牛文穎 紀(jì)寧 大連科技學(xué)院

設(shè)計(jì)出一個(gè)合理實(shí)用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是目前應(yīng)用領(lǐng)域一個(gè)非常重要的課題，而范式分析理論正是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的一個(gè)理論指導(dǎo)，它可以判斷設(shè)計(jì)出的數(shù)據(jù)庫是否是一個(gè)好的數(shù)據(jù)庫模式。本文深入淺出地討論范式理論，以及如何將一個(gè)不好的關(guān)系模式轉(zhuǎn)換成好的關(guān)系模式，同時(shí)舉出實(shí)例分析研究。

1 第一范式

1.1 概念

任何一個(gè)關(guān)系模式都應(yīng)該滿足第一范式。第一范式是指關(guān)系中的所有屬性都是不可再分的數(shù)據(jù)項(xiàng)[1]。比如下表對屬性電話進(jìn)行了分解，使得該關(guān)系不能成為第一范式。

姓名 電話年齡手機(jī) 座機(jī)大寶 13612345678 021－9876543 22

又如關(guān)系模式：單位（單位號，員工號，單位地址，單位電話），一個(gè)單位有多個(gè)員工，所以員工號有多個(gè)值，也使得該關(guān)系模式不能成為第一范式。綜上兩個(gè)實(shí)例滿足第一范式的關(guān)系，其屬性和屬性值都不能再分。

1.2 存在操作異常

第一范式存在的問題：

對關(guān)系模式選課（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，系號，系名，系地址，課程號，課程名，學(xué)分，成績）進(jìn)行范式分析。

數(shù)據(jù)插入異常：關(guān)系模型選課滿足第一范式。主鍵是（學(xué)號，課程號）。現(xiàn)有需求如下：一個(gè)新生報(bào)道，還沒有選修課程。該新生信息（3，王芳，女，1990-3-3），是否能插入到選課關(guān)系中。根據(jù)實(shí)體完整性約束，主鍵的每個(gè)屬性都不能為null的原則。該新生沒有選課，不能插入到選課關(guān)系中，所以對于第一范式存在插入異常。

數(shù)據(jù)刪除異常：如果某個(gè)學(xué)生只選修了一門課，由于某種原因，這個(gè)學(xué)生不選課了，因此要?jiǎng)h除該學(xué)生的選課記錄。這次刪除意味著學(xué)生的信息也不復(fù)存在了。這種情況稱為刪除異常。

數(shù)據(jù)修改異常：如果某個(gè)學(xué)生選課信息發(fā)生變化，比如1號“莉莉”由D1改為D2，不僅要修改課程號，同時(shí)還要修改課程名及學(xué)分。這樣使修改變得復(fù)雜，容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致。

1.3 異常的原因

對上述第一范式產(chǎn)生的問題，實(shí)質(zhì)是把學(xué)生實(shí)體信息和課程實(shí)體信息合在了一起，失去了各自實(shí)體數(shù)據(jù)操作的獨(dú)立性，對其中一個(gè)實(shí)體操作勢必影響另一個(gè)實(shí)體。從范式理論上稱這種關(guān)系為部分函數(shù)依賴。下面具體分析第一范式的函數(shù)依賴關(guān)系：提煉出所有的非主屬性和主鍵的關(guān)系。在上例中：非主屬性“姓名”、“性別”、“出生日期”，“系號”，“系名”，“系地址”屬性只與主鍵中的學(xué)號有關(guān)，所以它們部分依賴于主鍵；非主屬性“課程名”、“學(xué)分”屬性只與主鍵中的課程號有關(guān)，所以它們部分依賴于主鍵；而非主屬性“成績”即與學(xué)號有關(guān)，又與課程號有關(guān)，所以說成績完全依賴于主鍵。

解決第一范式的問題，就是在上述分析依賴關(guān)系基礎(chǔ)上對關(guān)系進(jìn)行分解。消除部分函數(shù)依賴。使其轉(zhuǎn)換為第二范式。

2 第二范式

2.1 第一范式轉(zhuǎn)換為第二范式

第二范式一定是第一范式，并且不存在非主屬性部分函數(shù)依賴于主鍵。

將上例進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為第二范式，將部分函數(shù)依賴關(guān)系中的主屬性和非主屬性從關(guān)系中提取出來，單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)關(guān)系模式：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，系號，系名，系地址）；課程（課程號，課程名，學(xué)分）；將關(guān)系模式中余下的屬性，加上主關(guān)鍵字，構(gòu)成另一個(gè)關(guān)系。選課（學(xué)號，課程號，成績）。

分解之后解決了第一范式提到的數(shù)據(jù)操作異常?？梢韵?qū)W生關(guān)系中插入沒有選課的學(xué)生信息，可以在選課關(guān)系中刪除學(xué)生的選課信息，可以在選課表里修改學(xué)生的選課信息。

2.2 第二范式的異常

插入異常：例如學(xué)生關(guān)系模式中：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，系號，系名，系地址）如果新開了一個(gè)系，該系還沒有學(xué)生，那么該系的信息是不能插入到學(xué)生關(guān)系中的，因?yàn)樽鰹橹麈I的學(xué)生不能為空。

刪除異常：如果某些學(xué)生退學(xué)，要?jiǎng)h除學(xué)生的記錄，就會連帶刪除系的信息，產(chǎn)生刪除異常。

修改異常：因?yàn)槎鄠€(gè)學(xué)生可以在同一個(gè)系，系的其他信息也會重復(fù)出現(xiàn)，如果系的電話發(fā)生變化，就需要多次修改，容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致。

2.3 異常原因

下面具體分析第二范式的函數(shù)依賴關(guān)系：在上例中：非主屬性“系名”，“系電話”，“系地址”直接依賴于“系號”，而“系號”直接依賴于主鍵“學(xué)號”。所以說非主屬性“系名”，“系電話”，“系地址”傳遞依賴于主鍵“學(xué)號”。

解決第二范式的問題，就是在上述分析依賴關(guān)系基礎(chǔ)上對關(guān)系進(jìn)行分解。消除傳遞函數(shù)依賴。使其轉(zhuǎn)換為第三范式。

3 第三范式

第三范式一定是第二范式，并且不存在非主屬性傳遞函數(shù)依賴于主鍵。

將上例進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為第三范式，將起傳遞作用的非主屬性和直接傳遞依賴的非主屬性構(gòu)成一個(gè)新關(guān)系模式：系（系號，系名，系地址），該關(guān)系中主鍵為系號。將關(guān)系模式中余下的屬性，加上新表中的主鍵，構(gòu)成另一個(gè)關(guān)系：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，系號），該關(guān)系中主鍵為學(xué)號，外鍵為系號。最終將學(xué)生關(guān)系模式轉(zhuǎn)換為以下兩個(gè)關(guān)系模式：

系（系號，系名，系地址）

學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，系號）。

分解之后解決了第二范式提到的數(shù)據(jù)操作異常。

[1]鄧麗，數(shù)據(jù)庫簡明教程[M]，東軟電子出版社,2012(105)