关系数据库设计：模式分解与异常问题

"这篇资料主要涉及关系数据库设计，特别是如何将关系模式分解为3NF，并保持无损连接性和依赖保持性。同时，提到了教学目标包括理解关系模式的异常问题、函数依赖、Armstrong公理、闭包计算、最小依赖集、候选码以及不同范式的概念，如1NF, 2NF, 3NF和BCNF。教学重点是Armstrong公理系统、最小依赖集和候选码的求解，以及如何进行模式分解。资料中还给出了一个学生选课表的示例，用于说明不好的关系模式可能导致的问题，如数据冗余和更新异常。" 在关系数据库设计中，确保数据的规范性和完整性至关重要。3NF（第三范式）是一种常见的规范化程度，旨在减少数据冗余并避免更新异常。算法1描述了一个将关系模式分解为3NF的方法，该方法首先检查依赖集，如果仅有一个依赖并且其左右两边完全覆盖关系模式，那么无需分解。接着，如果存在与所有依赖无关的属性，它们会被单独构建成一个关系模式。然后，对于每个依赖，创建包含左边和右边属性的关系子模式。最后，通过判断分解后的模式是否具有无损连接性和依赖保持性，来确定是否需要进一步分解。如果无法满足这些性质，可能需要将候选码加入到分解中。 Armstrong公理系统是推理函数依赖的基础，包括自反性、对称性、传递性、增广性和合并性等规则，用于推导依赖集中的依赖关系。最小依赖集是指在保持原有依赖关系不变的情况下，不能再删除任何依赖的集合，它是设计数据库的关键步骤，因为这有助于识别和消除冗余。候选码是能够唯一标识表中每一行的属性组合，对于保持数据的唯一性至关重要。 在教学过程中，1NF（第一范式）、2NF（第二范式）和BCNF（巴斯-科德范式）也是重要的学习内容。1NF要求数据库中的每一列都是不可分割的基本数据项；2NF在1NF的基础上，消除了部分依赖，即非主属性不依赖于其他非主属性；而BCNF进一步强化了2NF，要求每一个非平凡的函数依赖的左部必须是候选码。 学生选课表的例子展示了数据冗余和更新异常的问题。例如，学生张三的信息在表中重复出现，如果需要更改其专业，按照现有的关系模式，需要多次更新。这种冗余可能导致数据一致性问题，增加存储开销，同时也增加了更新错误的风险。因此，设计数据库时需要考虑如何避免这些问题，通常通过关系模式的分解和规范化来解决。