关系数据库设计
数据库课件第6章 关系数据库设计
“学生”是该系统的一个核心数据结构，它可以描述如 下： 数据结构： 学生 含义说明： 是教学管理子系统的主体数据结构， 定义了一个学生的相关信息。 组成： 学号，姓名，性别，年龄，所在系，年级
2．分析得到系统的信息需求
例如: ⑴ 教学管理子系统的信息需求
管理学生、班级、教师、课程、专业和系等信息。 ①学生：学号、姓名、性别、年龄等。 ②班级：班级号、班级名、人数等。 ③教师：教师号、姓名、性别、职称、 电话号码和家 庭地址(城市、区、街道、邮政编码)等。 ④课程：课程号、课程名、学分、周学时、课程类型 (周数)等。 ⑤专业：专业号、专业名、选修门数等。 ⑥系：系号、系名等。
课程号 课程名 总课时
课程
请按键 ★
教授联系的合并
教 学 管 理 子 系 统
教师 m
教授 n 课程
教师 m 教授 n 课程
时间 教室号
合 并 后
时间 评教等级
教师 m
教授 n 课程 评教等级 时间 教室号
请按键 ★
工Hale Waihona Puke 资 及 福 利 子 系 统
合并后生成的全局E-R模型
教师 号
姓 名
性 别
⑵ 消除冗余数据和冗余联系 检查合并后的E-R模型中有无冗余数 据和冗余联系，如有则根据实际情况消 除之。
⑶ 例
教学管理与工资及福利管理子系统中，教 师的职工号存在命名冲突；教师实体存在 结构冲突。
教师 号
姓 名 教师 m 时间
性 别
职 称 电话号 码
n
工作
1
系 系号 系名
教授 教室号 n 课程名 n 课程 m n 学分 m
关系数据库的规范化设计
第二范式
确保每个非主键列完全依赖于主键，消除非主键列之间的传递依赖。
第三范式
确保每个列只与键直接相关，消除非键列之间的传递依赖。
规范化设计的优点
1 数据一致性
通过消除数据冗余和重 复，确保数据库中的数 据一致性。
2 查询效率
通过优化数据结构，提 高查询性能，减少数据 操作的时间。
3 存储优化
通过合理的数据分解和 组织，减少数据存储空 间的占用。
规范化设计的挑战
复杂性
规范化设计需要考虑多个表之间的关系和依赖，增加了设计的复杂性。
性能折衷
规范化设计可能导致性能折衷，某些查询可能需要多个表的连接操作。
更新操作
规范化设计可能导致更新操作的复杂性，特别是在涉及多个表的更新操作时。
最佳实践和常见错误
最佳实践
• 了解业务需求和数据关系 • 谨慎添加冗余数据 • 使用正确的数据类型和约束
常见错误
• 拆分过分，导致过多的连接操作 • 忽略实际查询需求，导致性能问题 • 不正确地处理关联关系，导致数据不一致
总结和重点
1 规范化设计是优化关系数据库结ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
构的重要技术
3 规范化设计有优点和挑战，需要
权衡设计决策
2 三个范式规则用于确保数据的一
致性和查询效率
4 遵循最佳实践并避免常见错误是
实现成功的关键
关系数据库的规范化设计
在关系数据库设计中，规范化是一种重要的技术，它的目标是优化数据库结 构以提高数据的存储效率和查询性能。
规范化设计的概念和目的
规范化设计是一种组织和优化数据库结构的过程，通过将数据分解成更小的关系表，消除数据冗余和不 一致，以提高数据存储和查询效率。
关系型数据库设计原则与方法
关系型数据库设计原则与方法关系型数据库设计是一种常见的数据库设计方法，它的设计原则和方法可以用于设计和优化关系型数据库模式。
本文将介绍关系型数据库设计的五个基本原则和一些常用的方法，以帮助您更好地进行数据库设计和优化。
第一原则：数据分离原则数据分离原则是指将不同的数据类型分开存储，不混杂在同一个表中。
这个原则主要是考虑到数据的规范性和易维护性。
每个数据类型都应该有自己的表，通过相关字段建立关联，并通过外键实现关系。
这种设计方式使数据库的结构更清晰、规范，也方便日后对数据更新和查询。
第二原则：范式设计原则范式设计原则是关系型数据库设计中的核心概念。
它主要是通过分解数据，将重复的数据避免在表中出现，减少冗余和更新异常。
范式的级别分为一到五级，分别用1NF、2NF、3NF、BCNF、4NF和5NF表示。
一般来说，我们在设计数据库时应尽可能遵循更高级别的范式，以减少数据冗余和保证数据的一致性。
第三原则：主键设计原则主键是一种唯一标识数据记录的方式，它在关系型数据库中非常重要。
主键的设计要符合以下要求：1. 唯一性：每个记录的主键值是唯一的，确保数据的完整性和一致性。
2. 稳定性：主键的值应该是稳定不变的，不能频繁修改。
3. 简洁性：主键的值应该是简洁的，便于查询和索引。
常见的主键类型包括自增主键，UUID，日期时间等。
第四原则：索引设计原则索引在关系型数据库中起着加速查询和提高性能的作用。
但是过多或不恰当的索引设计可能会导致数据库性能下降。
索引的设计原则包括：1.覆盖索引：将索引包含需要查询的字段，减少数据库访问次数。
2.唯一性：非重复且唯一的字段适合设计索引。
3.选择性：选择那些频繁被查询的字段。
4.大小：索引的大小应控制在合理范围内，避免占用过多磁盘空间。
第五原则：范围控制原则通过范围控制可以将数据库的规模控制在一定的范围内，避免不必要的数据增长。
范围控制主要包括以下几方面：1.数据量估算：在设计数据库时要对数据量进行预估，合理规划存储空间。
关系数据库的数据模型设计方法
关系数据库的数据模型设计方法随着计算机技术的不断发展，我们正处于一个数据信息化的时代，数据的管理和处理已经成为企业、政府、个人等各个领域的重要问题。
