淺談規范化在教務管理數據庫中的應用

豆利

摘要：數據庫的設計中，關系模式設計在整個數據庫的設計過程中起著重要的指導作用。一個數據庫模式設計的好壞主要取決于各個關系模式的質量。本文以教務管理數據庫的關系模式講述設計準則、函數依賴、模式分解以及規范化處理。

關鍵詞：關系模式;教務管理;函數依賴;規范化

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）19-0029-02

1問題提出

在數據庫系統中，經常會出現數據冗余度大，且數據操作出現異常等問題，很多情況下，是由于數據庫設計階段沒有選擇好的關系模式。

建立一個描述學校教務管理的數據庫，該數據庫涉及的對象有學生的學號（Sno），學生的姓名（Sname），出生日期（Birthday），所在系（Dept）、系主任姓名（Dname），課程號（Cno），課程名稱（Cname），學分（Credit）和成績（Grade）。該關系模式如下：Student=（Sno，Sname，Birthday，Dept，Dname，Cno，Cname，Credit，Grade），其中Sno和Cno作為該關系模式的主鍵。

但是，這個Student關系模式存在很大問題，具體問題分析如下：

（1）數據冗余大

例如在該關系模式中，假設有1000個學生，就會存儲1000次系主任姓名，每個系的系主任的姓名大量重復出現，系主任姓名重復的次數和本系學生人數保持一致，造成了存儲空間的浪費。

（2）插入異常

插入異常指的是本應該插入的數據而不能插入到數據庫中。不能插入的原因不是系統代碼設計的問題，而是數據庫設計的問題造成的。學號和課程號共同組成了該關系模式的主鍵，要錄入課程信息，必須知道學生的學號這個關鍵字。但對于新開設的課程，由于還沒有人選修，就沒有辦法錄入課程信息。也就是無法給出開課計劃，只能有人選修后才能錄入課程信息。再比如新轉入一個學生，由于還沒有選課，就沒法確定課程號，那么就無法插入到數據庫中。

（3）更新異常

由于數據出現了大量的冗余，系統需要更新數據，必然會花費很大的代價進行維護數據庫，否則會面臨數據不一致的情況。例如某個系需要更換系主任，那么就需要更新與這個系有關的所有行的信息。由于工作量非常大，若錄入不慎，就會出現數據不一致的問題。

（4）刪除異常

刪除異常指的是當需要刪除數據時，不能刪除該數據或出現刪除錯誤，后者刪除數據后，把相關聯不應該刪除的數據也刪除了。例如在該關系模式中，如果某個學生因特殊情況退學，那么就會把課程號、課程名稱、系號、系主任等相關信息刪除。

鑒于以上分析，說明該模式不是一個優質的關系模式。一個質量優的關系模式不會出現大量的數據冗余現象、不會出現操作異常、不會造成數據的不一致性等相關問題。

為什么發生這些問題，主要因為這個模式中存在函數依賴相關問題。

2函數依賴

函數依賴指的是數據庫中各屬性之間的聯系，例如在學生中，每個學號對應一個姓名，每個學號對應一個出生日期等。每門課可以對應多個教師等，這類聯系稱為函數依賴。類似于函數Y=F（x），給出一個x的值，對應一個Y的值。函數依賴的定義如下：

（1）平凡函數依賴與非平凡函數依賴

在關系模式R（U）中，對于U的子集X和Y，如果[X→Y]，但Y不是X的子集，則稱[X→Y]是非平凡函數依賴。若Y是X的子集，則稱[X→Y]是平凡函數依賴。

（2）完全函數依賴與部分函數依賴

在關系模式R（U）中，如果[X→Y]，并且對于X的任何一個真子集[X']都有[X'→Y]，即[X'→Y]不成立，則稱Y完全函數依賴X，記[X→Y]。

例如在關系SC（Sno，Cno，Grade）中，（Sno，Cno）[→]Grade， 且Grade不單獨依賴Sno，也不單獨依賴Cno，而是由Sno和Cno共同決定。則Grade完全依賴Sno和Cno。又例如在關系Student（Sno，Sname，Dept，Dname，Cno，Cname，Grade）中，Sno和Cno是主鍵，則Cname是有Cno決定的，與Sno無關，則Cname部分依賴（Sno，Cno）。

（3）傳遞函數依賴

在關系模式R（U）中，如果[X→Y]，[Y→Z]，且[Y→X]不成立，則稱Z傳遞函數依賴于X。

在傳遞函數依賴中加入條件[Y→X]不成立，是因為如果[Y→X]，則認為X與Y存在互相依賴的關系，這實際上是Z直接依賴于X，而不是傳遞依賴關系了。例如在關系Student（Sno，Sname，Dept，Dname，Cno，Cname，Grade）中，[Sno→Dept]， [Dept→Dname]，可以看出[Sno→Dname]，Dname傳遞依賴于Sno。

3范式

關系模式的好與壞，用什么標準衡量呢？這個標準就是模式的范式。范式是一種標準用來衡量關系模式的優劣，范式級別越高，符合的標準越高。

（1）第一范式

如果關系R中每個屬性都是簡單的屬性，且為原子性，不可再分割，則屬于第一范式，記作1NF。

第一范式是對關系數據庫的最低要求，不滿足第一范式的要求，不屬于關系型數據庫，不滿足第一范式的關系稱為非規范化關系。

對于U=（Sno，Sname，Birthday，Dept，Dname，Cno，Cname，Credit，Grade），滿足第一范式的關系模式還會存在插入異常、更新異常、刪除異常、數據冗余等相關現象，需要滿足更高范式要求，以消除以上不利影響。