数据库原理及应用系列笔记之数据库设计

数据库设计

数据依赖

• 关系数据库内数据之间存在一定的数据依赖关系

函数依赖FD

• 一个属性的值可以唯一的决定其它属性的值

多值依赖MVD

• 一个属性的值决定其它属性的一组值
• 实际生活存在但很少

连接依赖JD

• 关系属性之间能够无损连接
  • 无损连接：连接后的元组数一个不多，一个不少
• 实际生活存在但很少

关系模式的规范化

关系模式的范式理论

1 NF 一范式

• 不支持表中套表
• 关系中的每一个元组必须是原子【即不可再分】

2 NF 二范式

• 数据库设计时，设计出来的表满足一范式，并且该表内不存在属性对主键的部分函数依赖。

例子：

• 若属性由（学号、姓名、班级、课程号、成绩）五个属性组成，其中（学号，课程号）共同组成主键。
  • 此时不满足二范式。
  • 其中的姓名和班级，只需要依赖主键中的学号就可以得到。

不满足2范式容易出现的问题：

• 插入异常
  • 上例中，不能插入一个还未选课的学生的信息
• 删除异常
  • 上例中，如果一个学生申请休学，把选过的课退了，那么他的信息也会被删除
• 更新异常
  • 更新中难以保持数据的一致性，上例的设计有大量的数据冗余

解决方法

• 设计时，一视一地。
  • 一张表只管一件事情

3 NF 三范式

• 在满足二范式的前提下，不存在属性对主键的传递依赖。

例子

• 若属性由（职工编号、工资级别、工资）三个属性组成，其中（职工编号）为主键。

分析

• 工资取决于工资级别，取决于职工编号

上例不满足3范式的问题

• 插入异常：当一个人的工资级别还没定的时候，他对应的工资也没有
• 删除异常：若只是删除一个员工的工资信息时，会把对应的工资级别信息也删除了
• 更新异常：数据内有大量的冗余

解决方法

• 设计时，一视一地。
  • 一张表只管一件事情

4 NF 四范式

• 在满足三范式的前提下，消除多值依赖。

5 NF 五范式

• 在满足四范式的前提下，消除连接依赖。

数据库设计方法

面向过程的方法

• 根据单位日常处理的流程，以过程为中心。
  • 好处
    • 在设计初期，能比较快的实现
  • 缺点
    • 没分析数据之间的关系，数据由冗余和矛盾，当流程进行改动时，会有很多问题

面向对象的方法

• 以数据为中心的方法
• 分析数据之间的关系，设计一些符合3NF的模式

数据库设计流程

• 需求分析，与用户交流确定需求
• 概念设计，分析数据之间的关系、实体及实体间的逻辑
• 逻辑设计，看采用的数据库系统，生成基表
• 物理设计，考虑数据在内存上到底如何存储

各阶段主要工作

需求分析阶段

• 数据字典
  • 把所有的基本数据元素都找出来
    • 解决问题：
      • 名字冲突：同名异意
      • 概念冲突
      • 域冲突
      • 编码问题
        • 压缩信息
        • 基本信息
        • 实体识别

概念设计阶段

• 用ER图抽象出实体
• 哪些数据项抽象成实体
• 实体间的联系
• 相关ER图工具

逻辑设计阶段

• 把ER图表达的数据模型进行建表
• 表和属性的命名规则
• 逆规范化
• 定义视图
• 考虑遗留系统的表的设计

物理设计阶段

• 根据DBMS特点对每个表的存储和索引情况进行权衡
• 分区设计

总结

• 仅仅在结构上满足3范式是不够的
• 一事一地包括每项信息的唯一，要提取出问题的本质，识别本质上同一概念的信息项
• 对于表达类似信息、能合并尽量合并
• 考虑到效率、用途等因素、该分开的要分开
• 结合DBMS内部实现技术，合理设计索引和文件结构，为查询优化准备号存取路径
• 在结构规范化、减少数据冗余和提高数据库访问性能之间仔细权衡，适当折中

案例分析一

• 一些表内数据相似，概念不清
  • 在做需求分析时没有以数据为中心，没有找到基本的数据元素
  • 数据应该来源唯一，责任唯一

案例分析二