而关系数据库（Relational Database）作为一种常见的数据存储方式，其数据模型设计方法也成为数据管理中的关键环节。
关系数据库的数据模型设计包括三个部分：实体(Entity)、属性(Attribute)和关系(Relationship)。
实体是指现实世界中可以独立、区分的事物或对象；属性是指实体的属性或特征；关系则是描述实体之间的联系或关联。
在进行关系数据库的数据模型设计时，需要进行以下几个步骤：第一步，确定需要存储的实体和属性。
这个步骤需要对用户需求进行分析，找出用户需求中涉及到的实体和属性，并进行分类归纳。
例如，在设计一个学生信息管理系统时，需要确定实体有“学生”、“教师”等，属性有“学生姓名”、“专业”等。
第二步，确定实体之间的关系。
这个步骤需要对实体之间的联系或关系进行分析，找出实体之间的联系或关系，并进行分类归纳。
例如，在设计一个学生信息管理系统时，需要确定学生与课程之间的关系，即“学生选修了某个课程”。
第三步，建立实体关系图（ER图）。
根据前两步的分析结果，将实体和关系以图形的形式表现出来，形成一个实体关系图。
ER图是关系数据库模型的基本设计工具，通过ER图可以清晰地把实体和关系之间的联系表达出来，是设计关系数据库的必要步骤。
第四步，建立数据库表结构。
根据ER图，将实体和关系转换为数据库中的表结构，包括表的名称、属性、主键等。
例如，在设计学生信息管理系统时，可以将“学生”实体转换为一个“学生信息”表，该表包括“学生姓名”、“专业”等属性，同时还需要确定一个主键，通常是一个唯一标识符，用于唯一标识每一个记录。
第五步，进行数据填充和查询操作。
在确定好数据库表结构之后，就可以进行数据填充和查询操作了。
数据填充是将现实世界中的数据转换为数据库中的数据，通常是通过应用程序实现；查询操作是通过SQL语句进行实现，以便用户对数据库中的数据进行操作和查询。
简述关系数据库的设计步骤
简述关系数据库的设计步骤关系数据库是一种常用的数据库模型，它使用表、关系和键设计来存储、组织和查询数据。
基于关系数据库的设计是现代信息系统的基础，为实现高效的数据管理、存储和查询提供了非常重要的基础。
本文将阐述关系数据库设计的基本步骤，介绍它们如何在现代信息管理系统中应用，最终为系统用户提供可靠、可操作的信息服务。
首先，关系数据库设计必须考虑业务要求，并将其转换为设计要求，以确定数据模型及数据库的功能。
在这一步中，需要分析业务要求，确定业务模型，收集和组织需要的数据，确定有效的数据存储结构，特别是确定以及识别出业务实体，并确定属于这些业务实体的属性。
接下来，在将数据模型及功能转换为关系数据库结构时，通常遵循经典的数据库设计步骤，包括实体识别、实体关系建模、属性决定、关系表建模、索引设计、视图建模等。
在实体识别阶段，要进行概念建模，涉及对实体及实体间关系的分析和建模；在实体关系建模阶段，要发现多个实体之间的联系，并通过概念建模实现；属性决定阶段，要根据业务要求，确定每个实体属性的类型及唯一性；关系表建模阶段，要根据实体、属性和关系，建立每个实体的关系表；索引设计阶段，要根据使用频率，选择合适的索引类型和索引结构；视图建模阶段，要根据访问视图和系统需求，建立逻辑视图，最终创建物理视图。
最后，在完成基本的设计步骤之后，需要进行质量测试，以确保数据库的正常运行，包括数据完整性检查、安全性测试、功能测试、性能测试等，可以根据实际情况选择不同的测试策略。
从上述步骤可以看出，基于关系数据库的设计是一个复杂的过程，它要求设计者充分考虑业务要求，转换为数据模型、实体识别、属性决定、关系表建模、视图建模等步骤，最终保证数据库的正确性和高效性。
在现代信息管理系统中，关系数据库的设计以及维护工作日益重要。
有效的关系数据库设计，可以帮助系统用户实现信息查询要求，并能较好地支持信息管理系统的正常运行。
数据库系统（四）---关系型数据库设计及E-R图
数据库系统（四）---关系型数据库设计及E-R图1、关系型数据库： 关系型数据库是⼀类采⽤关系模型作为逻辑数据模型的数据库系统，遵从数据库设计的基本步骤，包括：需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、数据库的运⾏和维护等阶段。
概念结构设计与逻辑结构设计是关系数据库整个设计过程的关键。
2、关系数据库设计过程与各级模式 在关系数据库设计的不同阶段，会形成数据库的各级模式。
1）需求分析阶段，综合各个⽤户的应⽤需求； 2）概念结构设计阶段，形成独⽴于机器特点、独⽴于各个关系数据库管理系统产品的概念模式； 3）逻辑结构设计阶段，将 E-R 图转换成具体的数据库产品⽀持的关系数据模型，形成数据库逻辑模式，然后根据⽤户处理的要求、安全性的考虑，在基本表的基础上再建⽴必要的视图，形成数据的外模式； 4）物理结构的设计阶段，根据关系数据库管理系统的特点和处理的需要，进⾏物理存储安排，建⽴索引，形成数据库内模式。
3、概念结构设计⽅法 关系数据库的概念结构设计通常采⽤⾃顶向下法，它通过两个步骤来完成概念设计，⾸先建⽴局部信息结构，然后将局部信息结构合成为全局信息结构并优化，使⽤ E-R 图作为概念模型的描述⼯具。
1）局部信息结构设计 局部信息结构设计：根据需求分析报告中标明的不同⽤户视图范围所建⽴的满⾜该范围内⽤户需求的信息结构，称为局部信息结构。
局部信息结构设计的步骤包括：确定局部范围；选择实体；选择实体关键字；确定实体间联系；确定实体的属性。
2）E-R 图的表⽰⽅法 概念结构设计就是将需求分析得到的⽤户需求抽象为信息结构的过程，通常使⽤ E-R 图来作为描述现实世界的建模⼯具。
