数据库技术与应用教程：关系模式规范化的必要性

2023-11-24 理论教育版权反馈

【摘要】：关系模式设计的好坏将直接影响到数据库设计的成败。将关系模式规范化，使之达到较高的范式，这是设计好关系模式的主要途径。表2－1中的数据按分解后的关系模式组织，得到表2－2。

关系数据库的设计主要是关系模式的设计。关系模式设计的好坏将直接影响到数据库设计的成败。将关系模式规范化，使之达到较高的范式，这是设计好关系模式的主要途径。

1.关系模式应满足的基本要求

好的关系模式除了能满足用户对信息存储和查询的基本要求外，还应当使它的数据库满足如下要求。

（1）元组的每个分量必须是不可分的数据项

关系数据库特别强调关系中的属性不能是组合属性，必须是基本项，并把这一要求规定为鉴别表格是否为“关系”的标准。如果表格结构的数据项都是基本项，则该表格为关系，它服从关系模式的第一范式，以后可以在此基础上进一步规范化。否则，如果表格结构中含有组合项，必须先使之转换为基本数据项。因为关系的一切数学理论都是基于关系服从1 NF的基础上的。

换一种角度讲，假如关系中允许组合项，例如允许“成绩”项中含有“数据结构、数据库、操作系统”3个基本项，会使关系结构变为多层次的混合结构。它将大大增加关系操作的表达、优化及执行的复杂度，使有些问题变得非常难处理，所以关系数据库中必须遵守这一规定。

（2）数据库中的数据冗余应尽可能少

数据冗余大是指重复的数据多。“数据冗余”是数据库最忌讳的毛病，数据冗余会使数据库中的数据量剧增，系统负担加重，并浪费大量的存储空间。数据冗余还可能造成数据的不完整，增加数据维护的代价。数据冗余还会造成数据查询和统计的困难，并导致错误的结果。

尽管关系数据是根据外码建立关系之间的连接运算的，外码数据是关系数据库不可消除的“数据冗余”，但在设计数据库时，应千方百计将数据冗余控制在最小的范围内，不必要的数据冗余应坚决消除。

（3）关系数据库不能因为数据更新操作而引起数据不一致问题

如果数据模式设计得不好，就可能造成不必要的数据冗余，一个信息就会多次在多个地方重复存储。对于“数据冗余大”的关系数据库，当执行数据修改时，这些冗余数据就可能出现有些被修改，而有些没有修改，从而造成数据不一致问题。数据不一致问题影响了数据的完整性，使得数据库中数据的可信度降低。

（4）数据库中的数据不能在执行数据插入时产生插入异常现象

所谓“插入异常”是指希望插入的信息由于不能满足数据完整性的某种要求，而不能正常地被插入数据库的问题。出现数据插入异常问题的主要原因是数据库设计时没有按“一事一地”的原则进行，多种信息混合放在一个表中，就可能造成因一种信息被捆绑在其他信息上，而产生信息之间相互依附存储的问题，这是使得信息不能独立插入的关键所在。

（5）数据库中的数据不能在执行删除操作时产生删除异常问题

“删除异常”是指在删除某种信息的同时把其他信息也删除了。“删除异常”也是数据库结构不合理产生的毛病。和“插入异常”一样，如果关系中多种信息捆绑在一起，当被删除信息中含有关系的主属性时，由于关系要满足实体完整性，整个元组将全部从数据库中被删除，即出现“删除异常”。

（6）数据库设计应考虑查询要求，数据组织应合理

在数据库设计时，不仅要考虑数据自身的结构完整性，还要考虑数据的使用要求。为了使数据查询和数据处理高效简洁，特别是对那些查询实时性要求高、操作频度大的数据，有必要通过视图、索引和适当增加数据冗余的方法，来增加数据库的方便性和可用性。

2.关系规范化可能出现的问题

如果一个关系没有经过规范化，可能会导致上述谈到的数据冗余大，数据更新造成不一致、数据插入异常和删除异常问题。下面的例子说明了上述问题。

例如，要求设计一个教学管理数据库，希望从该数据库中得到学生学号、学生姓名、年龄、性别、系别、系主任姓名、学生学习的课程和该课程的成绩信息。若将此信息要求设计为一个关系，则关系模式为

教学（学号，姓名，年龄，性别，系名，系主任，课程名，成绩）；

可以推出此关系模式的码为（学号，课程名）。

仅从关系模式上看，上述教学关系已经包括了系统需要的全部信息。但是，我们如果按此关系模式建立关系，就会发现其中的问题所在。下面我们通过具体实例，对该数据模式进行分析，找出不足之处。(www.chuimin.cn)

表2—1　不规范关系的实例——教学关系

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