关系数据库规范化理论解析

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"数据库系统应用-哈工大-张建国7" 在哈工大计算机学院张建国教授的课程《数据库系统应用》中,第七章重点讲述了关系数据库的规范化理论。规范化是数据库设计的重要环节,旨在解决关系模式中可能出现的问题,提高数据的存储效率,减少数据冗余,以及确保数据的一致性和完整性。 首先,关系模式规范化的核心是对关系模式的深入理解。关系模式由五元组R<U,D,Dom,F>构成,其中R代表关系名,U表示属性集合,D表示域集合,Dom是属性到域的映射,F是数据依赖的集合。在实际应用中,通常简化为R<U,F>。如果关系模式中的每个数据项都是不可分割的,那么它就满足第一范式(1NF)。 然而,即使满足1NF的关系模式也可能存在潜在问题。例如,一个属性可能依赖于另一个属性,即存在函数依赖。这种依赖可能导致数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常。函数依赖分为部分依赖、完全依赖和传递依赖。部分依赖是指一个属性可以被另一个属性的非全部值决定;完全依赖是指一个属性完全由另一个属性决定;传递依赖则是通过一个或多个中间属性间接决定。 规范化的过程旨在消除这些问题,通过一系列规范化理论如1NF、2NF、3NF、BCNF以及4NF等来逐步优化关系模式。1NF保证了数据项的原子性;2NF要求消除部分依赖,确保非主属性完全依赖于候选键;3NF进一步消除了传递依赖,使得每个非主属性只依赖于候选键;BCNF(Boyce-Codd范式)要求每个非平凡的函数依赖的左部包含候选键;4NF(第四范式)关注多值依赖,确保不存在非平凡的多值依赖。 关系模式的分解是规范化过程的关键步骤,目标是在保持无损连接性和函数依赖保持性的前提下进行。无损连接性意味着分解后,可以通过连接操作恢复原关系,而函数依赖保持性则保证了分解前后数据依赖的关系不变。 例如,考虑一个学生关系模式,包括学号、姓名、系名、系主任、课名和分数等属性。如果一个学生的分数记录同时包含了系名和系主任,那么可能存在冗余,因为系主任信息可以由系名唯一确定。通过规范化,我们可以将此模式分解,使每个子模式只包含必要的属性,从而减少冗余并提高数据一致性。 张建国教授的课程深入讲解了关系数据库规范化的基本概念、问题及解决策略,这对于理解和设计高效、稳定的数据库系统至关重要。通过学习这些理论,数据库设计师能够创建出更符合需求、更易于管理和维护的关系模型。