第 2章 关系数据库设计
2.1 关系数据库及其基本特征
2.2 E-R模型及其到关系模型的转化
2.4 数据库的完整性与安全性
2.3 关系模式的 规范化
2.5 数据库设计的一般过程
2.1 关系数据库及其基本特征
? 2.1.1 基本概念
? 1,实体及其联系
? 实体 —— 存在于人们意识之外的客观对象，如读
者、图书等
? 联系 —— 三种不同类型的联系,1-1,1-n,n-n
? 关系 —— 二维表，由行和列组成。关系方法用表
中的行描述一个实体，用表中列描述实体的属性，
用外键描述实体间的联系
?
2,元组、属性、主键与外键
? 元组 — 表中的每行,元组不容许重复，表中任意
两行不能完全相同
? 属性 — 表中的每列，分为属性名与属性值，属性
名不容许重复
? 主属性 — 在一个表中能起区分作用的属性，主属
性可能由两个或多个属性组成，主属性也称为主
键
? 外键 — 其他表的主属性，外键是描述两个表之间
关系的基本手段
3,数据结构、操作与约束
? 数据结构 —— 用怎样的数据形式描述应用中所涉
及的各种实体及实体间的联系，关系方法使用二
维表描述实体及其联系
? 数据操作 —— 提供哪些数据操作手段，以让用户
方便迅速地对数据进行各种处理,关系方法提供
的数据操作有选择、投影、连接 三种。
? 数据约束 —— 避免产生不相容数据的一种控制机
制，有属性约束、字段间约束和表间约束三种。
2.1.2 关系数据库的基本特征
? 1,有坚实的理论基础
? 2,数据结构简单、易于理解
? 3,对用户提供了较全面的操作支持
? 4,得到了众多开发商的支持
? 5．视图机制
?
E-R模型及其到关系模型的转化
? 1,对实体的进一步讨论
（ 1）实体是能被相互区分的客观对象。这种客观对
象可能是人、物等实际的对象，也可能是一个事
件。如一个学生、一本书、一个学校、一辆车、
一张发票等都是一个实体。
（ 2）要注意实体集和实体的差别。某某学生是一个
实体，而一个班、一个系、一个学校的学生组成
一个实体集。在有些讨论中，并未在字面上对其
严格区分，但根据上下文应能从概念上对其进行
区分。
（ 3）实体有独立实体和弱实体之分。
2,属性
? （ 1）简单属性和复合属性
? —— 不可进一步分割的属性称为简单属性，与此对应，由
简单属性组合成的属性称为复合属性。
? （ 2）单值属性和多值属性
? —— 如果实体集中的每一个实体在某个属性上都只有惟一
值，称这样的属性为单值属性（相反，如某个实体在一个
属性上有多个值，称这样的属性为多值属性 。
? （ 3）基本属性和导出属性
? —— 完全独立的属性称为基本属性，依赖于其他属性的
属性称为导出属性
? （ 4）码
? —— 能完全区分该实体集中的每个实体的属性（或属性
组合）称为, 码,
3,联系
? 联系是实体间的一种关联关系，即不同实
体间的对应关系。从参与联系的两个实体
集的数量关系来说，联系可分为 1∶ 1，
1∶ n,m∶ n等三种。
? 对于 m∶n 的联系一般设置专门的关系表来
表征这种联系
? 在 1∶1, 1∶m 中，用一个外键来表征这种
联系
4,E-R图举例
销 售
存 放
供销商 产 品
仓 库
员 工
零部件
使 用
供 应
生 产
属 于
部 门 地 址
在
在
建立 E-R模型的一个原则
? 建立的 E-R模型应该反映所模拟对象的本质（针对某一研
究过程），原研究对象中与研究过程有关的一些特征、过
程都应该从所建立的模型中得到反映并很容易地得到解答。
如对于一个制造型企业，下述问题是重要的,
? ① ?企业有那些产品、每种产品由那些零部件组成；
? ② ?每种零部件的当前库存数量；
? ③ ?零部件供应商及地址；
