數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則-范式

規(guī)范化－數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則 摘要 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是當(dāng)前廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫類型，關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計是對數(shù)據(jù)進(jìn)行組織化和結(jié)構(gòu)化的過程，核心問題是關(guān)系模型的設(shè)計。對于數(shù)據(jù)庫規(guī)模較小的情況，我們可以比較輕松的處理數(shù)據(jù)庫中的表結(jié)構(gòu)。然而，隨著項目規(guī)模的不斷增長，

規(guī)范化－數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則

摘要

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是當(dāng)前廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫類型，關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計是對數(shù)據(jù)進(jìn)行組織化和結(jié)構(gòu)化的過程，核心問題是關(guān)系模型的設(shè)計。對于數(shù)據(jù)庫規(guī)模較小的情況，我們可以比較輕松的處理數(shù)據(jù)庫中的表結(jié)構(gòu)。然而，隨著項目規(guī)模的不斷增長，相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫也變得更加復(fù)雜，關(guān)系模型表結(jié)構(gòu)更為龐雜，這時我們往往會發(fā)現(xiàn)我們寫出來的SQL語句的是很笨拙并且效率低下的。更糟糕的是，由于表結(jié)構(gòu)定義的不合理，會導(dǎo)致在更新數(shù)據(jù)時造成數(shù)據(jù)的不完整。因此，就有必要學(xué)習(xí)和掌握數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化流程，以指導(dǎo)我們更好的設(shè)計數(shù)據(jù)庫的表結(jié)構(gòu)，減少冗余的數(shù)據(jù)，借此可以提高數(shù)據(jù)庫的存儲效率，數(shù)據(jù)完整性和可擴(kuò)展性。本文將結(jié)合具體的實例，介紹數(shù)據(jù)庫規(guī)范化的流程。

本文的目的就是通過詳細(xì)的實例來闡述規(guī)范化的數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則。在oracle中，簡潔、結(jié)構(gòu)明晰的表結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)庫的設(shè)計是相當(dāng)重要的。規(guī)范化的表結(jié)構(gòu)設(shè)計，在以后的數(shù)據(jù)維護(hù)中，不會發(fā)生插入（insert）、刪除（delete）和更新（update）時的異常。反之，數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，不僅會給數(shù)據(jù)庫的使用和維護(hù)帶來各種各樣的問題，而且可能存儲了大量不需要的冗余信息，浪費(fèi)系統(tǒng)資源。

要設(shè)計規(guī)范化的數(shù)據(jù)庫，就要求我們根據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計范式――也就是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的規(guī)范原則來做。但是一些相關(guān)材料上提到的范式設(shè)計，往往是給出一大堆的公式，這給設(shè)計者的理解和運(yùn)用造成了一定的困難。因此，本文將結(jié)合具體形象的例子，盡可能通俗化地描述三個范式，以及如何在實際工程中加以優(yōu)化應(yīng)用。

規(guī)范化

在設(shè)計和操作維護(hù)數(shù)據(jù)庫時，關(guān)鍵的步驟就是要確保數(shù)據(jù)正確地分布到數(shù)據(jù)庫的表中。使用正確的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不僅便于對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相應(yīng)的存取操作，而且可以極大地簡化應(yīng)用程序的其他內(nèi)容（查詢、窗體、報表、代碼等）。正確進(jìn)行表設(shè)計的正式名稱就是"數(shù)據(jù)庫規(guī)范化"。后面我們將通過實例來說明具體的規(guī)范化的工程。關(guān)于什么是范式的定義，請參考附錄文章 1.

數(shù)據(jù)冗余

數(shù)據(jù)應(yīng)該盡可能少地冗余，這意味著重復(fù)數(shù)據(jù)應(yīng)該減少到最少。比如說，一個部門雇員的電話不應(yīng)該被存儲在不同的表中， 因為這里的電話號碼是雇員的一個屬性。如果存在過多的冗余數(shù)據(jù)，這就意味著要占用了更多的物理空間，同時也對數(shù)據(jù)的維護(hù)和一致性檢查帶來了問題，當(dāng)這個員工的電話號碼變化時，冗余數(shù)據(jù)會導(dǎo)致對多個表的更新動作，如果有一個表不幸被忽略了，那么就可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致性。

規(guī)范化實例：

為了說明方便，我們在本文中將使用一個SAMPLE數(shù)據(jù)表，來一步一步分析規(guī)范化的過程。

首先，我們先來生成一個的最初始的表。

表1-1

考察表1-1，我們可以看到，這張表一共有六個字段，分析每個字段都有重復(fù)的值出現(xiàn)，也就是說，存在數(shù)據(jù)冗余問題。這將潛在地造成數(shù)據(jù)操作（比如刪除、更新等操作）時的異常情況，因此，需要進(jìn)行規(guī)范化。

