【正文】 個(gè)關(guān)系模式中的任意一個(gè)關(guān)系模式的屬性中加入另一個(gè)關(guān)系模式的鍵和聯(lián)系類型的屬性。 ※ 例如某學(xué)校管理中的實(shí)體“校長”與“學(xué)校”之間存在著 1:1的聯(lián)系，在將其轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式時(shí)，“校長”與“學(xué)?！备鳛橐粋€(gè)關(guān)系模式。如果用戶經(jīng)常要在查詢學(xué)校信息時(shí)同時(shí)查詢其校長信息，那么可在學(xué)校模式中加入校長名和任職年月，其關(guān)系模式設(shè)計(jì)如下（加下劃線者為主鍵，加波浪線者為外鍵）： ? 學(xué)校關(guān)系模式（學(xué)校名，地址，電話，校長名，任職年月） ? 校長關(guān)系模式（校長名，年齡，性別，職稱） ER模型向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換 ⑵ 實(shí)體間的聯(lián)系是 1:N的 ※ 則在 N端實(shí)體類型轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式中加入 1端實(shí)體類型轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式的鍵和聯(lián)系類型的屬性。 ※ 例如某學(xué)校管理中的實(shí)體“系”與“教師”之間存在著 1:N的聯(lián)系，其轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式如下： ?系關(guān)系模式（系編號，系名，電話，系主任） ?教師關(guān)系模式（教師編號，姓名，年齡，性別，職稱，系編號，聘用年月） ER模型向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換 ⑶ 弱實(shí)體 ※ 若實(shí)體間的聯(lián)系是 1:N的，而且在 N端實(shí)體類型為弱實(shí)體，轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式中將 1端實(shí)體類型（父表）的鍵作為外鍵放在 N端的弱實(shí)體（子表）中。弱實(shí)體的主鍵由父表的主鍵與弱實(shí)體本身的候選鍵組成。也可以為弱實(shí)體建立新的獨(dú)立的標(biāo)識符 ID。 ※ 例如 某學(xué)校管理中的實(shí)體“學(xué)生”與弱實(shí)體“社會關(guān)系”之間存在著 1:N的聯(lián)系，其 ER圖如下圖所示。 ER模型向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換 1 N 學(xué)生 具有 社會關(guān)系 班號 姓名 所在系 學(xué)生編號 年齡 性別 家庭住址 姓名 年齡 稱呼 政治面貌 工作單位 轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式如下： 學(xué)生關(guān)系模式（ 學(xué)生編號 ，姓名，年齡，性別，家庭住址，所在系，班號） 社會關(guān)系模式（ 學(xué)生編號 ，稱呼，姓名，年齡，政治面貌，工作單位） ER模型向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換 M N 選修 學(xué)生 班號 姓名 所在系 學(xué)生編號 年齡 性別 家庭住址 開課系編號 開課學(xué)期 課程 課程名 課程編號 課程性質(zhì) 學(xué)分?jǐn)?shù) 先行課 成績 ⑷ 實(shí)體間的聯(lián)系是 M:N的 ※ 將聯(lián)系類型也轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，其屬性為兩端實(shí)體類型的鍵加上聯(lián)系類型的屬性，而鍵為兩端實(shí)體鍵的組合。 ※ 例如某學(xué)校管理中的實(shí)體“學(xué)生”與“課程”之間存在著 M:N的聯(lián)系，其 ER圖如圖所示。 ER模型向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式如下： ※ 學(xué)生關(guān)系模式（ 學(xué)生編號 ，姓名，年齡，性別，家庭地址，所在系，班號） ※ 課程關(guān)系模式（ 課程編號 ，課程名，課程性質(zhì)，學(xué)分?jǐn)?shù)，先行課，開課學(xué)期，開課系編號） ※ 選修關(guān)系模式（ 學(xué)生編號，課程編號 ，成績） 3. 超類和子類的轉(zhuǎn)換 將超類和子類各轉(zhuǎn)換成一個(gè)關(guān)系模式，在子類轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式（子表）中加入超類轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式（父表）的鍵，從而實(shí)現(xiàn)父表與子表的聯(lián)系。