，（ SNO， CNO） → SCORE。所以 SCD分解后，消除了非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴， S， D， SC均屬于 2NF。 F 46 又如關(guān)系模式 TCS（ T， C， S）， ?一個(gè)教師可以講授多門課程，一門課程可以為多個(gè)教師講授； ?一個(gè)學(xué)生可以選聽多門課程，一門課程可以為多個(gè)學(xué)生選聽； (T,C,S)三個(gè)屬性的組合是關(guān)系碼， T,C,S都是主屬性，而無非主屬性，所以也就不可能存在非主屬性對關(guān)系碼的部分函數(shù)依賴， TCS∈ 2NF。 經(jīng)以上分析，可以得到兩個(gè)結(jié)論： （ 1）從 1NF關(guān)系中消除非主屬性對關(guān)系碼的部分函數(shù)依賴，則可得到 2NF關(guān)系。 （ 2）如果 R的關(guān)系碼為單屬性，或 R的全體屬性均為主屬性，則 R ∈ 2NF。 47 ? ?? f2. 2NF規(guī)范化 2NF規(guī)范化是指把 1NF關(guān)系模式通過投影分解轉(zhuǎn)換成2NF關(guān)系模式的集合。 分解時(shí)遵循的基本原則就是“一事一地”，讓一個(gè)關(guān)系只描述一個(gè)實(shí)體或者實(shí)體間的聯(lián)系。如果多于一個(gè)實(shí)體或聯(lián)系，則進(jìn)行投影分解。 下面以關(guān)系模式 SCD為例，來說明 2NF規(guī)范化的過程。 【 例 】 將 CD(SNO,SN,AGE,DEPT,MN,CNO,SCORE)規(guī)范到 2NF。 由 SNO→SN ， SNO→AGE ， SNO→DEPT ，（ SNO，CNO） → SCORE，可以判斷，關(guān)系 SCD至少描述了兩個(gè)實(shí)體，一個(gè)為學(xué)生實(shí)體，屬性有 SNO、 SN、 AGE、DEPT、 MN；另一個(gè)是學(xué)生與課程的聯(lián)系（選課），屬性有 SNO、 CNO和 SCORE。 根據(jù)分解的原則，可以將 SCD分解成如下兩個(gè)關(guān)系，如圖 。 48 ?SD(SNO,SN,AGE,DEPT， MN)， 描述學(xué)生實(shí)體； ?SC(SNO,CNO,SCORE)， 描述學(xué)生與課程的聯(lián)系 。 SD SNO SN AGE DEPT MN S1 趙亦 17 計(jì)算機(jī) 劉偉 S2 錢爾 18 信息 王平 S3 孫珊 20 信息 王平 S4 李思 21 自動化 劉偉 SC SNO CNO SCORE S1 C1 90 S1 C2 85 S2 C5 57 S2 C6 80 S2 C7 S2 C5 70 S3 C1 0 S3 C2 70 S3 C4 85 S4 C1 93 圖 關(guān)系 SD和 SC 49 對于分解后的兩個(gè)關(guān)系 SD和 SC，主碼分別為 SNO和（ SNO， CNO），非主屬性對主碼完全函數(shù)依賴。因此， SD?2NF， SC?2NF， SCD的這種分解沒有丟失任何信息，具有無損連接性 。 SCD＝ SD* SC 分解后， SD和 SC的函數(shù)依賴分別如圖 示。 SNO SN SNO CNO SCORE AGE DEPT MN 圖 SD中的函數(shù)依賴關(guān)系 圖 SC中的函數(shù)依賴關(guān)系 50 1NF的關(guān)系模式經(jīng)過投影分解轉(zhuǎn)換成 2NF后，消除了一些數(shù)據(jù)冗余。 分析圖 SD和 SC中的數(shù)據(jù)，可以看出，它們存儲的冗余度比關(guān)系模式 SCD有了較大輻度的降低。 ?學(xué)生的姓名、年齡不需要重復(fù)存儲多次。 ?在一定程度上避免數(shù)據(jù)更新所造成的數(shù)據(jù)不一致性的問題。 ?由于把學(xué)生的基本信息與選課信息分開存儲，則學(xué)生基本信息因沒選課而不能插入的問題得到了解決，插入異常現(xiàn)象得到了部分改善。 ?同樣，如果某個(gè)學(xué)生不再選修 C1課程，只在選課關(guān)系 SC中刪去該該學(xué)生選修 C1的記錄即可，而 SD中有關(guān)該學(xué)生的其它信息不會受到任何影響，也解決了部分刪除異常問題。 因此可以說關(guān)系模式 SD和 SC在性能上比 SCD有了顯著提高。 51 3. 對 2NF規(guī)范化作形式化的描述 設(shè)關(guān)系模式 R（ X， Y， Z） ， R?1NF， 但 R ?2NF， 其中 ， X是碼屬性 ， Y， Z是非碼屬性 ，且存在部分函數(shù)依賴 ， X Y。 設(shè) X可表示為 XX2， 其中 X1 Y。 則 R（ X， Y， Z） 可以分解為R[X1， Y]和 R[X， Z]。 ?因?yàn)?X1→Y ， 所以 R(X ， Y ， Z)=R[X1 ，Y]*R[X1， X2， Z]=R[X1， Y]*R[X， Z]， 即 R等于其投影 R[X1， Y]和 [X， Z]在 X1上的自然連接 ，R的分解具有無損連接性 。 ?由于 X1 Y，因此 R[X1， Y] 2NF。若 R[X， Z] ? 2NF ，可以按照上述方法繼續(xù)進(jìn)行投影分解，直到將 R[X， Z]分解為屬于 2NF關(guān)系的集合，且這種分解必定是有限的。 ? ?? p? ?? f? ?? f52 4. 2NF的缺點(diǎn) 2NF的關(guān)系模式解決了 1NF中存在的一些問題，2NF規(guī)范化的程度比 1NF前進(jìn)了一步，但 2NF的關(guān)系模式在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)，仍然存在著一些問題： （ 1） 數(shù)據(jù)冗余 。每個(gè)系名和系主任的名字存儲的次數(shù)等于該系的學(xué)生人數(shù)。 （ 2） 插入異常 。當(dāng)一個(gè)新系沒有招生時(shí)，有關(guān)該系的信息無法插入。 （ 3） 刪除異常 。某系學(xué)生全部畢業(yè)而沒有招生時(shí)，刪除全部學(xué)生的記錄也隨之刪除了該系的有關(guān)信息。 （ 4） 更新異常 。更換系主任時(shí)，仍需改動較多的學(xué)生記錄。 53 2NF的缺點(diǎn) 之所以存在這些問題 ， 是由于在 SCD中存在著 非主屬性對碼的傳遞依賴 。 分析 SCD中的函數(shù)依賴關(guān)系， SNO→SN ，SNO→AGE ， SNO→DEPT ， DEPT→MN ， SNO MN，非主屬性 MN對碼 SNO傳遞依賴。 為此，對關(guān)系模式 SCD還需進(jìn)一步簡化，消除這種傳遞依賴，得到 3NF。 ? ?? t54 第三范式 1. 定義 【 定義 】 如果關(guān)系模式 R?2NF， 且每個(gè)非主屬性都不傳遞依賴于 R的碼 ， 則稱 R屬于第三范式 （ Third Normal Form） ， 簡稱 3NF， 記作 R?3NF。 55 2. 第三范式具有如下性質(zhì) （ 1）如果 R∈ 3NF，則 R也