E-R 图提供了表⽰信息世界中实体、属性和联系的⽅法。
1.实体型，⽤矩形表⽰，写明实体的名称； 2.属性，⽤椭圆形表⽰，并⽤⽆向边将其与其相应的实体连接起来。
3.联系，⽤菱形表⽰，写明联系的名称，⽤⽆向边分别与有关实体连接起来，同时在⽆向边旁标注联系的类型（1:1、1:N 或 M:N）,如果⼀个联系具有属性，则这些属性也要⽤⽆向边与该联系连接起来。
数据库原理第五章关系数据库的规范化设计
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模式分解是关系规范化的 主要方法(二)
与TDC相比，分解为三个关系模式后，数据的冗余度明显 降低。 当新插入一个系时，只要在关系D中添加一条记录。 当某个教师尚未讲课，只要在关系T中添加一条教师记录， 而与TC授课关系无关，这就避免了插入异常。 当某个系的教师不再讲课时，只需在TC中删除该教师的 全部授课记录，而关系D中有关该系的信息仍然保留，从 而不会引起删除异常。 同时，由于数据冗余度的降低，数据没有重复存储，也不 会引起更新异常。
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2.2 完全函数依赖和部分函数依赖
例如：学生成绩表中
姓名 王一 王二 王三 王一
学号 1 2 3 4
年龄 16 15 16 16
籍贯 河北 山东 北京 天津
姓名不能推出年龄，学号也不能推出年龄，但是 姓名 + 学号能推出年龄，故完全依赖；
学号能直接推出籍贯，故是部分依赖
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2.3 传递函数依赖
当关系中的元组增加、删除或更新后都不能被破 坏这种函数依赖。因此，必须根据语义来确定属 性之间的函数依赖，而不能单凭某一时刻关系中 的实际数据值来判断。
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函数依赖的定义和性质（六）
函数依赖可以保证关系分解的无损连接性
设R(X,Y,Z)，X,Y,Z为不相交的属性集合，如果X Y或X Z，则有R(X,Y,Z)=R[X,Y]*R[X,Z]，其中，R[X,Y]表示关 系R在属性(X,Y)上的投影，即 R等于其投影在X上的自然连 接，这样便保证了关系R分解后不会丢失原有的信息，称为 关系分解的无损连接性
关系数据库设计理论
五、FD的推理规则
从已知的FD集推导未知的FD，可以使用的推导规则 （Armstrong） 设有关系模式R（U），X、Y、Z是U的子集： A1(自反性)：如果 Y X ，则有 XY 在R上成立。 A2(增广性)：如果 XY 在R上成立，那么有 XZYZ A3(传递性)：如果 XY和 YZ在R上成立，则有 XZ
S# -> SNAME C# -> TNAME (S#,C#) ->GRADE
三、属性间的联系和函数依赖 属性间的联系有三种，但并不是每一种关系中都存在函数 依赖，设有属性集X、Y属于关系模式R，
如果X和Y之间是‘1－1’关系，则存在函数依赖：
X YY, X
如果X和Y之间是‘1－M’关系，则存在函数依赖：
第五章 关系数据库设计理论
5.1 问题的提出－什么是不好的数据库设计
实际问题，假定在设计数据库时出现如下的关系模式： Student(Sno, Sname, Dept，Cno, Grade) 学生（学号，姓名，院系，课程号，成绩）
Sno Sname Dept Cno Grade
1000 李平 计算机 001
FD的分类： 1、对于FD：XY ，如果 Y X ，则称为“平凡的FD” 2、对于FD：XY ，如果 YX ，则称为“非平凡的FD” 3、对于FD：XY ，如果 YXφ则为“完全非平凡的FD”
Armstrong的推论： 1、合并规则： 由 XYX,Z可以 得 YZ 到X 2、分解规则： 由 XYZ可以 得 YX, 到 ZX 3、伪传递规则：由 XYY,WZ则得 到 Z XW
86
1000 李平 计算机 002
97
1000 李平 计算机 003
83
1001 王莉 计算机 001
关系数据库的设计与规范化
关系数据库的设计与规范化关系数据库是一种基于关系模型的数据库系统，它以表格的形式存储和组织数据。
在设计和组织关系数据库时，规范化是一项关键任务。
规范化是一种数据组织方法，其目的是通过消除冗余和不一致性，提高数据库的性能和灵活性。
本文将探讨关系数据库的设计和规范化的重要性，以及规范化的常用规则和技巧。
1. 规范化的重要性关系数据库的设计和规范化对于数据的一致性、完整性和性能有着重要影响。
以下是规范化的重要性：1.1 数据一致性：规范化可以消除数据中的冗余信息，确保每个数据片段只有一次出现在数据库中。
这样可以避免数据冲突和不一致性，提高数据的一致性。
1.2 数据完整性：规范化可以帮助保持数据的完整性。
通过将数据分解为更小的表，并通过外键和主键建立关系，可以确保数据的完整性和准确性。
1.3 性能提升：规范化可以提高数据库的性能。
通过减少数据冗余，可以节省存储空间，并提高查询和更新的速度。
2. 规范化的规则和技巧规范化涉及到一系列规则和技巧，以确保数据的一致性和完整性。
以下是规范化的常用规则和技巧：2.1 第一范式（1NF）：确保表中的每个列都是原子的，即不可分解的。
每个列都应该只包含一个数据值，不允许有重复的列。
2.2 第二范式（2NF）：确保每个表中的非主键列只与主键有关，而不是与其他非主键列有关。
