关系数据模型之范式

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1、第4章关系数据库理论14.3范式规范化的基本思想是消除关系模式中的数据冗余，消除数据依赖中的不合适的部分，解决数据插入、删除时发生异常现象。这就要求关系数据库设计出来的关系模式要满足一定的条件。我们把关系数据库的规范化过程中为不同程度的规范化要求设立的不同标准称为范式（NormalForm）。由于规范化的程度不同，就产生了不同的范式。满足最基本规范化要求的关系模式叫第一范式，在第一范式中进一步满足一些要求为第二范式，以此类推就产生了第三、四范式等概念。每种范式都规定了一些限制约束条件。最重要的是3NF和BCNF。这是进行规范化的主要目标。2范式的概念最早由

2、E.F.Codd提出。从1971年起，Codd相继提出了关系的三级规范化形式，即第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）。1974年，Codd和Boyce以共同提出了一个新的范式的概念，即Boyce-Codd范式，简称BC范式。1976年Fagin提出了第四范式，后来又有人定义了第五范式。至此在关系数据库规范中建立了一个范式系列：1NF,2NF,3NF,BCNF,4NF,5NF,一级比一级有更严格的要求。各个范式之间的联系可以表示为：5NF4NFBCNF3NF2NF1NF如图4.3所示。3图4.3各种范式之间的关系1NF,2NF,3NF,

3、BCNF,4NF,5NF,一级比一级有更严格的要求。下面逐一介绍各级范式及其规范化。4NF5NFBCNF3NF2NF1NF规范与非规范关系44.3.1第一范式第一范式（FirstNormalForm）是最基本的规范形式，即关系中每个属性都是不可再分的简单项。定义4.4如果关系模式R，其所有的属性均为简单属性，即每个属性都城是不可再分的，则称R属于第一范式，简称1NF，记作R1NF。在第2章讨论关系的性质时，我们把满足这个条件的关系称为规范化关系。在关系数据库系统中只讨论规范化的关系，凡是非规范化的关系模式必须化成规范化的关系。在非规范化的关系中去掉组合项

4、就能化成规范化的关系。每个规范化的关系都属于1NF，这也是它之所以称为“第一”的原因。5然而，一个关系模式仅仅属于第一范式是不适用的。在4.1节中给出的关系模式SCD属于第一范式，但其具有大量的数据冗余，具有插入异常、删除异常、更新异常等弊端。为什么会存在这种问题呢？让我们分析一下SCD中的函数依赖关系，它的关系键是（SNO，CNO）的属性组合，所以有：（SNO，CNO）SCORESNO→SN，（SNO，CNO）SNSNO→AGE，（SNO，CNO）AGESNO→DEPT，（SNO，CNO）DEPTSNOMN，（SNO，CNO）MN6我们可以用函数信赖图表

5、示以上函数依赖关系，如图4.4所示。SNMNSCORE图4.4SCD中的函数依赖关系SNOCNOPPf由此可见，在SCD中，既存在完全函数依赖，又存在部分函数依赖和传递函数依赖。这种情况往往在数据库中是不允许的，也正是由于关系中存在着复杂的函数依赖，才导致数据操作中出现了种弊端。克服这些弊端的方法是用投影运算将关系分解，去掉过于复杂的函数依赖关系，向更高一级的范式进行转换。74.3.2第二范式4.3.2.1第二范式的定义定义4.5如果关系模式R1NF，且每个非主属性都完全函数依赖于R的每个关系键，则称R属于第二范式（SecondNormalForm），简

6、称2NF，记作R2NF。在关系模式SCD中，SNO，CNO为主属性，AGE，DEPT，MN，MN，SCORE均为非主属性，经上述分析，存在非主属性对关系键的部分函数依赖，所以SCD2NF。而如图4.2所示的由SCD分解的三个关系模式S，D，SC，其中S的关系键为SNO，D的关系键为DEPT，都是单属性，不可能存在部分函数依赖。而对于SC，（SNO，CNO）SCORE。所以SCD分解后，消除了非主属性对关系键的部分函数依赖，S，D，SC均属于2NF。8又如在2.4.2中，讲述全码的概念时给出的关系模式TCS（T，C，S），一个教师可以讲授多门课程，一门课

7、程可以为多个教师讲授，同样一个学生可以选听多门课程，一门课程可以为多个学生选听，(T,C,S)三个属性的组合是关系键，T,C,S都是主属性，而无非主属性，所以也就不可能存在非主属性对关系键的部分函数依赖，TCS2NF。经以上分析，可以得到两个结论：1．从1NF关系中消除非主属性对关系键的部分函数依赖，则可得到2NF关系。2．如果R的关系键为单属性，或R的全体属性均为主属性，则R2NF。94.3.2.22NF规范化2NF规范化是指把1NF关系模式通过投影分解转换成2NF关系模式的集合。分解时遵循的基本原则就是“一事一地”，让一个关系只描述一个实体或者实体

8、间的联系。如果多于一个实体或联系，则进行投影分解。下面以关系模式S