关系数据库设计：第二范式与模式分解

"第二范式(2NF)是关系数据库设计中的一个重要概念，它要求数据库模式不仅满足第一范式，而且任何非主属性都必须完全依赖于任一候选键。这意味着在2NF中，不存在部分依赖，即一个非关键属性不能依赖于候选键的一部分。在数据库设计中，遵循范式有助于减少数据冗余，提高数据一致性，避免更新异常和插入异常。 第二范式在实际应用中起着关键作用，例如在上述的学生表D中，我们可以看到表包含学生信息（Sno, Sname, Sdept, Sage），课程信息（Cno, Cname, Credit）以及学生的成绩（Grade）。表的关键字是组合键sno+cno，因为它唯一标识每一行记录。 然而，这个关系模式存在不好的设计，不符合2NF。首先，张三的信息（Sname, Sdept, Sage）重复出现五次，造成了数据冗余，浪费存储空间。更重要的是，这种设计会导致更新异常。例如，如果需要将张三的系别（Sdept）从“计算机”改为“数学”，则需要更新所有五条记录，增加了数据维护的复杂性。此外，如果一门课程的信息（如Cname或Credit）发生变化，也需要在整个表中进行多处修改，这同样可能导致数据一致性问题。 为了解决这些问题，我们需要将关系模式分解到更高的范式。进入1NF，2NF，3NF和BCNF的概念。第一范式（1NF）确保每个属性都是不可再分的基本数据项，没有子集。接着，2NF消除非主属性对候选键的部分依赖，3NF进一步消除非主属性之间的传递依赖。BCNF（巴斯-科德范式）是最强的范式，要求每个非平凡依赖的左部都是超键。 实现这些范式的过程通常涉及模式分解，这是一种将大关系模式分解为多个小关系模式的策略，每个小模式都满足特定的范式。在这个过程中，我们使用函数依赖和Armstrong公理系统来识别和处理依赖关系。例如，通过计算依赖的闭包，我们可以找到最小依赖集，这是确定候选码的关键。候选码是能唯一标识记录的最小属性集合。 在教学中，理解并掌握Armstrong公理系统，如自反性、对称性、传递性、增广性和合并规则，对于解决依赖问题至关重要。同时，学习如何求解最小依赖集和候选码，以及如何将模式分解为各个范式，是数据库设计的基础技能。 在实际的教学中，10节理论课和2节习题课的时间安排，会涵盖关系数据库设计的理论与实践，通过多媒体教学，帮助学生深入理解这些概念，并通过练习来巩固知识。通过这样的教学，学生将能够设计出更高效、更稳定的数据库模式，从而构建出更加可靠的信息系统。"