? 在图 2-1所建立的模型中，对这些问题都能很容易获得解
答，如：实体类产品回答企业有哪些产品，产品类与零部
件的联系回答了每种产品由哪些零部件组成。
2.2.2 E-R模型到关系模型的转化
? 1,独立实体到关系模式的转化
? —— 一个独立实体转化为一个关系模式（即一张关系表），
实体码转化为关系表的关键属性、其他属性转化为关系表
的属性
? 2,弱实体到关系模式的转化
? —— 弱实体依赖于独立实体，在进行转化时，弱实体也转
化为一个关系表，弱实体与独立实体间依赖关系通过定义
约束关系来表示
? 3,1∶ 1联系到关系模式的转化
? —— 在两个实体关系表中各自增加一个外键即可
? 4,1∶ n联系到关系模式的转化
? —— 在 n方（即 1对多关系的多方）实体类型表中增加一个
属性，将对方的关键字作为外来码处理
? 5,m∶ n联系到关系模式的转化
? —— 单独建立一个关系表，分别用两个实体的码作为外键
? 6,多元联系到关系模式的转化
? —— 所谓多元联系，即是说该联系涉及两个以上的实体。
如一个课程表，涉及了班级、课程、教室、教师等四个实
体。转化时，应建立一个单独的关系表，将该联系所涉及
的全部实体的码作为该关系表的外键，再加上适当的其他
属性,
? 课表 (班号,课程号,教师号,教室号,周次 )
? 7,自联系到关系模式的转化
? —— 分清两部分实体在联系中的身份,按普通二元关系
处理
2.3 关系模式的规范化
? 2.3.1 函数依赖概述
? 定义 1 设 R＝ R(A1,A2,…,An)是一个关系模式
（ A1,A2,…,An是 R的属性）,X∈ (A1,A2,…, An)，
Y∈( A1,A2,…,An),T1,T2是 R的两个任意元组，
即 T1＝ T1(A1,A2,…,An),T2＝ T2(A1,A2,…,An)，如
果，当,
? T1(X)＝ T2(X)成立时，总有,
? T1(Y)＝ T2(Y)
? 称 X决定 Y，或称 Y函数依赖于 X。记为,X→ Y。
? 定义 2 R,X,Y如定义 1所设，如果 X→ Y
成立，但对 X的任意真子集 X1，都有 X1→ Y
不成立，称 Y完全函数依赖于 X，否则，称
Y部分函数依赖于 X。
? 所谓完全依赖是说明在依赖关系的决定项
（即依赖关系的左项）中没有多余属性，
有多余属性就是部分依赖。
? 定义 3 设 X,Y,Z是关系模式 R的不同属性
集，若,
? X→ Y（并且 Y→ X不成立）,Y→ Z,
? 称 X传递决定 Z，或称 Z传递函数依赖于 X。
? 定义 1—— 定义 3是判断一个关系是否一个
,好关系, 的基础
2.3.2 关系模式的规范化
? 1,主属性与非主属性
? 定义 4 设关系模式 R(A1,A2,…, An),A1,A2…,A n
是 R的属性,X是 R的一个属性集，如果,
? ① ?X→(A 1,A2…,A n)
? ② ?对于 X的任意真子集 X1,X1— >(A1,A2,…,A n)都
不成立
? 称属性集 X是关系模式 R的一个候选关键属性。
? 习惯上把候选关键属性称为候选关键字，关键属
性称为关键字
? （ 2）主属性和非主属性
? 一个关系模式 R可能有多个候选关键属性，
而一个候选关键属性又可能有多个属性，
这样,R的所有属性 Ai(i＝ 1,2,…,N) 按是否
属于一个候选关键属性被划分为两类：主
属性和非主属性。
? 定义 5 设 Ai是关系模式 R的一个属性，若 Ai
属于 R的某个候选关键属性，称 Ai是 R的主
属性，否则，称 Ai为非主属性。
? 应该注意的是，一般说来，单个主属性并
不能作为候选关键属性。
2,第一范式
? 对关系模式的规范化要求分成从低到高不