这样可以消除非主键列之间的数据冗余。
2.3 第三范式（3NF）：确保每个表中的非主键列只与主键有关，而不是与其他非主键列有关。
如果有一个非主键列与其他非主键列有关，应该将其移动到另一个表中。
2.4 层次化范式：将数据分解为多个逻辑层次上的表。
每个表都应该表示一个单独的实体或关系，避免表中信息的重复和冗余。
2.5 使用外键关系：通过外键约束来建立关系数据库中不同表之间的连接。
外键可以确保数据的完整性和一致性，同时还能提高查询性能。
2.6 避免主键冲突：在为表选择主键时，应确保每个记录都可以唯一地识别。
避免使用自然主键（如姓名、电话号码等），而是使用带有唯一性约束的人工主键。
关系数据库的规范化设计
关系数据库的规范化设计在当今数字化的时代，数据成为了企业和组织的重要资产。
关系数据库作为一种常用的数据存储和管理方式，其设计的合理性直接影响到数据的准确性、完整性和可用性。
而关系数据库的规范化设计则是确保数据库设计质量的关键步骤。
那么，什么是关系数据库的规范化设计呢？简单来说，就是通过一系列的规则和方法，对数据库中的表、字段、关系等进行优化，以减少数据冗余、避免数据不一致和提高数据操作的效率。
为什么要进行规范化设计呢？想象一下，如果我们的数据库设计不合理，会出现什么样的问题。
比如说，一个员工信息表中，既包含了员工的基本信息，又包含了员工的工作经历、薪资等详细信息。
这样的设计就会导致数据冗余，因为同一个员工的基本信息可能会在多条记录中重复出现。
这不仅浪费了存储空间，还容易在数据更新时出现不一致的情况。
比如，当我们修改一个员工的基本信息时，如果不小心只修改了其中的一部分记录，就会导致数据的混乱。
规范化设计的一个重要原则是消除数据冗余。
通过将相关的数据分离到不同的表中，并通过适当的关系进行连接，可以有效地减少冗余。
例如，将员工的基本信息放在一个表中，工作经历放在另一个表中，通过员工编号进行关联。
另一个重要原则是确保数据的一致性。
比如，在一个订单表中，订单的总金额应该等于订单中各个商品的金额之和。
如果数据库设计不合理，可能会导致计算总金额时出现错误，从而影响业务的准确性。
规范化设计还可以提高数据操作的效率。
合理的表结构和关系可以使查询、插入、更新和删除等操作更加高效。
比如，如果一个表中的字段过多，会导致数据存储和检索的效率降低。
在关系数据库的规范化设计中，通常会提到第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）等。
第一范式要求数据表中的每个字段都是不可再分的原子值。
比如说，一个“地址”字段不能同时包含省、市、区等信息，而应该将它们分别存储在不同的字段中。
第二范式要求数据表中的非主键字段完全依赖于主键。
5_关系数据库设计
（2）数据流图（Data Flow Diagram，DFD）
数据流图从数据传递和加工的角度，来刻 画数据流从输入到输出的移动变换过程。
当系统比较复杂时，可以采用分层描述的方法。在处理功 能逐步分解的同时，它们所用的数据也逐级分解，形成若干层 次的数据流图。数据流图表达了数据和处理过程的关系。
（3）数据字典
需求分析阶段最后是编写系统分析报告，通常称为需求 规范说明书。需求规范说明书是对需求分析阶段的一个总结。 编写系统分析报告是一个不断反复、逐步深入与完善的过程， 系统分析报告应包括如下内容：
系统概况，系统的目标、范围、背景、历史和现状； 系统的原理和技术，对原系统的改善； 系统总体结构与子系统结构说明； 系统功能说明； 数据处理概要、工程体制和设计阶段划分； 系统方案及技术、经济、功能和操作上的可行性。
数据需求是指用户需要一个信息系统最终能够提供的所有数据, 通过分析制作数据流图。
3．确定处理需求 ．
处理需求通常是指用户要求应用软件系统能够提供的 所有功能。根据业务需求以及数据需求可以进一步确定处 理需求。处理需求可用系统功能模块图表示。
【例5-3】 教务管理系统的功能模块图。 】
4．编写需求分析说明书 ．
5.1.2数 据库设 计步骤
前四个步骤为数据库系统的分析与设计；后两个步骤 为数据库系统的实施、运行与维护。
1）需求分析：了解和分析用户的应用需求（包括信息需求和处理需 求），进行需求收集和分析，并以数据流图、数据字典等形式加以描 述。 2）概念设计：把需求分析阶段得到的用户需求进行综合、归纳和抽 象，形成一个独立于具体DBMS的概念数据模型。 3）逻辑设计：按照一组转换规则，将概念设计阶段产生的概念模型 转换为某个DBMS支持的逻辑数据模型。 4）物理设计：是为逻辑模型选取一个最适合应用环境的物理结构 （包括存取结构和存取方法）。 5）数据库实施：设计人员运用DBMS提供的数据库语言及其宿主语 言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制与调试应用程 序，组织数据入库，并进行试运行。 6）数据库运行与维护：数据库试运行后，即可投入正式运行。数据 库在运行期间应不断地对其进行评价、调整与修改。
关系数据库的规范化设计论述
关系数据库的规范化设计论述导言在规范化设计过程中，我们将关系数据库的数据结构优化为标准化的关系模式，以提高数据的一致性、完整性和可维护性。
本文将详细探讨关系数据库的规范化设计原则和方法。
1. 规范化基础关系数据库的规范化设计基于关系代数和关系理论，旨在消除数据冗余和数据更新异常，同时保证数据库的一致性和完整性。
