【文章內(nèi)容簡介】 ?至此在關系數(shù)據(jù)庫規(guī)范中建立了一個范式系列：1NF,2NF,3NF,BCNF,4NF,5NF,一級比一級有更嚴格的要求 。 ?各個范式之間的聯(lián)系可以表示為： 5NF 4NF BCNF 3NF 2NF 1NF ?如圖 。 ? ? ? ? ?28 圖 各種范式之間的關系 下面逐一介紹各級范式及其規(guī)范化。 29 第一范式 ?第一范式 （ First Normal Form） 是最基本的規(guī)范形式 ， 即關系中每個屬性都是不可再分的簡單項 。 定義 如果關系模式 R， 其所有的屬性均為簡單屬性 ， 即每個屬性都城是不可再分的 ， 則稱 R屬于第一范式 ， 簡稱 1NF， 記作 R?1NF。 ?在第 2章討論關系的性質(zhì)時，我們把滿足這個條件的關系稱為 規(guī)范化關系 。 ?在關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中只討論規(guī)范化的關系，凡是非規(guī)范化的關系模式必須化成規(guī)范化的關系。 ?在非規(guī)范化的關系中去掉組合項就能化成規(guī)范化的關系 ?每個規(guī)范化的關系都屬于 1NF，這也是它之所以稱為“ 第一 ” 的原因。 30 ?然而 ， 一個關系模式僅僅屬于第一范式是不適用的 。 ?在 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 ？ ?讓我們分析一下 SCD中的函數(shù)依賴關系 ， 它的關系鍵是 （ 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 SNO MN， （ SNO， CNO） MN ? ?? f? ?? p? ?? p? ?? p? ?? p? ?? t31 我們可以用函數(shù)信賴圖表示以上函數(shù)依賴關系，如圖 。 SN ，AGE,DEPT MN SCORE 圖 SCD中的函數(shù)依賴關系 SNO CNO P P f ?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，也正是由于關系中存在著復雜的函數(shù)依賴，才導致數(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算將關系分解，去掉過于復雜的函數(shù)依賴關系，向更高一級的范式進行轉(zhuǎn)換。 T 32 第二范式 第二范式的定義 定義 如果關系模式 R?1NF， 且每個非主屬性都完全函數(shù)依賴于 R的每個關系鍵 ， 則稱 R屬于 第二范式（ Second Normal Form） ， 簡稱 2NF， 記作 R?2NF。 ? 在關系模式 SCD中， SNO， CNO為主屬性， AGE， DEPT，SN， MN， SCORE均為非主屬性，經(jīng)上述分析，存在非主屬性對關系鍵的部分函數(shù)依賴，所以 SCD 2NF。 ? 而 如圖 SCD分解的三個關系模式 S， D， SC，其中 S的關系鍵為 SNO， D的關系鍵為 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，消除了非主屬性對關系鍵的部分函數(shù)依賴， S， D， SC均屬于 2NF。 ? ?? f?33 ?經(jīng)以上分析 ， 可以得到兩個結論： 1． 從 1NF關系中消除非主屬性對關系鍵的部分函數(shù)依賴 ， 則可得到 2NF關系 。 2． 如果 R的關系鍵為單屬性 ， 或 R的全體屬性均為主屬性 ， 則 R?2NF。 34 2NF規(guī)范化 ?2NF規(guī)范化是指把 1NF關系模式通過投影分解轉(zhuǎn)換成 2NF關系模式的集合 。 ?分解時遵循的基本原則就是 “ 一事一地 ” ， 讓一個關系只描述一個實體或者實體間的聯(lián)系 。 如果多于一個實體或聯(lián)系 ， 則進行投影分解 。 ?下面以關系模式 SCD為例 ， 來說明 2NF規(guī)范化的過程 例 將 SCD(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，關系 SCD至少描述了兩個實體， ? 一個為學生實體，屬性有 SNO、 SN、 AGE、 DEPT、 MN； ? 另一個是學生與課程的聯(lián)系（選課），屬性有 SNO、 CNO和SCORE。 ? 根據(jù)分解的原則，我們可以將 SCD分解成如下兩個關系，如圖。 ? ?? f35 SD(SNO,SN,AGE,DEPT， MN)， 描述學生實體； SC(SNO,CNO,SCORE)， 描述學生與課程的聯(lián)系 。 