SQL那些事兒(六) 資料庫三大正規化

2021-07-23 12:31:53 字數 3322 閱讀 5208

通俗描述:

描述乙個學生的關係,可以有學號(sno),姓名(sname),系名(sdept)等幾個屬性。由於乙個學號只對應乙個學生,乙個學生只在乙個系學習。因此當學號確定之後,姓名和該學生所在系的值也就唯一被確定了,就像自變數x確定之後,相應的函式值f(x)也就唯一地被確定了一樣,稱sno函式決定sname和sdept,或者說sname,sdept函式依賴於sno,記為:sno -> sname, sno -> sdept.

嚴格定義:

設r(u)是屬性集u上的關係模式。x,y是u的子集。若對於r(u)的任意乙個可能的關係r,r中不可能存在兩個元組在x上的屬性值相等,而在y上的屬性值不相等,則稱x函式確定y或者y函式依賴於x。記為x->y。

(如果不知道「關係」、「屬性集」等定義,自己看大學教材去。這裡的定義摘自薩師煊&王珊《資料庫系統概論》第三版)

在r(u)中,如果y函式依賴於x,並且對於x的任何乙個真子集x',都有y不函式依賴於x', 則稱y對x完全函式依賴。否則稱y對x部分函式依賴。

舉個例子就明白了。假設乙個學生有幾個屬性

sno 學號

sname 姓名

sdept 系

sage 年齡

cno 班級號

g 成績

對於(sno,sname,sdept,sage,cno,g)來說,g完全依賴於(sno, cno), 因為(sno,cno)可以決定g,而sno和cno都不能單獨決定g。

而sage部分函式依賴於(sno,cno),因為(sno,cno)可以決定sage,而單獨的sno也可以決定sage。

在r(u)中,如果x->y, y->z, 則稱z對x傳遞函式依賴。

(又稱候選碼,候選關鍵字,碼 ,candidate key):

設k是乙個r(u)中的屬性或屬性集合(注意可以是屬性集合,也即多個屬性的組合),若k完全函式確定u,則k為r的候選鍵(candidate key);

通俗地說就是,能夠確定全部屬性的某個屬性或某組屬性,稱為候選鍵。若候選鍵多於乙個,則選定其中乙個作為主鍵。

包含在任何乙個候選鍵中的屬性,叫做主屬性(prime attribute),不包含在任何候選鍵中的屬性稱為非主屬性或非鍵屬性或非關鍵字段。

例子:

在(sno, cno, g)中,sno和cno這倆合起來就是乙個候選鍵,因為每個元組只要確定了sno和cno,則其它所有屬性都可以根據sno和cno來確定。而sno和cno就都是「主屬性」,g是「非主屬性」。由於此例中只有乙個候選鍵,於是只能選擇(sno, cno)作為主鍵。

在(sno,sdept, sname)中,sno是乙個候選鍵,因為只要sno確定了,其它所有屬性也都確定了,如果保證沒有重名的話,則sname也是乙個候選鍵,於是可以選sno或者sname之一作為候選鍵。如果不能保證沒有重名,就不能把sname當成候選鍵,於是就只有sno能夠做主鍵。

為了建立冗餘較小、結構合理的資料庫,設計資料庫時必須遵循一定的規則。在關係型資料庫中這種規則就稱為正規化。正規化是符合某一種設計要求的總結。要想設計乙個結構合理的關係型資料庫,必須滿足一定的正規化。

在實際開發中最為常見的設計正規化有三個:

1.第一正規化(確保每列保持原子性)

第一正規化是最基本的正規化。如果資料庫表中的所有字段值都是不可分解的原子值,就說明該資料庫表滿足了第一正規化。

第一正規化的合理遵循需要根據系統的實際需求來定。比如某些資料庫系統中需要用到「位址」這個屬性,本來直接將「位址」屬性設計成乙個資料庫表的字段就行。但是如果系統經常會訪問「位址」屬性中的「城市」部分,那麼就非要將「位址」這個屬性重新拆分為省份、城市、詳細位址等多個部分進行儲存,這樣在對位址中某一部分操作的時候將非常方便。這樣設計才算滿足了資料庫的第一正規化,如下表所示。

上表所示的使用者資訊遵循了第一正規化的要求,這樣在對使用者使用城市進行分類的時候就非常方便,也提高了資料庫的效能。

2.第二正規化(確保表中的每列都和主鍵相關)

第二正規化在第一正規化的基礎之上更進一層。第二正規化需要確保資料庫表中的每一列都和主鍵相關,而不能只與主鍵的某一部分相關(主要針對聯合主鍵而言)。也就是說在乙個資料庫表中,乙個表中只能儲存一種資料,不可以把多種資料儲存在同一張資料庫表中。

資料庫表中不存在非關鍵字段對任一候選鍵的部分函式依賴,也即所有非關鍵字 段都完全依賴於任意一組候選關鍵字。

2nf的違例只會出現在候選鍵由超過乙個字段構成的表中,因為對單關鍵字欄位不存在部分依賴問題。

比如要設計乙個訂單資訊表,因為訂單中可能會有多種商品,所以要將訂單編號和商品編號作為資料庫表的聯合主鍵,如下表所示。

訂單資訊表

這樣就產生乙個問題:這個表中是以訂單編號和商品編號作為聯合主鍵。這樣在該表中商品名稱、單位、商品**等資訊不與該錶的主鍵相關,而僅僅是與商品編號相關。所以在這裡違反了第二正規化的設計原則。

而如果把這個訂單資訊表進行拆分,把商品資訊分離到另乙個表中,把訂單專案表也分離到另乙個表中,就非常完美了。如下所示。

這樣設計,在很大程度上減小了資料庫的冗餘。如果要獲取訂單的商品資訊,使用商品編號到商品資訊表中查詢即可。

3.第三正規化(確保每列都和主鍵列直接相關,而不是間接相關)

第三正規化需要確保資料表中的每一列資料都和主鍵直接相關,而不能間接相關。

在第二正規化的基礎上,資料表中如果不存在非關鍵字段對任一候選關鍵字段的傳遞函式依賴則符合第三正規化

比如在設計乙個訂單資料表的時候,可以將客戶編號作為乙個外來鍵和訂單表建立相應的關係。而不可以在訂單表中新增關於客戶其它資訊(比如姓名、所屬公司等)的字段。如下面這兩個表所示的設計就是乙個滿足第三正規化的資料庫表。

這樣在查詢訂單資訊的時候,就可以使用客戶編號來引用客戶資訊表中的記錄,也不必在訂單資訊表中多次輸入客戶資訊的內容,減小了資料冗餘。

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