由于父表與子表的主鍵相同，所以子表的主鍵也是外鍵。 下圖為學(xué)校人事管理系統(tǒng)中的人員、教師、學(xué)生、本科生、研究生的繼承性層次聯(lián)系圖。 ， 教師 本科生 研究生 人員 學(xué)生 這個(gè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式如下： 人員（身份證號，姓名，年齡，性別） 教師（ 身份證號 ，教師編號，職稱） 學(xué)生（ 身份證號 ，學(xué)號，系別，專業(yè)） 本科生（ 身份證號 ，入學(xué)年份） 研究生（ 身份證號 ，研究方向，導(dǎo)師姓名） ER模型向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換 ※ 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計(jì)中，先是利用 ER模型向關(guān)系模式轉(zhuǎn)換規(guī)則初步得到一組關(guān)系模式集后，還應(yīng)該再適當(dāng)?shù)匦薷摹⒄{(diào)整關(guān)系模式的結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能，這個(gè)過程稱為關(guān)系模式的優(yōu)化。 關(guān)系模式的優(yōu)化 優(yōu)化關(guān)系模式的方法： ※ ⑴ 確定函數(shù)依賴 ※ 根據(jù)需求分析階段所得到的數(shù)據(jù)的語義，分別寫出每個(gè)關(guān)系模式內(nèi)部各屬性之間的函數(shù)依賴以及不同關(guān)系模式屬性之間函數(shù)依賴。 ※ 例如，學(xué)生關(guān)系模式內(nèi)部存在下列函數(shù)依賴： ? 學(xué)號 → 姓名，學(xué)號 → 性別，學(xué)號 → 出生年月，學(xué)號 → 所在系，學(xué)號 → 班級， … 。 ※ 課程關(guān)系模式內(nèi)部存在下列函數(shù)依賴： ? 課程號 → 課程名，課程號 → 學(xué)時(shí)數(shù)，課程號 → 學(xué)分，課程號 → 開設(shè)學(xué)期， … 。 ※ 選修關(guān)系模式中存在下列函數(shù)依賴： ? 學(xué)號，課程號） → 成績 ※ 學(xué)生關(guān)系模式的學(xué)號與選修關(guān)系模式的學(xué)號之間存在函數(shù)依賴： ? 學(xué)生 .學(xué)號 → 選修 .學(xué)號 關(guān)系模式的優(yōu)化 ※ ⑵ 可用實(shí)體候選鍵之間的函數(shù)依賴來表示不同實(shí)體間的一對一、一對多、多對多的聯(lián)系，然后對函數(shù)依賴進(jìn)行最小化處理，消除冗余的聯(lián)系。 ※ ⑶ 根據(jù)規(guī)范化理論對關(guān)系模式逐一進(jìn)行分析，檢查是否存在部分函數(shù)依賴、傳遞函數(shù)依賴等，確定各關(guān)系模式分別屬于第幾范式。 ※ ⑷ 根據(jù)需求分析階段得到的各種應(yīng)用及對數(shù)據(jù)處理的要求，分析所在的應(yīng)用環(huán)境中這些關(guān)系模式是否合適，確定是否要對它們進(jìn)行合并或分解。 關(guān)系模式的優(yōu)化 關(guān)于關(guān)系模式的規(guī)范化問題，做如下兩點(diǎn)說明： ※ 并不是規(guī)范化程度越高的關(guān)系就越好。當(dāng)一個(gè)應(yīng)用的查詢中經(jīng)常涉及到兩個(gè)或多個(gè)關(guān)系模式的屬性時(shí)，系統(tǒng)必須經(jīng)常地進(jìn)行連接運(yùn)算，而連接運(yùn)算的代價(jià)是相當(dāng)高的，可以說關(guān)系模式操作低效的主要原因就是做連接運(yùn)算引起的。在這種情況下，第二范式甚至第一范式也許是最好的。 ※ 如果一個(gè)關(guān)系模式在實(shí)際應(yīng)用中只是提供查詢，并不提供更新操作，或者很少提供更新操作，此時(shí)不會存在更新異常問題或更新異常不是主要問題，可以不對關(guān)系模式進(jìn)行分解。 關(guān)系模式的優(yōu)化 ※ 例如，在關(guān)系模式學(xué)生成績單（學(xué)號，英語，數(shù)學(xué)，語文，平均成績）中存在下列函數(shù)依賴： ? 學(xué)號 → 英語，學(xué)號 → 數(shù)學(xué)，學(xué)號 → 語文，學(xué)號 → 平均成績，（英語，數(shù)學(xué)，語文） → 平均成績 ※ 根據(jù)合并規(guī)則可得： ? 學(xué)號 → (英語，數(shù)學(xué)，語文 ) 因此，“學(xué)號 → 平均成績”是傳遞函數(shù)依賴。 ※ 由于關(guān)系模式中存在傳遞函數(shù)依賴，所以是 2NF關(guān)系。 ※ 雖然平均成績可以由其他屬性推算出來，但如果應(yīng)用中需要經(jīng)常查詢學(xué)生的平均成績，為了提高查詢效率，關(guān)系模式中仍然可保留該冗余數(shù)據(jù)，對關(guān)系模式不再做進(jìn)一步分解。 ※ 對于一個(gè)具體應(yīng)用來說，規(guī)范化應(yīng)進(jìn)行到什么程度，需要根據(jù)具體情況而定。一般來說，關(guān)系模式達(dá)到第三范式就能獲得比較滿意的效果。 關(guān)系模式的優(yōu)化 ※ ⑸ 對關(guān)系模式進(jìn)行必要的分解，以提高數(shù)據(jù)操作的效率和存儲空間的利用率。 ※ 常用的分解方法有兩種：水平分解和垂直分解。 ※ ①水平分解。所謂水平分解是指把一個(gè)關(guān)系模式 R中的元組分為若干子集合，定義每個(gè)子集合為一個(gè)子關(guān)系，以提高系統(tǒng)的效率。 ※ 例如有一個(gè)產(chǎn)品關(guān)系模式，其中包含有出口產(chǎn)品和內(nèi)銷產(chǎn)品兩類數(shù)據(jù)。由于不同的應(yīng)用對應(yīng)不同的產(chǎn)品，如一個(gè)應(yīng)用只對應(yīng)進(jìn)口產(chǎn)品，而另一個(gè)應(yīng)用只對應(yīng)內(nèi)銷產(chǎn)品。因此，可將產(chǎn)品關(guān)系模式進(jìn)行水平分解，分解為兩個(gè)關(guān)系模式，一個(gè)存放出口產(chǎn)品數(shù)據(jù)，另一個(gè)存放內(nèi)銷產(chǎn)品數(shù)據(jù)。 產(chǎn)品號 產(chǎn)品名 型號規(guī)格 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 產(chǎn)品號 產(chǎn)品名 型號規(guī)格 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 出口產(chǎn)品 內(nèi)銷產(chǎn)品 關(guān)系模式的優(yōu)化 ※ ② 垂直分解。所謂垂直分解是把一個(gè)關(guān)系模式 R的屬性分解為若干子集合，形成若干子關(guān)系模式。 ※ 例如有一個(gè)職工關(guān)系模式，其中含有“職工號”、“職工名”、“性別”、“職務(wù)”、“職稱”、“出生日期”、“地址”、“郵編”、“電話”、“所在部門”等描述屬性。 ※ 如果應(yīng)用中經(jīng)常存取的數(shù)據(jù)是職工號、職工名、性別、職務(wù)以及職稱，而其他數(shù)據(jù)很少使用，則可以對職工關(guān)系模式進(jìn)行垂直分解，即分解為兩個(gè)關(guān)系模式，一個(gè)存放經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)，另一個(gè)存放不常使用的數(shù)據(jù)。 職工號 職工名 性別 職務(wù) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 職工號 出生日期 地址 郵編 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 職工 1 職工 2 關(guān)系模式的優(yōu)化 ※ 垂直分解的原則為：凡是經(jīng)常在一起使用的屬性從 R中分解出來形成一個(gè)子關(guān)系模式，這樣也可以提高數(shù)據(jù)操作的效率。 ※ 垂直分解的好處是可以提高某些事務(wù)的效率；不足之處是可能會使得另一些事務(wù)不得不執(zhí)行連接操作，從而降低效率。是否需要垂直分解，取決于分解后 R上的所有事務(wù)的總效率是否得到了提高。 ※ 垂直分解的方法可以采用簡單的直觀分解，也可以用關(guān)系模式分解算法進(jìn)行分解。 ※ 需要注意的是，垂直分解必須以不損失關(guān)系模式的語義（保持無損連接性和保持函數(shù)依賴性）為前提。 關(guān)系模式的優(yōu)化 ※ 例 假設(shè)有一個(gè)選課關(guān)系：選修課程（學(xué)號，姓名，年齡，課程名稱，成績，學(xué)分）。請分析該關(guān)系屬于第幾范式？如果應(yīng)用中需要常常對選修課程關(guān)系進(jìn)行增、刪、改操作，該關(guān)系存在什么問題？并對其設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。 ※ 解：由于每個(gè)學(xué)生可能選修多門課程，而每門課程對應(yīng)一個(gè)成績。因此，該關(guān)系的候選關(guān)鍵字為（學(xué)號，課程名稱）。 ※ 根據(jù)數(shù)據(jù)的語義，該關(guān)系上存在的函數(shù)依賴集為： ※ （學(xué)號，課程名稱） → （姓名，年齡，成績，學(xué)分），課程名稱→ 學(xué)分，學(xué)號 → （姓名，年齡）。 ※ 由于（學(xué)號，課程名稱） → （姓名，年齡），而（學(xué)號，課程名稱）的子集“學(xué)號”也能函數(shù)確定一個(gè)學(xué)生的姓名和年齡，即學(xué)號 → （姓名，年齡）。 ※ 該關(guān)系存在非主屬性對候選鍵的部分函數(shù)依賴，因此，選修課程關(guān)系屬于第一范式，且存在以下問題： 關(guān)系模式的優(yōu)化 ※ ⑴ 數(shù)據(jù)冗余：如果同一門課程由多個(gè)學(xué)生選修，“學(xué)分”就會重復(fù)多次；如果同一個(gè)學(xué)生選修了多門課程，該學(xué)生的姓名和年齡就會重復(fù)多次。 ※ ⑵ 更新異常：若調(diào)整了某門課程的學(xué)分，則數(shù)據(jù)表中該門課程所有行的“學(xué)分”值都要更新，否則會出現(xiàn)同一門課程學(xué)分不同的情況． ※ ⑶ 插入異常：假定要開設(shè)一門新的課程，暫時(shí)還沒有人選修。此時(shí)，由于候選鍵中“學(xué)號”沒有值，所以課程名稱和學(xué)分也無法插入數(shù)據(jù)庫。 ※ ⑷ 刪除異常：假設(shè)有一批學(xué)生已經(jīng)完成課程的選修，這些選修記錄就應(yīng)該從選修課程數(shù)據(jù)表中刪除。但與此同時(shí)，課程名稱和學(xué)分信息也有可能被刪除。 由于選修課程關(guān)系中的數(shù)據(jù)需要經(jīng)常更新，所以必須解決上述可能出現(xiàn)的操作異常。通過對關(guān)系進(jìn)行分解，可將選修課程關(guān)系分解為以下三個(gè)表： 關(guān)系模式的優(yōu)化 ※ 學(xué)生（學(xué)號，姓名，年齡） ※ 課程（課程名稱，學(xué)分） ※ 選課（學(xué)號，課程名稱，成績） ※ 其中，學(xué)生關(guān)系上的候選鍵為“學(xué)號”，函數(shù)依賴集為： ※ {學(xué)號 → 姓名，學(xué)號 → 年齡 } ※ 由于不存在非主屬性對候選鍵的部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴，因此，學(xué)生關(guān)系屬于第三范式。 ※ 課程關(guān)系上的候選鍵為“課程名稱”，函數(shù)依賴為： ※ 課程名稱 → 學(xué)分 ※ 由于不存在非主屬性對候選鍵的部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴，因此，課程關(guān)系也屬于第三范式。 關(guān)系模式的優(yōu)化 ※ 選課關(guān)系上的候選鍵為 {學(xué)號，課程名稱 }， ※ 函數(shù)依賴為： {學(xué)號，課程名稱 }→ 成績 ※ 由于不存在非主屬性對候選鍵的部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴，因此，選課關(guān)系也屬于第三范式。 ※ 如果需要增加、刪除以及修改學(xué)生信息，則只需對學(xué)生關(guān)系進(jìn)行操作。 ※ 如果需要增加、刪除以及修改課程信息，則只需對課程關(guān)系進(jìn)行操作。 ※ 如果需要增加、刪除以及選課信息，則只需對選課關(guān)系進(jìn)行操作。 ※ 另外，如果應(yīng)用中的查詢常常是統(tǒng)計(jì)學(xué)生的選課情況，則分解后帶來的自然連接操作很少。因此，這樣的設(shè)計(jì)是合理的。 ※ 以上通過對關(guān)系選修課程的分解，各關(guān)系上的函數(shù)依賴集以及不同關(guān)系模式之間的函數(shù)依賴已是最小函數(shù)依賴集，并且消除了數(shù)據(jù)冗余和操作異常。因此，關(guān)系模式得到了優(yōu)化。 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 物理設(shè)計(jì)過程示意圖 不滿意 數(shù)據(jù)庫模式 操作模式 存儲設(shè)備特征 DBMS特征 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 是否需要修正 結(jié)束 滿意 ※ 對于給定的基本數(shù)據(jù)模式選取一個(gè)最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)的過程，稱為物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 ※ 數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)主要指數(shù)據(jù)庫的存儲記錄格式、存儲記錄安排和存取方法。顯然，數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)是完全依賴于給定的硬件環(huán)境和數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)示意圖如下圖所示。 物理結(jié)構(gòu)設(shè)