SD SNO SN AGE DEPT MN S1 趙亦 17 計算機 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 關系 SD和 SC 36 ? 對于分解后的兩個關系 SD和 SC，主鍵分別為 SNO和（ SNO， CNO），非主屬性對主鍵完全函數(shù)依賴。因此，SD?2NF， SC?2NF，而且前面已經(jīng)討論， SCD的這種分解沒有丟失任何信息，具有無損連接性。 ? 分解后， SD和 SC的函數(shù)依賴分別如圖 。 SNO SN SNO CNO SCORE AGE DEPT MN 圖 SD中的函數(shù)依賴關系 圖 SC中的函數(shù)依賴關系 37 ? 1NF的關系模式經(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系模式 SCD有了較大輻度的降低。 ? 這樣便可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。 ? 由于把學生的基本信息與選課信息分開存儲，則學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?，F(xiàn)象得到了部分改善。 ? 同樣，如果某個學生不再選修 C1課程，只在選課關系SC中刪去該該學生選修 C1的記錄即可，而 SD中有關該學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。 ? 因此可以說關系模式 SD和 SC在性能上比 SCD有了顯著提高。 38 下面對 2NF規(guī)范化作 形式化的描述 。 ?設關系模式 R（ X， Y， Z） ， R?1NF， 但 R 不是 2NF， 其中 ， X是 鍵屬性 ， Y， Z是 非鍵屬性 ，且存在部分函數(shù)依賴 ， X Y。 設 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]。 ?因為 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]不是 2NF，可以按照上述方法繼續(xù)進行投影分解，直到將 R[X， Z]分解為屬于 2NF關系的集合，且這種分解必定是有限的。 ? ?? p? ?? f? ?? f39 2NF的缺點 ?2NF的關系模式解決了 1NF中存在的一些問題 ， 2NF規(guī)范化的程度比 1NF前進了一步 ， 但 2NF的關系模式在進行數(shù)據(jù)操作時 ， 仍然存在著一些問題： 1． 數(shù)據(jù)冗余 。 每個系名和系主任的名字存儲的次數(shù)等于該系的學生人數(shù) 。 2． 插入異常 。 當一個新系沒有招生時 ， 有關該系的信息無法插入 。 3． 刪除異常 。 某系學生全部畢業(yè)而沒有招生時 ， 刪除全部學生的記錄也隨之刪除了該系的有關信息 。 4． 更新異常 。 更換系主任時 ， 仍需改動較多的學生記錄 。 ?之所以存在這些問題，是由于在 SCD中存在著非主屬性對主鍵的傳遞依賴。 ?分析 SCD中的函數(shù)依賴關系， SNO→SN ， SNO→AGE ，SNO→DEPT ， DEPT→MN ， SNO MN，非主屬性 MN對主鍵SNO傳遞依賴。 ?為此，對關系模式 SCD還需進一步簡化，消除這種傳遞依賴，得到 3NF。 ? ?? t40 第三范式 第三范式的定義 定義 如果關系模式 R?2NF， 且每個非主屬性都不傳遞依賴于 R的每個關系鍵 ， 則稱 R屬于第三范式 （ Third Normal Form） ，簡稱 3NF， 記作 R?3NF。 ?第三范式具有如下性質(zhì)： 1． 如果 R?3NF， 則 R也是 2NF。 2． 如果 R?2NF， 則 R不一定是 3NF。 41 3NF規(guī)范化 ?3NF規(guī)范化 是指把 2NF關系模式通過投影分解轉(zhuǎn)換成 3NF關系模式的集合 。 ?和 2NF的規(guī)范化時遵循的原則相同 ， 即 “ 一事一地 ” ， 讓一個關系只描述一個實體或者實體間的聯(lián)系 。 ?下面以 2NF關系模式 SD為例，來說明 3NF規(guī)范化的過程。 42 例 將 SD(SNO,SN,AGE,DEPT,MN)規(guī)范到 3NF。 ? 分析 SD的屬性組成 ， 可以判斷 ， 關系 SD實際上描述了兩個實體： ? 一個為學生實體 ， 屬性有 SNO， SN， AGE， DEPT； ? 另一個是系的實體 ， 其屬性 DEPT和 MN。 ?根據(jù)分解的原則 ， 我們可以將 SD分解成如下兩個關系