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1、第3章 关系数据库设计基础(3学时),吉林大学计算机教学与研究中心,Welcome !,数据库设计的个环节,需求分析：了解业务范围、流程、处理细节和数据库存储环境；收集、归纳和分析资料。,概念设计：用概念模型对事务及其关系描述，如E R方法。,逻辑设计：将概念模型转成关系模型，规范化关系模型，减少数据冗余，避免数据异常操作。主要将人工表优化成数据库表 ,物理设计：确定数据库存储路径，建数据库、表、表间联系、数据完整性和安全性规则，建主索引（主键）和普通索引（外键）。,3.1.1 人工表与数据库表,1人工表：纸介质表格和某些电子表格。如Word表或Excel表。,人工表的主要特点：无格式性；每列
2、数据类型的不确定性；嵌套性等。,3.1.1 人工表与数据库表,数据库表：存于外存储器的二维电子表,4 数据库表特点：列原子性；单元格值的单一；关键字值惟一；主属性值非空性。,3.1.1 人工表与数据库表,关系数据库设计：实质研究如何将人工表转换成数据库表，即规范表的过程。,3.1.1 人工表与数据库表,规范化方法：将一个表通过投影分解的方法规范成功能等价的多个表。,3.1.2 数据语义,数据语义：是对数据项含义的规定与解释。,数据语义对数据库的影响：修改某些数据项的语义，可能导致重新调整数据库。,例如：若一个学院只有一个地址，且一个地址对应一个学院，则学院表中地址可作关键字，且一个学院对应一个
3、记录若规定一个学院可有多个地址，则学院表中一个学院可能对应多个记录或多个地址字段。,321 关系模式,关系模式：关系名及其所有属性的集合，描述表结构。CJ（学号，课程码，成绩）,关键字：能惟一地标识元组、最少属性的集合。一个关系模式可能有多个关键字。也称键、候选键或候选码。,主属性 ：包含在某关键字中的属性称主属性,外码：关系R一组非关键字属性F，若F与关系S的主键对应，则F是表R的外码或外键。,主关键字：选一个关键字作主关键字，也简称为主键、主码 。,322 函数依赖,函数依赖的作用：通过分析关系模式中属性的函数依赖关系规范数据库表。,322 函数依赖,322 函数依赖,322 函数依赖,传
4、递函数依赖 ：X、Y和Z是不同属性集合，有XY，但且Y不是X的子集 ， 则称Z传递函数依赖于X 。例如：(学号，课程)(考试成绩,课堂成绩,实验成绩)(考试成绩,课堂成绩,实验成绩) 总分因此，总分传递函数依赖于(学号，课程),322 函数依赖,33 关系模式的规范化,规范化目标：减少数据冗余，便于数据更新、插入和删除，提高时空效率，满足应用要求。,规范化方法： 对关系模式投影分解，去掉冗余属性，得到更多、较理想的关系模式 。,数据依赖引发的主要问题：数据冗余和更新异常。解决办法是对关系模式进行合理地分解，即对关系模式规范化。,范式：满足特定要求的关系模式集合。有第一、第二、第三、BCNF、第
5、四和第五范式，条件逐渐增强 。,33 关系模式的规范化,总体原则：概念单一化，一个关系模式对应一个实体型或实体型间的联系（如学生、 学院、课程、学生与课程）；必须无损分解，即对新的关系模式进行自然连接后可以还原回原关系模式。,331 第一范式,规范化关系模式 ：每个属性都是不可分割的基本数据项（原子性），也称第一范式（简记为1NF） 。,人工表规范到第一范式 ：拆分多维表成二维表，考虑属性的原子性、主属性的非空性等,331 第一范式,规范化方法：将嵌套列横向展开变成多个属性，将多值单元格纵向展开多行，某些数据项信息重复存储 。,331 第一范式存在的问题,数据冗余度大：一个学生选多门课程需要重
6、复存放学号、姓名等信息，产生冗余数据。,331 第一范式存在的问题,更新异常：学生转学院，必须修改该学生所有元组中学院和学院地址，否则，将造成数据的不一致性。,331 第一范式存在的问题,插入异常：主关键字是（学号，课程），新生的课程（课程不能为空）没确定时，其信息无法加入到关系中 。,331 第一范式存在的问题,删除异常：当选课人数少无法开课时，从关系中删除所有与该课程相关的元组，导致删除课程的信息，如课程名和学分，即丢失课程的相关信息。,331 第一范式存在的问题,主要原因 ：存在非主属性（姓名、性别或学分等）部分函数依赖关键字（学号，课程）。例如课程学分学号姓名学号性别导致（学号, 课程
