【数据库原理】(19)在实际数据库设计中关系规范化的应用

一.关系规范化的基本原则

1. 规范化的目的和基本思想

  • 目的:通过分解低一级范式的关系模式,转换为高一级范式的关系模式集合,以减少数据冗余和更新异常。

  • 基本思想

    • “一事一地”:确保每个关系模式只描述一个概念、实体或实体间的一种联系,实现概念的单一化。
    • 分离:逐步消除不合适的数据依赖部分,使各关系模式分离。

2. 规范化程度的选择

  • 平衡原则:在数据变动不频繁的数据库中,规范化程度可以稍低,以提高查询效率。
  • 程度选择:通常达到大多数关系模式为第三范式(3NF)即可。
  • 考虑因素:权衡存取效率与数据冗余、一致性等因素,根据具体应用场景选择适当的规范化程度。

3. 规范化过程的关键原则

  • 无损连接分解

    • 确保分解过程中数据不会丢失或增加。
    • 保持数据的完整性,确保分解后的关系模式能无损地表示原有的全局关系模式信息。
  • 保持函数依赖

    • 分解后的关系模式应保持原关系模式中的函数依赖。
    • 避免引入更新异常。

4. 分解的实现

  • 分解方法

    • 将一个关系模式分解为多个子模式,每个子模式应有更少的属性,即更高的范式级别。
  • 考虑因素

    • 存储空间的优化与数据一致性。
    • 查询效率,考虑连接运算的代价。
  • 正确性与可实现性

    • 确保分解后的模式既正确又实用。
    • 考虑实际应用中的数据处理和查询需求。

在进行数据库设计时,规范化是一个重要的步骤,但它并不是唯一的标准。数据库设计者的任务是在满足用户需求和系统性能要求的条件下,找到最合适的数据库模式。选择适当的规范化程度,既可以减少数据冗余和维护成本,又可以保证查询和数据处理的效率。

二.关系规范化的实际应用

在关系数据库的实际应用中,规范化过程并不总是严格按照理论进行。实际应用中的规范化考虑了多种因素,包括数据依赖关系的识别难度、数据的动态特征、以及从实体-关系模型(E-R模型)到关系模式的转换等。下面是关系规范化在实际应用中的关键点:

1. 数据依赖关系的识别

  • 在实践中,识别所有的数据依赖(函数依赖和多值依赖)是一项挑战性的任务。如果数据依赖识别不完整或错误,可能导致不理想的数据库设计。
  • 确定数据依赖关系最好在系统分析阶段完成,尤其是在E-R模型创建过程中。

2. 动态数据特征的考虑

  • 关系模式的规范化应考虑数据的动态特征,比如数据更新的频率。
  • 对于经常更新的数据,高度的规范化可能不适宜,因为它可能导致频繁的连接操作,影响性能。

3. E-R模型到关系模式的转换

  • 在实际应用中,数据库设计通常首先从现实环境建立E-R模型,然后将其转换为关系数据库模式。
  • E-R模型通常会产生较小的关系模式(属性较少),这可能需要合并而不是分解关系模式。

4. 查询方便性与合并关系模式

  • 为了方便数据库查询,有时需要合并而不是分解关系模式。
  • 合并关系时,应避免引入不必要的数据冗余和“多余”的函数依赖。

5. 规范化理论的指导作用

  • 尽管在实践中不总是严格遵循规范化理论,但这些理论在设计关系数据库模式时仍发挥着重要的指导作用。
  • 通过E-R模型设计阶段的细致分析,可以确保得到的关系数据库模式基本达到第三范式(3NF)的规范程度。

6. 综合考虑规范化与性能

  • 在实际应用中,规范化程度的选择需要根据实际情况进行权衡,以平衡数据冗余、一致性与查询效率。
  • 完全的规范化不一定是目标,关键是找到满足用户需求且性能合理的数据库设计。

总结来说,关系数据库的实际设计既要考虑理论指导,也要根据具体应用场景的需求和特点来做出灵活的调整。设计者的任务是在理论与实践之间找到最佳的平衡点。

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