规范化设计的基本原则包括：每个属性都应该是原子的，每个属性值都应该与其所在实体的其他属性值相对应，每个关系中应该存在一个主键唯一标识元组等。
2. 规范化级别关系数据库的规范化设计按照一定的规则和步骤进行，通常分为一至六个规范化级别。
2.1 第一范式（1NF）第一范式要求关系表的每个属性都是不可分的，即每个属性值都是原子值。
2.2 第二范式（2NF）第二范式要求关系表的所有非主属性完全依赖于主键，即没有部分依赖。
2.3 第三范式（3NF）第三范式要求关系表的所有非主属性既不传递依赖于主键，也不部分依赖于主键，即没有传递依赖。
2.4 巴斯-克特规范化（BCNF）巴斯-克特规范化是第三范式的扩展，要求关系表的每个决定因子都是候选键。
2.5 第四范式（4NF）第四范式要求关系表中的多值依赖关系建立在候选键之上，即没有多值依赖。
2.6 第五范式（5NF）第五范式要求关系表中的每个非平凡函数依赖都是自然连接无损连接的。
3. 规范化设计的步骤规范化设计的步骤包括：识别实体和属性、确定函数依赖关系、逐级分解关系、消除冗余关系、确定候选键和主键等。
3.1 识别实体和属性首先，我们需要识别出实体及其属性。
一个实体是现实世界中可区分的事物，属性是实体的特征。
3.2 确定函数依赖关系在确定关系表的属性之间的关系时，需要找出各属性之间的函数依赖关系。
函数依赖表示一个属性的值依赖于其他属性的值。
3.3 逐级分解关系根据函数依赖关系，我们可以将关系表逐级分解为满足不同范式要求的关系表。
3.4 消除冗余关系在逐级分解关系的过程中，可能会产生冗余关系。
关系数据库的设计原则
关系数据库的设计原则关系数据库是一种常用的数据库管理系统，它将数据以表格的形式进行组织和存储。
根据实际需求，设计一个高效且可靠的关系数据库非常关键。
以下是关系数据库设计的一些原则和指导：1. 数据库需求分析：在设计关系数据库之前，首先需要进行数据库需求分析。
这包括确定数据库中需要存储的数据类型、数据量以及数据之间的关系。
通过深入了解业务需求，可以确保数据库的准确性和完整性。
2. 数据库规范化：数据库规范化是关系数据库设计的基本原则之一。
它通过将数据分解成更小的、更规范的表来消除数据冗余和不一致性。
常用的规范化形式包括第一范式、第二范式和第三范式。
规范化能够提高数据库的性能和可维护性。
3. 主键设计：主键是用来唯一标识数据库表中每个记录的字段。
在设计关系数据库时，需要为每个表选择一个合适的主键。
主键应该具有唯一性和稳定性，并且不应该包含可变的信息。
常用的主键类型包括自增长整数、全局唯一标识符（GUID）等。
4. 外键关系：外键是用来建立不同表之间的关联关系的字段。
在设计关系数据库时，需要使用外键来确保数据的完整性和一致性。
外键能够实现表之间的关联查询和数据的级联操作，但需要注意外键的索引和性能优化。
5. 索引设计：索引是提高数据库查询性能的重要手段。
在设计关系数据库时，需要根据查询需求选择合适的索引字段。
索引应该选择具有高选择性的字段，并避免过多的索引和冗余的索引。
同时，需要定期对索引进行维护和优化。
6. 数据类型选择：在设计关系数据库时，需要选择合适的数据类型来存储数据。
常见的数据类型包括整数、字符、日期、时间等。
正确选择数据类型可以提高数据库的存储效率和查询性能。
7. 数据库安全性设计：数据库安全性是关系数据库设计的重要考虑因素之一。
在设计关系数据库时，需要考虑数据的访问权限、用户身份验证、数据加密等安全措施。
合理的安全设计可以保护数据库免受未经授权的访问和数据泄露的风险。
8. 性能优化设计：性能优化是关系数据库设计的关键目标之一。
关系数据库的设计步骤
关系数据库的设计步骤
1、用户需求分析：首先需要了解客户所需要的数据库的应用背景，
包括存储的数据的功能，以及数据库所需要进行的各项功能和运算，分析
它们之间的联系及关系，从而明确出用户需求，为后续数据库设计提供依据。
2、确定逻辑模型：根据用户需求，选择合适的ER模型，确定实体和
实体与实体之间的关联关系，以及实体的属性，形成逻辑模型，此逻辑模
型是数据库设计的核心步骤。
3、确定数据字典：确定数据字典，定义每一个属性的属性名称、属
性类型以及键的类型，确定每一个实体的主键，并且定义属性及其属性之
间的关系，以及各表之间的关联关系。
4、确定完整性约束：确定完整性约束，包括主键约束、外键约束、
参照完整性等，以及实体与实体之间可能存在的业务约束，确保数据库中
数据的准确性、完整性、可靠性。
5、设计物理结构：将建立的逻辑模型转换为物理模型，针对不同的
数据库管理系统，利用数据库设计工具建立出恰当的索引、表等物理结构，使之能够被系统所识别并支持。
关系数据库的模式设计
• 范式级别有高下之分，级别越高，规范化 程序越高，关系模式越严谨、越好。
Cp
C#
Cname Area
Ma
Cp（C#，Cname，Area，Ma）
Sp
综合示例
根据描述可得到属性组U上旳一组函数依赖集F： F={C# → Cname， C# → Area， C# → Ma，
Area → Ma，(C#，P#) → Price}
Cname
C#
P#
Price
Area
Ma
存在旳问题
• 异常：对某些关系模式，变化其中旳数据可能造 成某些不希望旳成果；
• 数据冗余异常：客户与商品信息成对出现，挥霍 大量旳存储空间；
所谓“规范化”，通俗来讲就是把问题关系 转化成两个或多种没有问题旳关系旳过程，同步 检验关系合乎需要和正确是否。
4.1 函数依赖
关系数据库规范化理论旳中心问题是数 据依赖问题，数据依赖反应旳是实体旳属性 值之间相互联络和相互制约旳关系。
