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        淺談數(shù)據(jù)庫的范式分析

        2018-06-04 03:42:10牛文穎紀(jì)寧大連科技學(xué)院
        數(shù)碼世界 2018年5期
        關(guān)鍵詞:課程學(xué)生

        牛文穎 紀(jì)寧 大連科技學(xué)院

        設(shè)計(jì)出一個(gè)合理實(shí)用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是目前應(yīng)用領(lǐng)域一個(gè)非常重要的課題,而范式分析理論正是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的一個(gè)理論指導(dǎo),它可以判斷設(shè)計(jì)出的數(shù)據(jù)庫是否是一個(gè)好的數(shù)據(jù)庫模式。本文深入淺出地討論范式理論,以及如何將一個(gè)不好的關(guān)系模式轉(zhuǎn)換成好的關(guān)系模式,同時(shí)舉出實(shí)例分析研究。

        1 第一范式

        1.1 概念

        任何一個(gè)關(guān)系模式都應(yīng)該滿足第一范式。第一范式是指關(guān)系中的所有屬性都是不可再分的數(shù)據(jù)項(xiàng)[1]。比如下表對(duì)屬性電話進(jìn)行了分解,使得該關(guān)系不能成為第一范式。

        姓名 電話年齡手機(jī) 座機(jī)大寶 13612345678 021-9876543 22

        又如關(guān)系模式:單位(單位號(hào),員工號(hào),單位地址,單位電話),一個(gè)單位有多個(gè)員工,所以員工號(hào)有多個(gè)值,也使得該關(guān)系模式不能成為第一范式。綜上兩個(gè)實(shí)例滿足第一范式的關(guān)系,其屬性和屬性值都不能再分。

        1.2 存在操作異常

        第一范式存在的問題:

        對(duì)關(guān)系模式選課(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生日期,系號(hào),系名,系地址,課程號(hào),課程名,學(xué)分,成績)進(jìn)行范式分析。

        數(shù)據(jù)插入異常:關(guān)系模型選課滿足第一范式。主鍵是(學(xué)號(hào),課程號(hào))?,F(xiàn)有需求如下:一個(gè)新生報(bào)道,還沒有選修課程。該新生信息(3,王芳,女,1990-3-3),是否能插入到選課關(guān)系中。根據(jù)實(shí)體完整性約束,主鍵的每個(gè)屬性都不能為null的原則。該新生沒有選課,不能插入到選課關(guān)系中,所以對(duì)于第一范式存在插入異常。

        數(shù)據(jù)刪除異常:如果某個(gè)學(xué)生只選修了一門課,由于某種原因,這個(gè)學(xué)生不選課了,因此要?jiǎng)h除該學(xué)生的選課記錄。這次刪除意味著學(xué)生的信息也不復(fù)存在了。這種情況稱為刪除異常。

        數(shù)據(jù)修改異常:如果某個(gè)學(xué)生選課信息發(fā)生變化,比如1號(hào)“莉莉”由D1改為D2,不僅要修改課程號(hào),同時(shí)還要修改課程名及學(xué)分。這樣使修改變得復(fù)雜,容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致。

        1.3 異常的原因

        對(duì)上述第一范式產(chǎn)生的問題,實(shí)質(zhì)是把學(xué)生實(shí)體信息和課程實(shí)體信息合在了一起,失去了各自實(shí)體數(shù)據(jù)操作的獨(dú)立性,對(duì)其中一個(gè)實(shí)體操作勢必影響另一個(gè)實(shí)體。從范式理論上稱這種關(guān)系為部分函數(shù)依賴。下面具體分析第一范式的函數(shù)依賴關(guān)系:提煉出所有的非主屬性和主鍵的關(guān)系。在上例中:非主屬性“姓名”、“性別”、“出生日期”,“系號(hào)”,“系名”,“系地址”屬性只與主鍵中的學(xué)號(hào)有關(guān),所以它們部分依賴于主鍵;非主屬性“課程名”、“學(xué)分”屬性只與主鍵中的課程號(hào)有關(guān),所以它們部分依賴于主鍵;而非主屬性“成績”即與學(xué)號(hào)有關(guān),又與課程號(hào)有關(guān),所以說成績完全依賴于主鍵。

