豆利

摘要：數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)中，關(guān)系模式設(shè)計(jì)在整個(gè)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程中起著重要的指導(dǎo)作用。一個(gè)數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計(jì)的好壞主要取決于各個(gè)關(guān)系模式的質(zhì)量。本文以教務(wù)管理數(shù)據(jù)庫的關(guān)系模式講述設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、函數(shù)依賴、模式分解以及規(guī)范化處理。

關(guān)鍵詞：關(guān)系模式;教務(wù)管理;函數(shù)依賴;規(guī)范化

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）19-0029-02

1問題提出

在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余度大，且數(shù)據(jù)操作出現(xiàn)異常等問題，很多情況下，是由于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)階段沒有選擇好的關(guān)系模式。

建立一個(gè)描述學(xué)校教務(wù)管理的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫涉及的對(duì)象有學(xué)生的學(xué)號(hào)（Sno），學(xué)生的姓名（Sname），出生日期（Birthday），所在系（Dept）、系主任姓名（Dname），課程號(hào)（Cno），課程名稱（Cname），學(xué)分（Credit）和成績(jī)（Grade）。該關(guān)系模式如下：Student=（Sno，Sname，Birthday，Dept，Dname，Cno，Cname，Credit，Grade），其中Sno和Cno作為該關(guān)系模式的主鍵。

但是，這個(gè)Student關(guān)系模式存在很大問題，具體問題分析如下：

（1）數(shù)據(jù)冗余大

例如在該關(guān)系模式中，假設(shè)有1000個(gè)學(xué)生，就會(huì)存儲(chǔ)1000次系主任姓名，每個(gè)系的系主任的姓名大量重復(fù)出現(xiàn)，系主任姓名重復(fù)的次數(shù)和本系學(xué)生人數(shù)保持一致，造成了存儲(chǔ)空間的浪費(fèi)。

（2）插入異常

插入異常指的是本應(yīng)該插入的數(shù)據(jù)而不能插入到數(shù)據(jù)庫中。不能插入的原因不是系統(tǒng)代碼設(shè)計(jì)的問題，而是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的問題造成的。學(xué)號(hào)和課程號(hào)共同組成了該關(guān)系模式的主鍵，要錄入課程信息，必須知道學(xué)生的學(xué)號(hào)這個(gè)關(guān)鍵字。但對(duì)于新開設(shè)的課程，由于還沒有人選修，就沒有辦法錄入課程信息。也就是無法給出開課計(jì)劃，只能有人選修后才能錄入課程信息。再比如新轉(zhuǎn)入一個(gè)學(xué)生，由于還沒有選課，就沒法確定課程號(hào)，那么就無法插入到數(shù)據(jù)庫中。

（3）更新異常

由于數(shù)據(jù)出現(xiàn)了大量的冗余，系統(tǒng)需要更新數(shù)據(jù)，必然會(huì)花費(fèi)很大的代價(jià)進(jìn)行維護(hù)數(shù)據(jù)庫，否則會(huì)面臨數(shù)據(jù)不一致的情況。例如某個(gè)系需要更換系主任，那么就需要更新與這個(gè)系有關(guān)的所有行的信息。由于工作量非常大，若錄入不慎，就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的問題。

（4）刪除異常

刪除異常指的是當(dāng)需要?jiǎng)h除數(shù)據(jù)時(shí)，不能刪除該數(shù)據(jù)或出現(xiàn)刪除錯(cuò)誤，后者刪除數(shù)據(jù)后，把相關(guān)聯(lián)不應(yīng)該刪除的數(shù)據(jù)也刪除了。例如在該關(guān)系模式中，如果某個(gè)學(xué)生因特殊情況退學(xué)，那么就會(huì)把課程號(hào)、課程名稱、系號(hào)、系主任等相關(guān)信息刪除。

鑒于以上分析，說明該模式不是一個(gè)優(yōu)質(zhì)的關(guān)系模式。一個(gè)質(zhì)量?jī)?yōu)的關(guān)系模式不會(huì)出現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象、不會(huì)出現(xiàn)操作異常、不會(huì)造成數(shù)據(jù)的不一致性等相關(guān)問題。

為什么發(fā)生這些問題，主要因?yàn)檫@個(gè)模式中存在函數(shù)依賴相關(guān)問題。

2函數(shù)依賴

函數(shù)依賴指的是數(shù)據(jù)庫中各屬性之間的聯(lián)系，例如在學(xué)生中，每個(gè)學(xué)號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)姓名，每個(gè)學(xué)號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)出生日期等。每門課可以對(duì)應(yīng)多個(gè)教師等，這類聯(lián)系稱為函數(shù)依賴。類似于函數(shù)Y=F（x），給出一個(gè)x的值，對(duì)應(yīng)一個(gè)Y的值。函數(shù)依賴的定義如下：

（1）平凡函數(shù)依賴與非平凡函數(shù)依賴

在關(guān)系模式R（U）中，對(duì)于U的子集X和Y，如果[X→Y]，但Y不是X的子集，則稱[X→Y]是非平凡函數(shù)依賴。若Y是X的子集，則稱[X→Y]是平凡函數(shù)依賴。

（2）完全函數(shù)依賴與部分函數(shù)依賴

在關(guān)系模式R（U）中，如果[X→Y]，并且對(duì)于X的任何一個(gè)真子集[X']都有[X'→Y]，即[X'→Y]不成立，則稱Y完全函數(shù)依賴X，記[X→Y]。

例如在關(guān)系SC（Sno，Cno，Grade）中，（Sno，Cno）[→]Grade， 且Grade不單獨(dú)依賴Sno，也不單獨(dú)依賴Cno，而是由Sno和Cno共同決定。則Grade完全依賴Sno和Cno。又例如在關(guān)系Student（Sno，Sname，Dept，Dname，Cno，Cname，Grade）中，Sno和Cno是主鍵，則Cname是有Cno決定的，與Sno無關(guān)，則Cname部分依賴（Sno，Cno）。

（3）傳遞函數(shù)依賴

在關(guān)系模式R（U）中，如果[X→Y]，[Y→Z]，且[Y→X]不成立，則稱Z傳遞函數(shù)依賴于X。

在傳遞函數(shù)依賴中加入條件[Y→X]不成立，是因?yàn)槿绻鸞Y→X]，則認(rèn)為X與Y存在互相依賴的關(guān)系，這實(shí)際上是Z直接依賴于X，而不是傳遞依賴關(guān)系了。例如在關(guān)系Student（Sno，Sname，Dept，Dname，Cno，Cname，Grade）中，[Sno→Dept]， [Dept→Dname]，可以看出[Sno→Dname]，Dname傳遞依賴于Sno。

3范式

關(guān)系模式的好與壞，用什么標(biāo)準(zhǔn)衡量呢？這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是模式的范式。范式是一種標(biāo)準(zhǔn)用來衡量關(guān)系模式的優(yōu)劣，范式級(jí)別越高，符合的標(biāo)準(zhǔn)越高。

（1）第一范式

如果關(guān)系R中每個(gè)屬性都是簡(jiǎn)單的屬性，且為原子性，不可再分割，則屬于第一范式，記作1NF。

第一范式是對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的最低要求，不滿足第一范式的要求，不屬于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，不滿足第一范式的關(guān)系稱為非規(guī)范化關(guān)系。

對(duì)于U=（Sno，Sname，Birthday，Dept，Dname，Cno，Cname，Credit，Grade），滿足第一范式的關(guān)系模式還會(huì)存在插入異常、更新異常、刪除異常、數(shù)據(jù)冗余等相關(guān)現(xiàn)象，需要滿足更高范式要求，以消除以上不利影響。