数据依赖分为两类：函数依赖和多值依 赖。我们先来了解有关函数依赖旳概念。
• 数据更新异常：某地域主管发生变动，则该地域 全部客户统计都需要修改，维护代价大；
• 数据插入异常：客户与企业建立联络，但未购置 商品，则无法将客户资料和地域主管信息插入；
• 数据删除异常：若删除某商品信息，则连带把客 户旳资料都删除了；
成果分析
• 结论：存在上述4个“毛病”，CS旳设计显然是 一种失败旳关系模式；
关系型数据库的设计与实现
关系型数据库的设计与实现关系型数据库是一种基于关系模型来组织和管理数据的数据库系统。
它采用表格的形式表示数据，并通过表格之间的关联来实现数据的高效查询和管理。
在本文中，我们将探讨关系型数据库的设计与实现，介绍其核心概念、设计原则和实施步骤。
1. 关系数据库的核心概念1.1 表格和关系关系型数据库中的数据存储在表格中，每个表格由若干列和若干行组成。
每一列代表一个数据字段，每一行代表一个数据记录。
表格之间可以建立关系，通过定义外键约束来指明数据之间的关联关系。
1.2 主键和外键主键是表格中唯一识别每条记录的字段，它的值必须是唯一且非空的。
外键是指一个表格中的字段引用了另一个表格中的主键，用于建立两个表格之间的关联。
1.3 视图视图是由一个或多个表格生成的虚拟表格，它可以隐藏底层数据结构的复杂性，并提供更简化和高效的数据访问接口。
视图可以用于数据查询、数据过滤和数据修改等操作。
2. 关系型数据库设计原则2.1 原子性每个字段要保持原子性，即每个字段只包含一个值。
这样可以简化数据的操作和查询，并提高数据的可靠性和一致性。
2.2 唯一性每张表格应该具有唯一的主键，以保证每条记录的唯一性。
这样可以避免数据冗余和数据不一致的问题，提高数据的质量和一致性。
2.3 一致性数据在各个表格之间应该保持一致性，即通过定义外键约束来约束数据的关联关系。
这样可以避免数据的混乱和不一致，提高数据的可靠性和完整性。
2.4 数据分离不同种类的数据应该放在不同的表格中，避免数据的混杂和复杂性。
通过合理划分表格和定义关联关系，可以提高数据的可读性和易用性。
3. 关系型数据库的实施步骤3.1 需求分析在设计关系型数据库之前，需要先进行需求分析，明确数据库系统的功能和数据需求。
此阶段需要和用户或相关部门进行沟通，了解业务流程和数据流程，并识别出主要实体、属性和关系。
3.2 数据建模根据需求分析的结果，可以进行数据建模。
数据建模是将现实世界中的实体、属性和关系映射到关系模型中的一个过程。
关系数据库模型与关系数据库设计
–
属性（ 属性（Attribute） ） 主码（ 主码（Key） ）
表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。 表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。
表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。 表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。
–
关系模型的基本概念2 关系模型的基本概念
用户定义的完整性(续 用户定义的完整性 续)
例:
学生学生（学号，姓名，性别，班级代号，年龄） 学生学生（学号，姓名，性别，班级代号，年龄）
– –
例如用户定义 “性别”只能取“男”或“女” 年龄在18到25岁之间
2.1.4. 典型的关系数据库系统
– – – – – – – – –
ORACLE SYBASE INFORMIX DB/2 COBASE PBASE EasyBase DM/2 OpenBase
关系数据模型的数据结构(续 关系数据模型的数据结构 续)
例2
学生实体、专业实体以及专业与学生间 的一对多联系 学生（学号，姓名，性别，班级代号，年龄） 学生（学号，姓名，性别，班级代号，年龄） 班级（班级代号，班级名称） 班级（班级代号，班级名称）
学生学生（学号，姓名，性别，班级代号，年龄）
学号 801 802 803 804 805 姓名 张三 李四 王五 赵六 钱七 性别 女 男 男 女 男 班级代号 年龄 1001 1001 1001 1002 1002 19 20 20 20 19
关系数据模型的数据结构
实体及实体间的联系的表示方法
– – – – –
实体型：直接用关系（二维表）表示。 实体型：直接用关系（二维表）表示。 属性：用属性名（列名）表示。 属性：用属性名（列名）表示。 一对一联系：隐含在实体对应的关系中。 一对一联系：隐含在实体对应的关系中。 一对多联系：隐含在实体对应的关系中。 一对多联系：隐含在实体对应的关系中。 多对多联系：直接用关系表示 多对多联系：直接用关系表示。
关系数据库的设计原则
关系数据库的设计原则主要包括以下几个方面：1. 数据规范化：规范化是指将数据分解成最小、独立的实体，消除数据冗余和不一致。
规范化的目的是提高数据的完整性、一致性和可维护性。
常用的规范化方法包括第一范式（1NF）、第二范式（2NF）和第三范式（3NF）。
2. 数据抽象：抽象是指将现实世界的事物或概念转化为数据库中的表、字段和数据类型。
在设计数据库时，应根据现实世界的需求和目标，选择合适的抽象层次和数据结构，以便更好地表达实体及其之间的关系。
3. 数据完整性：数据完整性是指数据的准确性、一致性和可靠性。
在设计数据库时，需要确保数据的完整性，通过设置主键、外键、约束和触发器等手段来限制数据的输入、修改和删除操作，防止非法数据进入数据库。