同的层次，分别称为第一范式，第二范式、
第三范式,Boyce-Codd范式、第四范式和
第五范式。
? 定义 6 当关系模式 R的所有属性都不能分解
为更基本的数据单位时，称 R是满足第一范
式的，简记为 1NF。
? 3,第二范式
? 定义 7 如果关系模式 R满足第一范式，并且
R的所有非主属性都完全依赖于 R的每一个
候选关键属性，称 R满足第二范式，简记为
2NF。
? 设 R＝ R(读者编号,工作单位,图书编号,借阅
日期,归还日期） —— 满足第一范式，属性
集 (读者编号,图书编号 )是 R的一个候选关键
字，但非主属性“工作单位”非完全依赖于
,(读者编号,图书编号 )”
? R不满足 2NF
4,第三范式
? 定义 8 设 R是一个满足第一范式条件的关系模式，
X是 R的任意属性集，如果 X非传递依赖于 R的任
一个候选关键字，称 R满足第三范式，简记为 3NF。
? 由候选关键字的定义,R的任何属性 X肯定是函数
依赖于 R的每一个候选关键字的，这里假设的条
件只是这种依赖关系应该是“非传递”的，换句
话说，在 R中没有哪个属性充当了这种函数依赖
关系的传递角色，因而，在 3NF中，关系模式 R的
任何非主属性对候选关键字的依赖都是直接的，
从而非主属性间不存在函数依赖关系，非主属性
和候选关键字的部分属性间也没有函数依赖关系
（这后面的一点限制也保证了符合第三范式的关
系模式一定符合第二范式）。
? 关于 3NF，有一个重要结论，我们对这个结
论只叙述而不进行形式证明。
? 定理 若关系模式 R符合 3NF条件，则 R一定
符合 2NF条件
5,BCNF
? 定义 9 设 R是一个关系模式，若 R的每一个函数依
赖关系的左部都是 R的一个候选关键字，称 R满足
Boyce-Codd规范，简记为 BCNF。
? 可以证明,BCNF是比 3NF更强的规范（证明略），
即符合 BCNF条件的关系模式一定符合 3NF条件，
但反过来却不成立。尽管在很多情况下,3NF也
就是 BCNF，但是，二者是不等价的，可以设计出
符合 3NF而不符合 BCNF的关系实例。
2.3.3 关系模式的分解
? 1,关系模式分解的一般问题
? 符合了 3NF（或 BCNF）规范标准的关系模式，就
会有比较好的性质，不会出现数据冗余、不一致
或插入、删除异常等情况，但是，在实际应用过
程中，所建立的许多关系并不符合 3NF，这就出
现将一个不满足 3NF条件的关系模式改造为符合
3NF模式的要求，这种改造的方法就是对原有关
系模式进行分解
? 所谓关系模式的分解，就是对原有关系在不同的
属性上进行投影，从而将原有关系分解为两个或
两个以上的含有较少属性的多个关系
? 引例,
? 设 R=（ 员工号,姓名,部门,月份,月度奖）
? 关键属性 (员工号,月份 ),R中的非主属性“姓
名”和“部门”都只部分依赖于关键属性
中的“员工号属性,因此 R不符合 2NF,将 R分
解为两个关系,
? R1= （ 员工号,姓名,部门）
? R2= （ 员工号,月份,月度奖）
? R1,R2符合 3NF，并且 R1,R2经过连接运
算可得到 R
? 无损分解
Heath定理
? 设关系模式 R(A,B,C),A,B,C是 R的属性
集。如果,
? A→B 并且 A→C
? 则,R和投影 (A,B),(A,C)的连接等价。
? Heath定理告诉我们，只要将关系 R的某个
候选关键字分解到每个子关系中，就会同
时保持称为连接不失真和依赖不失真。
2,3NF分解
? 任何关系都可以无损地分解为多个 3NF关系,
? （ 1）如果 R不满足 1NF标准，先对其属性进行分解，
使其满足 1NF