        解決第一范式的問題,就是在上述分析依賴關(guān)系基礎(chǔ)上對(duì)關(guān)系進(jìn)行分解。消除部分函數(shù)依賴。使其轉(zhuǎn)換為第二范式。

        2 第二范式

        2.1 第一范式轉(zhuǎn)換為第二范式

        第二范式一定是第一范式,并且不存在非主屬性部分函數(shù)依賴于主鍵。

        將上例進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為第二范式,將部分函數(shù)依賴關(guān)系中的主屬性和非主屬性從關(guān)系中提取出來,單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)關(guān)系模式:學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生日期,系號(hào),系名,系地址);課程(課程號(hào),課程名,學(xué)分);將關(guān)系模式中余下的屬性,加上主關(guān)鍵字,構(gòu)成另一個(gè)關(guān)系。選課(學(xué)號(hào),課程號(hào),成績)。

        分解之后解決了第一范式提到的數(shù)據(jù)操作異常??梢韵?qū)W生關(guān)系中插入沒有選課的學(xué)生信息,可以在選課關(guān)系中刪除學(xué)生的選課信息,可以在選課表里修改學(xué)生的選課信息。

        2.2 第二范式的異常

        插入異常:例如學(xué)生關(guān)系模式中:學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生日期,系號(hào),系名,系地址)如果新開了一個(gè)系,該系還沒有學(xué)生,那么該系的信息是不能插入到學(xué)生關(guān)系中的,因?yàn)樽鰹橹麈I的學(xué)生不能為空。

        刪除異常:如果某些學(xué)生退學(xué),要?jiǎng)h除學(xué)生的記錄,就會(huì)連帶刪除系的信息,產(chǎn)生刪除異常。

        修改異常:因?yàn)槎鄠€(gè)學(xué)生可以在同一個(gè)系,系的其他信息也會(huì)重復(fù)出現(xiàn),如果系的電話發(fā)生變化,就需要多次修改,容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致。

        2.3 異常原因

        下面具體分析第二范式的函數(shù)依賴關(guān)系:在上例中:非主屬性“系名”,“系電話”,“系地址”直接依賴于“系號(hào)”,而“系號(hào)”直接依賴于主鍵“學(xué)號(hào)”。所以說非主屬性“系名”,“系電話”,“系地址”傳遞依賴于主鍵“學(xué)號(hào)”。

        解決第二范式的問題,就是在上述分析依賴關(guān)系基礎(chǔ)上對(duì)關(guān)系進(jìn)行分解。消除傳遞函數(shù)依賴。使其轉(zhuǎn)換為第三范式。

        3 第三范式

        第三范式一定是第二范式,并且不存在非主屬性傳遞函數(shù)依賴于主鍵。

        將上例進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為第三范式,將起傳遞作用的非主屬性和直接傳遞依賴的非主屬性構(gòu)成一個(gè)新關(guān)系模式:系(系號(hào),系名,系地址),該關(guān)系中主鍵為系號(hào)。將關(guān)系模式中余下的屬性,加上新表中的主鍵,構(gòu)成另一個(gè)關(guān)系:學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生日期,系號(hào)),該關(guān)系中主鍵為學(xué)號(hào),外鍵為系號(hào)。最終將學(xué)生關(guān)系模式轉(zhuǎn)換為以下兩個(gè)關(guān)系模式:

        系(系號(hào),系名,系地址)

        學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生日期,系號(hào))。

        分解之后解決了第二范式提到的數(shù)據(jù)操作異常。

        [1]鄧麗,數(shù)據(jù)庫簡明教程[M],東軟電子出版社,2012(105)

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