4. 数据安全性：数据安全性是指保护数据库免受未经授权的访问、篡改和破坏。
在设计数据库时，需要考虑如何实现用户身份验证、权限控制、数据加密等安全机制，以确保数据的安全性。
5. 数据性能优化：性能优化是指提高数据库的查询速度和响应时间。
在设计数据库时，需要考虑如何优化表的结构、索引、查询语句等，以提高数据库的性能。
6. 数据扩展性：数据扩展性是指数据库能够适应未来数据量的增长和需求变化。
在设计数据库时，需要考虑如何实现数据表的分区、分片、水平拆分等扩展策略，以便在未来能够方便地扩展数据库。
7. 数据一致性：数据一致性是指在多个用户并发访问数据库时，确保数据的完整性和一致性。
在设计数据库时，需要考虑如何实现事务管理、锁定机制、并发控制等一致性策略，以确保数据的一致性。
综上所述，关系数据库的设计原则主要包括数据规范化、数据抽象、数据完整性、数据安全性、数据性能优化、数据扩展性以及数据一致性。
在设计关系数据库时，需要遵循这些原则，以确保数据库的质量、性能和安全性。
数据库工程师复习重点：关系数据库逻辑设计
数据库工程师复习重点：关系数据库逻辑设计关系数据库逻辑设计5.1 概述5.2 基本概念5.2.1 关系模型1、关系模型采用一个二维表格在计算机中组织、存储、处理和管理数据。
(1) 关系名(数据库名)：由字母数字组成;(2) 属性名;(3) 关系模式和关系：描述模式描述关系的静态结构，由模式名、关系模式所包含的属性及属性值所满足的条件组成模式定义。
(4) 元组：描述关系中的行;(5) 域：它定义关系的每个属性取值的类型;(6) 主码：能够惟一标识关系中每一个元组的属性或属性组;(7) 关系的数学定义：关系模式是建立在集合集论的基础上的，用数学的概念定义关系有;(A) 定义一：域是值的集合，同一个域中的值具有相同的数据类型;(B) 定义二：(C) 定义三：(D) 当关系引用了属性名后关系具有以下属性：[1] 不能有重复的元组;[2] 元组上下无序;[3] 按属性名引用时属性左右无序;[4] 所有属性值都是原子项(不可再分);(8) 总结：关系是一张二维表，表中的一行被称为一个元组，一列称为属性，由一组域值组成。
关系是元组的集合，关系中的每个元组在数学上被定义为这个关系所涉及的全部域值中笛卡儿积的一个元素。
5.2.2 关系数据库1、关系数据库是按照二维表组织和存储的相互关联的关系的集合，关系数据库模式是关系模式的集合;5.2.3 关系的完整性1、关系的完整性(完整性约束)：是对关系的某种约束规则和关系满足的定义。
通常这组约束规则用来限定和检查数据库所含实例的合法性和正确性;2、完整性约束分静态和动态两种，静态完整性约束是基于关系模式的，主要有主码、外码约束和域约束组成;动态完整性约束是基于企业的业务规则的。
3、静态完整性约束规则：(1) 主码约束：主码必须满足：(A) 惟一性：在一个关系中不存在两个元组，它们具有相同的主码值;(B) 最小性：不存在从组成主码的属性集中去掉一个属性，还仍能保持数据的惟一性;(2) 外码约束：(3) 用户定义的完整性：5.3 关系数据库设计理论5.3.1 问题的提出究竟一个关系数据库包含哪些属性是合理的，如何评价一个关系模式设计的优劣?5.3.2 函数依赖函数依理论利用一个关系中属性之间的依赖关系评价和优化关系模式，以保证存储到数据库中的关系具有较好特性;1、函数依赖：(1) 设R(U)为一关系模式，X和Y为属性全集U的子集，若对于R(U)的任意一个可能的关系r，r中不可能存在两个元组在X上的属性值相等，而在Y上的属性值不等，则称“X函数决定Y”或“Y函数依赖于X”，并记作X Y，其中X称为决定因素，因为根据函数依赖定义，给定一个X，就能惟一决定一个Y。
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4.1.1 关系的形式化定义
在上述笛卡尔积中取出有实际意义的元组来构造 关系。 关系：SAP(SUPERVISOR，SPECIALITY，
POSTGRADUATE) 如，SAP关系可以包含三个元组：
｛ (张清玫，信息专业，李勇)， (张清玫，信息专业，刘晨)， (刘逸，信息专业，王敏) }
第4章 关系数据库方法
关系数据库设计
本章主要内容
本章将主要介绍关系数据库的基本概念，关系运 算和关系表达式的优化问题，其中关系运算和关 系表达式的优化问题是本课程的重点内容之一。 关系运算是关系数据模型的理论基础。
关系数据库设计
关系数据库方法
4.1 关系数据库的基本概念 4.2 关系代数 4.3 关系演算 4.4 关系查询优化 本章小结
关系数据库设计
4.1 关系数据库的基本概念
4.1.1 关系的形式化定义 4.1.2 关系模式、关系子模式和存储模式 4.1.3 关系模型的完整性规则 4.1.4 关系数据库模式
关系数据库设计
4.1.1 关系的形式化定义
1.关系的集合表示 一个关系由若干个不同元组组成。 一个关系可以看成是元组的集合。 关系中每个属性都有其相应的取值范围，即域
为：
n
mi
i1
关系数据库设计
4.1.1 关系的形式化定义
【例4-1】设有两个域:教师名域T＝｛胡恒，丁伟｝、 课程名域C＝｛C语言，数据结构，计算机原理｝， T和C的笛卡儿积定义为集合：
T×C＝｛（胡恒，C语言），（胡恒，数据结构）， （胡恒，计算机原理），（丁伟，C语言），（丁伟， 数据结构），（丁伟，计算机原理）｝ 该笛卡儿积的基数为2×3＝6，也就是说，T×C一共 2×3＝6个元组.
