王哲 趙營(yíng)穎

【摘要】數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化理論是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)中的一個(gè)重要的理論基礎(chǔ)，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)起著重要作用。針對(duì)其在教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，提出了具體的教學(xué)方案，并結(jié)合具體教學(xué)案例加以說(shuō)明。這種教學(xué)方法有利于提高課程的教學(xué)質(zhì)量，有利于提高學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化理論知識(shí)的掌握能力。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)庫(kù) 規(guī)范化理論 函數(shù)依賴(lài) 范式

對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)課程的學(xué)習(xí)，除了掌握應(yīng)用型技術(shù)外，還應(yīng)加強(qiáng)其基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，如關(guān)系模型、關(guān)系運(yùn)算理論、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言SQL、數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)范化理論、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)等知識(shí)點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的好壞直接影響著實(shí)際的應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)范化理論正是用來(lái)指導(dǎo)應(yīng)用系統(tǒng)中數(shù)據(jù)模式的構(gòu)建，即數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)的問(wèn)題；對(duì)于初步的關(guān)系模式，可能存在這樣或那樣的問(wèn)題（如數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常等），需要利用數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化理論進(jìn)行規(guī)范化，以逐步消除存在的問(wèn)題，從而得到一定規(guī)范程度的關(guān)系模式。然而對(duì)于在目前的教材中及課堂講授中，對(duì)這部分內(nèi)容的介紹更多的停留在理論部分的講述，大部分學(xué)生并沒(méi)有真正的理解掌握并應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)踐操作中。因此，如何有效學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化理論知識(shí)，并將其應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)踐體系中，構(gòu)建科學(xué)的教學(xué)模式，是當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)課程教學(xué)改革的重要任務(wù)。

一、數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化理論

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化理論的目標(biāo)是得到一組滿(mǎn)足用戶(hù)需求的關(guān)系模式，旨在設(shè)計(jì)出一個(gè)“好”的關(guān)系模式，這里的“好”指的是數(shù)據(jù)擁有較少的數(shù)據(jù)冗余度和操作異常，以便我們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的管理。

例如，需要建立一個(gè)描述學(xué)校教務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，有學(xué)生表student的屬性集合U={Sno，Sname，Sdept，Mname，Cname，Grade}，其中Sno表示學(xué)號(hào)、Sname表示學(xué)生姓名、Sdept表示所在系、Mname表示系主任姓名、Cno表示課程號(hào)、Grade表示成績(jī)；現(xiàn)實(shí)世界已知事實(shí)的語(yǔ)義：一個(gè)院系有若干學(xué)生，一名學(xué)生只屬于一個(gè)院系；一個(gè)院系只有一名系主任；一名學(xué)生可以選修多門(mén)課程，每門(mén)課程有多名學(xué)生選修；每個(gè)學(xué)生所學(xué)的每門(mén)課程都有一個(gè)成績(jī)。如何判斷student是不是一個(gè)“好”的關(guān)系模式呢？經(jīng)分析，關(guān)系模式student有如下問(wèn)題：

1.數(shù)據(jù)冗余

如果一個(gè)院系有1000名學(xué)生，而且每名學(xué)生大約選修了20門(mén)課程，則院系名稱(chēng)和系主任姓名就要重復(fù)出現(xiàn)20000次，造成了巨大的數(shù)據(jù)冗余。

2.插入異常

如果一個(gè)院系剛成立，暫無(wú)招生，或者雖然有學(xué)生但尚未安排課程，按照實(shí)體完整性的原則，就無(wú)法把這個(gè)院系及系主任的信息錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.刪除異常

如果某院系的學(xué)生全部畢業(yè)且無(wú)新生的情況下，我們?cè)趧h除該院系學(xué)生信息的同時(shí)，把這個(gè)院系及其系主任的信息也一并刪除了。

4.更新異常

如果某系更換系主任或更換院系名稱(chēng)后，系統(tǒng)必須修改與該院系相關(guān)的每一條記錄；若有一條記錄中的數(shù)據(jù)未實(shí)時(shí)更新，就會(huì)造成數(shù)據(jù)不一致現(xiàn)象。因此，student不是一個(gè)“好”的關(guān)系模式。事實(shí)上，數(shù)據(jù)冗余和操作異?，F(xiàn)象產(chǎn)生的根源，就是由于關(guān)系模式中屬性間存在著復(fù)雜的依賴(lài)關(guān)系，這種依賴(lài)都稱(chēng)為數(shù)據(jù)依賴(lài)。對(duì)于關(guān)系模式student={Sno，Sname，Sdept，Mname，Cname，Grade}，其屬性關(guān)系如圖1所示，由圖1可看出，關(guān)系模式student中存在一定的數(shù)據(jù)依賴(lài)，如學(xué)生學(xué)號(hào)和學(xué)生姓名、學(xué)生學(xué)號(hào)和院系名稱(chēng)、院系名稱(chēng)和系主任之間都存在著依賴(lài)關(guān)系。