? （ 2） R符合 1NF标准但不符和 2NF标准时，分解 R使
其满足 2NF,分解步骤如下,
? R＝ (S1,S2,X1,X2)
? Primary Key(S1,S2) /* (S1,S2)作为关键字
? S1→ X1 /* X1部分函数依赖于 R的候选关键字
(S1,S2)
? 对 R分解成 R1和 R2,
? R1＝ (S1,S2,X2)
? Primary Key(S1,S2) /* R1以 (S1,S2)作为关键字
? R2＝ (S1,X1)
? Primary Key(S1) /* R2以 S1作为关键字
? 这样的分解是无损的，如果 R1,R2还不满足
2NF标准，可以继续上述分解过程，直到每
个分解后的关系模式都满足要求为止
2.4 数据库的完整性与安全性
? 数据库的完整性是指存储在数据库中的数据应该
正确、彼此相容、安全，因而数据库系统应该对
每一组操作过程进行审查，防止破坏相容性的数
据被写入数据库系统；而安全性是指防止人们对
数据有意无意的破坏，因而系统应该提供一种访
问控制机制，防止无权者进入系统和有权者超权
限访问数据库。
? 数据是否完整与正确，系统是根据一组规则来进
行判断的。符合这一组规则的数据就是相容的，
否则就是不相容的。
? 相容性规则称为数据的约束，一组操作所引起的
数据更新如果破坏了数据约束，系统就会拒绝。
2.4.1 关系模式的约束
1、属性约束
单个属性的取值范围
2、元组（数据表）约束
属性间的逻辑关系约束
3、数据库（表间）约束
数据表间的逻辑关系约束
2.4.2 数据恢复与并发控制
1、事务及其特征：事务，就是一组不可分割的操作
原子性 —— 组成事务的全部操作要么全做，要么全不做
一致性 —— 数据库系统由上一个一致性状态经一个事务转
化为下一个一致性状态
隔离性 —— 事务间是相互隔离的。当有 T1和 T2两个事务同
时作用于一个数据库时，要么 T1先进行完，要么 T2先
进行完，对数据库的访问在事务级上该是串行的，两
者隔离，相互不干扰。
持久性 —— 事务对数据库的作用效果是持久的，一旦完成，
其操作结果将永久有效
2,事务恢复
事务恢复指撤消一个已经开始但因某种原因尚未完成的事
务，使数据库恢复到事务开始前的状态，事务恢复并不是
撤消一个已经完成的事务 。 从数据库的设计者角度，事务
并非原子的，一个事务所包括的许多操作步只能一一分步
进行，当执行到中间过程时倘因某种原因而不能完成后续
操作，就应该撤消业已进行了的工作，以保证事务的原子
特性。
现代数据库系统对数据的修改一般是分两步进行的：首先
将修改的所有操作都放在了一个临时表中，第二步将这种
修改提交（ COMMIT）到正式的数据库中，一个事务提交
一次，发布提交命令的地方称为提交点。所以，事务是两
个提交点之间的操作序列
3,介质恢复
介质恢复的基本思想是进行系统备份，比
如每天备份一次，当数据库系统遇上什么
不能恢复的故障时，用备份系统恢复当前
系统。当然，采用介质备份是有代价的，
一般说来，介质备份不能恢复到最新状态
4,并发控制
当两个以上的事务同时存储一个数据库时，可
能会发生三种问题。
（ 1）丢失更新
（ 2）未提交依赖问题
（ 3）不一致分析
解决上述问题的基本策略是进行数据封锁，即
在进行数据更新（或数据统计分析）时封锁记
录（或整个数据表），使其他事务在记录封锁
期间无法访问该记录
2.4.3 安全性
数据库系统的安全性是靠访问控制来实现的
访问权限分配表
B1数据表 B2数据表 B3数据表
A1用户 浏览 更新 更新
A2用户 更新 浏览
A1用户可以浏览 B1数据表、并可以对 B2、
B3数据表实施更新操作； A2用户可以更