例如，职工关系和部门关系分别为： 职工（职工编号，姓名，部门编号，性别，年龄，
身份证号码） 部门（部门编号，部门名称，部门经理）
职工关系的主键为职工编号，部门关系的主键为部 门编号，在职工关系中，部门编号是它的外键。
关系数据库设计
4.1.1 关系的形式化定义
3.关系的一阶谓词表示 关系模型不但可以用关系代数表示，还可以用一阶 谓词演算表示。 定义4-2：设有关系模式R，其原子谓词表示形式为P (t)。其中，P是谓词，t为个体变元，以元组为其表 现形式。
关系数据库设计
4.1.1 关系的形式化定义
定义4-1：一个在域D1,D2，…,Dn上的关系就是笛卡 儿积D1×D2×…×Dn的子集，用R(D1,D2，…,Dn)表 示, 关系的成员为元组，即笛卡儿积的子集的元素 (d1，d2，…，dn)。
当n=1时，称关系为单元关系 当n=2时，称关系为二元关系
关系数据库设计
关系数据库设计
4.1.1 关系的形式化定义
如果取该笛卡儿积的这六个元素，并将它们放 到一张名为T_C的二维表中就构成一个关系。
T_C
T 胡恒 胡恒
C C 语言 数据结构
胡恒
计算机原理
丁伟 丁伟
C 语言 数据结构
丁伟
计算机原理
关系数据库设计
4.1.1 关系的形式化定义
例， 给出三个域：
D1=导师={ 张清玫，刘逸 } D2=专业={计算机专业，信息专业} D3=研究生={李勇，刘晨，王敏}
一个，譬如使用“职工编号”来标识职工，那么“职工 编号”就是主键了。
关系数据库设计
4.1.1 关系的形式化定义
(4)外键 若一个关系R中包含有另一个关系S的主键所对应的属 性集F,则称F为R的外键。并称关系S为被参照关系或 目标关系，关系R为依赖关系或参照关系。
关系数据库设计
4.1.1 关系的形式化定义
4.1.2 关系模式、关系子模式和存储模式
关系数据库设计
4.1.1 关系的形式化定义
给定一组域D1，D2，… … ，Dn
则其笛卡尔积 D1×D2×… … ×Dn =｛(d1， d2，… …，dn) ｜di∈Di,i=1,2,…,n｝
每个元素(d1，d2，…，dn)称为一个元组。
若Di（i=1,2,…,n）为有限集，其基数为mi
（i=1,2，…，n)， 则D1×D2×…×Dn的基数
4.1.1 关系的形式化定义
2. 关键码和表之间的联系
在关系数据库中，通常有如下几种键：
(1)超 键
在一个关系中，能惟一标识元组但含有多余属性 的属性组合，称为关系的超键。
(2)候选键
如果一个属性组能唯一标识元组，且又不含有多 余的属性，那么这个属性组称为关系的候选键。(3)主 键若源自个关系中有多个候选键，则选其中的一个为
表4.2 职工表
职工编号 2113 2116 2136 2138 2141
姓名 程晓清 刘红英 李小刚
蒋民 王国洋
部门 销售部 财务部 管理部 采购部 销售部
性别 男 女 男 男 男
年龄 30 32 28 41 39
身份证号码 3105 3106 3107 3106 3107
在上表中，“职工编号”、“身份证号”可以作候选键。 关系的候选键可以有多个，但不能同时使用，只能使用
关系数据库设计
则D1，D2，D3的笛卡尔积为： D1×D2×D3 ＝
{ (张清玫，计算机专业，李勇)， (张清玫，计算机专业，刘晨)， (张清玫，计算机专业，王敏)， (张清玫，信息专业，李勇)， (张清玫，信息专业，刘晨)， (张清玫，信息专业，王敏)， (刘 逸，计算机专业，李勇)， (刘 逸，计算机专业，刘晨)， (刘 逸，计算机专业，王敏)， (刘 逸，信息专业，李勇)， (刘 逸，信息专业，刘晨)， (刘 逸，信息专业，王敏) ｝
关系的主键。
关系数据库设计
4.1.1 关系的形式化定义
用主键实现关系定义中：表中任意两行（元组） 不能相同的约束。
主键中任何属性的取值不能为空，主键的值不 能重复。
包含在任何一个候选键中的属性称为主属性， 不包含在任何键中的属性称为非主属性或非键 属性。
关系数据库设计
4.1.1 关系的形式化定义(8)
关系数据库设计
4.1.1 关系的形式化定义
关系R(元组的集合)与谓词P (t)之间的 联系描述为：R＝｛t｜P (t)｝
表示所有使谓词P为真或满足谓词P的元 组t都属于关系R。
关系R与原子谓词P之间的关系如下： P(t)＝True，t在R内, P(t)＝False，t 不在R内。
关系数据库设计