关系数据库设计：异常、依赖与范式详解

第六章关系数据库设计理论主要探讨了关系模式在设计中的潜在问题和规范化过程。首先，关系模式可能会遇到的四个问题是： 1. 插入异常：当试图插入一条不存在的键值组合时，可能导致数据完整性问题，因为关系模式中可能存在唯一的主键约束。 2. 删除异常：删除记录时，如果该记录与其他记录有依赖关系，可能无法直接删除，导致数据丢失。 3. 冗余：在一个关系中，若某些属性的信息可以从其他属性推导得出，会导致数据存储的重复，增加管理复杂性。 4. 更新异常：当修改一个记录时，可能会引起其他依赖于该记录的记录的不一致性。 这些异常的根本原因是由于在一个关系中包含多种关联的实体，导致数据依赖复杂，容易违反完整性约束。解决这些问题的关键在于设计良好的关系模式，确保每个关系只包含一个主键，且属性间的关系清晰。 数据依赖主要有三种类型： - 函数依赖：表示属性间的直接逻辑关系，分为平凡函数依赖、非平凡函数依赖、完全函数依赖、部分函数依赖和传递函数依赖。 - 平凡函数依赖是最简单的一种，其中一个属性值可以直接由另一个属性决定。 - 非平凡函数依赖更复杂，可能涉及多个属性。 - 完全函数依赖意味着一个属性完全由另一个属性决定，而部分函数依赖则反之。 - 传递函数依赖表示属性A依赖于属性B，而B又依赖于属性C，即使没有直接依赖，A也依赖于C。 对于关系模式的规范化，常见的范式包括： 1. 第一范式（1NF）：要求每个属性都是原子的，消除重复元素。 2. 第二范式（2NF）：1NF的基础上，每个非主属性都必须完全依赖于主键，消除部分依赖。 3. 第三范式（3NF）：2NF基础上消除传递依赖，即没有非主属性传递依赖于非主属性。 4. BCNF范式（Boyce-Codd范式）：比3NF更强，所有非平凡函数依赖都基于超键，消除所有多值依赖。 针对题目中的设计题，首先需要根据题目描述的语义构建ER模型（实体-关系模型）。接着，根据1:1和m:n的联系，确定函数依赖，如已给出的"Cid->Tid, Tid->Cid, Sid->Sname, Cid->Cname, Tid->Cname"。最后，关系模式R需要进行分解和规范化，以符合3NF，确保没有部分函数依赖或传递函数依赖于键，以避免数据冗余和异常。 设计题的具体步骤可能包括： 1. 反向工程将实体关系映射到ER图中，表示课程、学生和教师之间的实体以及它们之间的联系。 2. 确定每个属性的主键和外键，确保满足函数依赖的规则。 3. 分解关系模式R，可能需要创建新的关系来消除冗余，例如，可能需要一个单独的教师表（Tid, Tname）和一个课程表（Cid, Cname, Tid）。 通过这些步骤，可以确保关系模式设计得既满足语义需求，又遵循关系数据库设计的最佳实践，减少异常并提高数据的存储效率和查询性能。