第一范式

參照范式的定義，考察上表，我們發(fā)現(xiàn)，這張表已經(jīng)滿足了第一范式的要求。

1、因為這張表中字段都是單一屬性的，不可再分；

2、而且每一行的記錄都是沒有重復(fù)的；

3、存在主屬性，而且所有的屬性都是依賴于主屬性；

4、所有的主屬性都已經(jīng)定義

事實上在當(dāng)前所有的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）中，都已經(jīng)在建表的時候強(qiáng)制滿足第一范式。因此，這張SAMPLE表已經(jīng)是一張滿足第一范式要求的表。考察表1-1，我們首先要找出主鍵。可以看到，屬性對是主鍵，其他所有的屬性都依賴于該主鍵。

從第一范式轉(zhuǎn)化為第二范式

根據(jù)第二范式的定義，轉(zhuǎn)化為二范式就是消除部分依賴。

考察表1-1，我們可以發(fā)現(xiàn)，非主屬性部分依賴于主鍵中的; 非主屬性，和都部分依賴于主鍵中的；

表1-1的形式，存在著以下潛在問題：

1． 數(shù)據(jù)冗余：每一個字段都有值重復(fù)；

2． 更新異常：比如字段的值，比如對值"TPMS"了修改，那么就要一次更新該字段的多個值；

3． 插入異常：如果新建了一個Project，名字為TPT, 但是還沒有Employee加入，那么將會空缺，而該字段是主鍵的一部分，因此將無法插入記錄；

Insert into SAMPLE(PRJNUM, PRJNAME, EMYNUM, EMYNAME, SALCATEGORY, SALPACKAGE) values(100003, 'TPT', NULL, NULL, NULL, NULL)

4． 刪除異常：如果一個員工 200003, Kevin 離職了，要將該員工的記錄從表中刪除，而此時相關(guān)的Salary信息 C 也將丟失, 因為再沒有別的行紀(jì)錄下 Salary C的信息。

Delete from sample where EMYNUM = 200003
Select distinct SALCATEGORY, SALPACKAGE from SAMPLE

因此，我們需要將存在部分依賴關(guān)系的主屬性和非主屬性從滿足第一范式的表中分離出來，形成一張新的表，而新表和舊表之間是一對多的關(guān)系。由此，我們得到：

表1-2

表1-3

同時，我們把表1-1的主鍵，也就是表1-2和表1-3的各自的主鍵提取出來，單獨(dú)形成一張表，來表明表1-2和表1-3之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系：

表1-4

這時候我們仔細(xì)觀察一下表1-2, 1-3, 1-4, 我們發(fā)現(xiàn)插入異常已經(jīng)不存在了，當(dāng)我們引入一個新的項目 TPT 的時候，我們只需要向表1-2 中插入一條數(shù)據(jù)就可以了， 當(dāng)有新人加入項目 TPT 的時候，我們需要向表1-3, 1-4 中各插入一條數(shù)據(jù)就可以了。雖然我們解決了一個大問題，但是仔細(xì)觀察我們還是發(fā)現(xiàn)有問題存在。

從第二范式轉(zhuǎn)化為第三范式

考察表前面生成的三張表，我們發(fā)現(xiàn)，表1-3存在傳遞依賴關(guān)系，即：關(guān)鍵字段< Employee Number > --> 非關(guān)鍵字段< Salary Category > -->非關(guān)鍵字段< Salary Package >。而這是不滿足三范式的規(guī)則的，存在以下的不足：

1、 數(shù)據(jù)冗余：和的值有重復(fù)；

2、 更新異常：有重復(fù)的冗余信息，修改時需要同時修改多條記錄，否則會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的情況；

3、 刪除異常：同樣的，如果員工 200003 Kevin 離開了公司，會直接導(dǎo)致 Salary C 的信息的丟失。

Delete from EMPLOYEE where EMYNUM = 200003
Select distinct SALCATEGORY, SALPACKAGE from EMPLOYEE

因此，我們需要繼續(xù)進(jìn)行規(guī)范化的過程，把表1-3拆開，我們得到：

表1-5

和

表1-6

這時候如果 200003 Kevin 離開公司，我們只需要從表 1-5 中刪除他就可以了， 存在于表1-6中的Salary C信息并不會丟失。但是我們要注意到除了表 1-5 中存在 Kevin 的信息之外， 表1-4中也存在 Kevin 的信息， 這很容易理解， 因為 Kevin 參與了項目 100001， TPMS， 所以當(dāng)然也要從中刪除。

至此，我們將表1-1經(jīng)過規(guī)范化步驟，得到四張表，滿足了三范式的約束要求，數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常和刪除異常。

在三范式之上，還存在著更為嚴(yán)格約束的BC范式和四范式，但是這兩種形式在商業(yè)應(yīng)用中很少用到，在絕大多數(shù)情況下，三范式已經(jīng)滿足了數(shù)據(jù)庫表規(guī)范化的要求，有效地解決了數(shù)據(jù)冗余和維護(hù)操作的異常問題。

結(jié)束：

在本文描述的過程中，我們通過結(jié)合實例的方法，通俗地演繹了數(shù)據(jù)表規(guī)范化的過程，并展示了在此過程中數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)庫操作異常等問題是如何得到解決的。

在具體的工程應(yīng)用中，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫規(guī)范化的方法來設(shè)計數(shù)據(jù)庫表，將是具有現(xiàn)實意義的。

參考資料：

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