7、）学分（学号, 课程）姓名（学号, 课程）性别等。,332 第二范式,第二范式 ：属于第一范式，其中非主属性都完全函数依赖于任意关键字,即，消除非主属性对任何关键字的部分函数依赖 。,332 第二范式,规范化方法：对关系模式按实体型及其联系进行投影分解，分解成多个关系模式，消除非主属性对关键字的部分函数依赖。例如：学生、课程及其联系（成绩）。,332 第二范式,还原验证：用Select自然连接 验证。,存在的问题 ：数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常等问题。如，某学院学生都毕业后，丢失学院信息，产生删除异常；重复存储学院地址、总分。,332 第二范式,问题存在的主要原因 ：存在非主属性传递
8、函数依赖主属性 。例如，在XS中，学号是关键字，有：学号学院学院学号学院学院地址故学院地址传递函数依赖学号。同样，总分传递函数依赖 (学号，课程),333 第三范式,第三范式 ：属于第二范式，非主属性对任何关键字都不存在传递函数依赖，简记为3NF。,规范化方法：对关系模式进行投影，分解成多个关系模式，或直接去掉冗余属性，消除非主属性对关键字的传递函数依赖。,333 第三范式,例如，对XS投影分解成学生和学院两个关系模式，消除非主属性学院地址对关键字学号的传递函数依赖 。,333 第三范式,存在的问题 ：在少数关系模式中仍然存在数据冗余、数据更新异常等问题。,进一步规范化 ：在设计实用数据库时，
9、三级范式基本满足要求。如果需要进一步规范化，可以用BCNF、4NF和5NF。,总体规则 ：关系模式必须满足某级范式。范式级别高，数据冗余小，关系数多，数据更新异常少，关系连接操作次数多，系统开销 大。,333 第三范式,例如，输出学号、姓名、学院名、课程名和总分 ，通过一级范式无连接，而通过三级范式需4个关系连接。,Select 学号，姓名，学院，课程，总分 ； From XSXXB,Select XSA.学号,姓名,学院名,课程名, ； 考试成绩+课堂成绩+实验成绩 As 总分 ; From XSA, XYB, CJB, KCB ; Where XSA.学号= CJB.学号 And ； XS
10、A.学院码=XYB.学院码 And ； CJB.课程码= KCB.课程码,341 数据编码,数据编码：表示事物对象的一种符号，是对象在某一范围内的唯一标识。如学号、身份证号、性别码、民族码、书号、车牌号等。,数据编码的作用 ：数据规范化，增强通用性、准确性，易自动化获取、节省存储空间。,单体编码：用于标识对象，编码中各位没有特定含义。通常由国家统一标准。例如，性别码：1男，2女；民族码：01汉族，11满族；省市码：11北京，22吉林 。,341 数据编码,复合编码：由若干段编码组成，每段编码表示不同的含义。如学号、身份证号、书号等。,分段方法 ：有按位分段（如身份证号）、分隔符（如或）分段（如
11、图书或期刊号）。按位分段法更适合计算机数据处理 。 如 身份证:,341 数据编码,又如 学生教学号:,342 数据编码对关系模式的影响,单体编码：可节省存储空间。如性别、民族,342 数据编码对关系模式的影响,复合编码：能减少数据冗余 。如利用学号可以去掉学院码属性。,342 数据编码对关系模式的影响,复合编码的利弊：数据复合编码是多个属性的组合，破坏属性的原子性，但方便操作和节省存储空间。,35 关系数据库物理设计,1启动VFP：单击开始菜单程序Microsoft Visual FoxPro 6.0Microsoft Visual FoxPro 6.0,2建立数据库XSXX：单击文件菜单新
12、建，选定文件类型为数据库，单击新建文件按钮，在创建对话框中，从保存在框中选择本地盘（E：），单击创建新文件夹工具，将新建文件夹改为：D，单击打开按钮，在数据库名框内输入：XSXX，单击保存按钮后，系统建立空数据库，并进入数据库设计器XSXX。,35 关系数据库物理设计,3设置默认目录：单击工具菜单选项文件位置选项卡默认目录修改按钮，选择使用默认目录，单击目录选择按钮，双击E：,单击D选定确定设置为默认值确定按钮。,35 关系数据库物理设计,. 创建表 ：单击文件菜单新建，选定文件类型为表，单击新建文件按钮，在创建对话框的输入表名框内输入表名（如XSB），单击保存按钮。在表设计器中输入字段的字段
13、名、类型、宽度、小数位数，字段有效性的规则、信息和默认值。,. 设置主键和外码：在表设计器中，选定索引选项卡，在索引名列中输入索引名（如XSB） ；在类型列中选择主索引（主键）或普通索引（外码）；在表达式列中输入关键字 ；单击确定按钮。,35 关系数据库物理设计,. 设置关联及参照完整性 ：,打开数据库XX：单击文件菜单打开；在打开对话框中，选择文件类型为数据库文件名为XX；选定独占，单击确定按钮,建立关联：在数据库设计器中，将一个表的主索引拖向另一个表对应的普通索引。,设置参照完整性 ：从关系连线的右击菜单中选择编辑参照完整性。,清理数据库 ：单击数据库菜单清理数据库,吉林大学计算机教学与研究中心,Thank You !,
