豆利

摘要：数据库的设计中，关系模式设计在整个数据库的设计过程中起着重要的指导作用。一个数据库模式设计的好坏主要取决于各个关系模式的质量。本文以教务管理数据库的关系模式讲述设计准则、函数依赖、模式分解以及规范化处理。

关键词：关系模式;教务管理;函数依赖;规范化

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）19-0029-02

1问题提出

在数据库系统中，经常会出现数据冗余度大，且数据操作出现异常等问题，很多情况下，是由于数据库设计阶段没有选择好的关系模式。

建立一个描述学校教务管理的数据库，该数据库涉及的对象有学生的学号（Sno），学生的姓名（Sname），出生日期（Birthday），所在系（Dept）、系主任姓名（Dname），课程号（Cno），课程名称（Cname），学分（Credit）和成绩（Grade）。该关系模式如下：Student=（Sno，Sname，Birthday，Dept，Dname，Cno，Cname，Credit，Grade），其中Sno和Cno作为该关系模式的主键。

但是，这个Student关系模式存在很大问题，具体问题分析如下：

（1）数据冗余大

例如在该关系模式中，假设有1000个学生，就会存储1000次系主任姓名，每个系的系主任的姓名大量重复出现，系主任姓名重复的次数和本系学生人数保持一致，造成了存储空间的浪费。

（2）插入异常

插入异常指的是本应该插入的数据而不能插入到数据库中。不能插入的原因不是系统代码设计的问题，而是数据库设计的问题造成的。学号和课程号共同组成了该关系模式的主键，要录入课程信息，必须知道学生的学号这个关键字。但对于新开设的课程，由于还没有人选修，就没有办法录入课程信息。也就是无法给出开课计划，只能有人选修后才能录入课程信息。再比如新转入一个学生，由于还没有选课，就没法确定课程号，那幺就无法插入到数据库中。

（3）更新异常

由于数据出现了大量的冗余，系统需要更新数据，必然会花费很大的代价进行维护数据库，否则会面临数据不一致的情况。例如某个系需要更换系主任，那幺就需要更新与这个系有关的所有行的信息。由于工作量非常大，若录入不慎，就会出现数据不一致的问题。

（4）删除异常

删除异常指的是当需要删除数据时，不能删除该数据或出现删除错误，后者删除数据后，把相关联不应该删除的数据也删除了。例如在该关系模式中，如果某个学生因特殊情况退学，那幺就会把课程号、课程名称、系号、系主任等相关信息删除。

鉴于以上分析，说明该模式不是一个优质的关系模式。一个质量优的关系模式不会出现大量的数据冗余现象、不会出现操作异常、不会造成数据的不一致性等相关问题。

为什幺发生这些问题，主要因为这个模式中存在函数依赖相关问题。

2函数依赖

函数依赖指的是数据库中各属性之间的联系，例如在学生中，每个学号对应一个姓名，每个学号对应一个出生日期等。每门课可以对应多个教师等，这类联系称为函数依赖。类似于函数Y=F（x），给出一个x的值，对应一个Y的值。函数依赖的定义如下：

（1）平凡函数依赖与非平凡函数依赖

在关系模式R（U）中，对于U的子集X和Y，如果[X→Y]，但Y不是X的子集，则称[X→Y]是非平凡函数依赖。若Y是X的子集，则称[X→Y]是平凡函数依赖。

（2）完全函数依赖与部分函数依赖

在关系模式R（U）中，如果[X→Y]，并且对于X的任何一个真子集[X']都有[X'→Y]，即[X'→Y]不成立，则称Y完全函数依赖X，记[X→Y]。

例如在关系SC（Sno，Cno，Grade）中，（Sno，Cno）[→]Grade， 且Grade不单独依赖Sno，也不单独依赖Cno，而是由Sno和Cno共同决定。则Grade完全依赖Sno和Cno。又例如在关系Student（Sno，Sname，Dept，Dname，Cno，Cname，Grade）中，Sno和Cno是主键，则Cname是有Cno决定的，与Sno无关，则Cname部分依赖（Sno，Cno）。

（3）传递函数依赖

在关系模式R（U）中，如果[X→Y]，[Y→Z]，且[Y→X]不成立，则称Z传递函数依赖于X。

在传递函数依赖中加入条件[Y→X]不成立，是因为如果[Y→X]，则认为X与Y存在互相依赖的关系，这实际上是Z直接依赖于X，而不是传递依赖关系了。例如在关系Student（Sno，Sname，Dept，Dname，Cno，Cname，Grade）中，[Sno→Dept]， [Dept→Dname]，可以看出[Sno→Dname]，Dname传递依赖于Sno。

3范式

关系模式的好与坏，用什幺标准衡量呢？这个标准就是模式的范式。范式是一种标准用来衡量关系模式的优劣，范式级别越高，符合的标准越高。

（1）第一范式

如果关系R中每个属性都是简单的属性，且为原子性，不可再分割，则属于第一范式，记作1NF。

第一范式是对关系数据库的最低要求，不满足第一范式的要求，不属于关系型数据库，不满足第一范式的关系称为非规范化关系。

对于U=（Sno，Sname，Birthday，Dept，Dname，Cno，Cname，Credit，Grade），满足第一范式的关系模式还会存在插入异常、更新异常、删除异常、数据冗余等相关现象，需要满足更高范式要求，以消除以上不利影响。