關(guān)系規(guī)范化理論正是用來(lái)改造關(guān)系模式，對(duì)于“不好”的關(guān)系模式，通過(guò)分解關(guān)系模式來(lái)消除其中不合適的數(shù)據(jù)依賴(lài)，以解決插入異常、刪除異常、更新異常和數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題；對(duì)于關(guān)系模式student，依據(jù)規(guī)范化理論的指導(dǎo)原則，若消除數(shù)據(jù)冗余、異常等問(wèn)題，可將關(guān)系模式Student分解為三個(gè)關(guān)系模式：S（Sno，Sname，Sdept）、SC（Sno，Cname，Grade）、Dept（Sdept， Mname），可基本解決以上問(wèn)題。

二、確定理論教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)

數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化理論中，通常是通過(guò)一個(gè)關(guān)系模式是否屬于某一范式（Normal Forms，簡(jiǎn)記為NF）來(lái)確定其是否解決了數(shù)據(jù)冗余、操作異常等問(wèn)題，是否為一個(gè)“好”的模式。范式的種類(lèi)與數(shù)據(jù)依賴(lài)有著直接的聯(lián)系，主要有1NF、2NF、3NF、BCNF等多種。一個(gè)低一級(jí)范式的關(guān)系模式，通過(guò)模式分解（投影運(yùn)算）可以轉(zhuǎn)化為若干個(gè)高一級(jí)范式的關(guān)系模式的集合，這個(gè)過(guò)程叫做規(guī)范化，關(guān)系模式規(guī)范化的基本步驟如圖2所示。

由圖2可知，在范式的判斷中，主要是對(duì)模式中主屬性、非主屬性、部分函數(shù)依賴(lài)、完全函數(shù)依賴(lài)、傳遞函數(shù)依賴(lài)、多值依賴(lài)的判別。關(guān)系模式中，屬于候選鍵的屬性稱(chēng)之為主屬性，反之則為非主屬性，則候選鍵則成為主屬性和非主屬性的判斷標(biāo)準(zhǔn)，故候選鍵的判定是規(guī)范化理論的基石知識(shí)點(diǎn)。

數(shù)據(jù)庫(kù)定義中，如果關(guān)系模式中某一個(gè)屬性或?qū)傩越M能夠唯一決定關(guān)系中其他所有屬性的值，而且其真子集無(wú)此性質(zhì)，則稱(chēng)這個(gè)屬性或?qū)傩越M稱(chēng)為該關(guān)系模式的候選鍵。在很多教學(xué)中，很多教師忽略了候選鍵判定的重要性，再加上時(shí)間關(guān)系，直接省略掉候選鍵的規(guī)范化計(jì)算，故造成很多學(xué)生在應(yīng)用中判別不清，跟著感覺(jué)走的現(xiàn)象嚴(yán)重。

在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理論中，關(guān)系模式中屬性集的閉包可判斷屬性是否為候選鍵。故在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，需要找出不同屬性間的函數(shù)依賴(lài)，根據(jù)這些依賴(lài)關(guān)系，計(jì)算出關(guān)系模式中各屬性集的閉包，進(jìn)而確定該關(guān)系模式的候選鍵。例如關(guān)系模式STC（SNO，SN，SA，TN，CN，G），F(xiàn)={SNO→SN，SNO→SA，（SNO，CN）→G}，經(jīng)過(guò)屬性集閉包的計(jì)算，得出STC的候選碼為（SNO，CN，TN），該計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確科學(xué)，而不是某人看出來(lái)的或者感覺(jué)出來(lái)的。

三、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化理論可有效的消除數(shù)據(jù)依賴(lài)引起的冗余、異常，在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中起著重要的作用，針對(duì)于教材中出現(xiàn)的大量定義和概念類(lèi)的知識(shí)點(diǎn)，我們不能照本宣科地介紹知識(shí)點(diǎn)，而應(yīng)積極探索教學(xué)新方法，明確教學(xué)目標(biāo)，變學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生帶著興趣進(jìn)入課程的學(xué)習(xí)，使理論知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作的結(jié)合落到實(shí)處，真正提高課程的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王哲，姜姍.《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》課程教學(xué)改革探討與實(shí)踐 [J].中國(guó)校外教育，2013，（11）：166-167.

[2]王艷，沈曉晶，趙慧娟.計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)原理教學(xué)體系及教學(xué)模式探討 [J].計(jì)算機(jī)教育，2012，（2）：54-57.

[3]王珊，薩師煊.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論（第4版） [M].北京：高等教育出版社，2006.