新 B1数据表、并浏览 B2数据表，但对 B3
数据表无访问权限
2.4.4 数据字典
现代的数据库应用系统一般都非常庞大，管理的数据
对象众多，这些数据又成为了管理对象，数据字典就
是以管理数据库对象为目的的一种辅助工具，它可以
帮助开发者井井有条的管理自己的各种数据表、视图、
数据库等数据对象，并帮助形成各种交流文档。数据
字典是应用开发的一种有力工具。
数据字典的数据是由系统自动建立和维护的，也就是
说：当用户建立了一个新的数据对象时，数据字典中
将自动插入有关该对象的数据，当用户修改了或删除
了该对象时，系统也会自动地将这种修改与删除及时
反映到数据字典中
1,数据库对象及数据字典的基本内容
（ 1）数据表
① ?字段 字段名、字段约束、字段访问权限分配。
② ?元组 元组约束，插入规则、删除规则、更新规则。
③ ?索引 关于表的索引字段和索引方式说明。
④ ?表 数据表的说明，表的访问权限分配
（ 2）数据视图
① ?字段 字段来源；
② ?元组 元组的筛选和连接规则；
③ ?视图 视图的说明。
（ 3）数据库
① ?表间约束；
② ?表的存储空间说明；
③ ?用户关于数据库的用户情况说明。
2,数据字典的作用
（ 1）方便开发人员编写调试系统
（ 2）便于开发交流，方便开发过程管
理
（ 3）方便系统移交
2.5 数据库设计的一般过程
2.5.1 需求分析
1,调研分析、确认设计边界
2,整理资料，初步确定目标系统的功能和数据结构
3,编写需求分析报告
2.5.2 关系数据库的概念设计
1,确定设计任务
2,选定设计工具
3,确定面向用户的数据子模式
4,确定面向全局的概念模式
2.5.3 关系数据库的逻辑设计
1、表的结构定义
2,定义表的约束
3,定义数据的各种操作
2.5.4 实施
1、选择一种数据库系统产品
2、在选择的数据库产品上建立数
据表并定义表的约束
3、实现对数据的操作
4、调试、试运行、系统维护
2.1 关系数据库及其基本特征
2.2 E-R模型及其到关系模型的转化
2.4 数据库的完整性与安全性
2.3 关系模式的 规范化
2.5 数据库设计的一般过程
2.1 关系数据库及其基本特征
? 2.1.1 基本概念
? 1,实体及其联系
? 实体 —— 存在于人们意识之外的客观对象，如读
者、图书等
? 联系 —— 三种不同类型的联系,1-1,1-n,n-n
? 关系 —— 二维表，由行和列组成。关系方法用表
中的行描述一个实体，用表中列描述实体的属性，
用外键描述实体间的联系
?
2,元组、属性、主键与外键
? 元组 — 表中的每行,元组不容许重复，表中任意
两行不能完全相同
? 属性 — 表中的每列，分为属性名与属性值，属性
名不容许重复
? 主属性 — 在一个表中能起区分作用的属性，主属
性可能由两个或多个属性组成，主属性也称为主
键
? 外键 — 其他表的主属性，外键是描述两个表之间
关系的基本手段
3,数据结构、操作与约束
? 数据结构 —— 用怎样的数据形式描述应用中所涉
及的各种实体及实体间的联系，关系方法使用二
维表描述实体及其联系
? 数据操作 —— 提供哪些数据操作手段，以让用户
方便迅速地对数据进行各种处理,关系方法提供
的数据操作有选择、投影、连接 三种。
? 数据约束 —— 避免产生不相容数据的一种控制机
制，有属性约束、字段间约束和表间约束三种。
2.1.2 关系数据库的基本特征
? 1,有坚实的理论基础
? 2,数据结构简单、易于理解
? 3,对用户提供了较全面的操作支持
? 4,得到了众多开发商的支持
? 5．视图机制
?
E-R模型及其到关系模型的转化
? 1,对实体的进一步讨论
（ 1）实体是能被相互区分的客观对象。这种客观对
象可能是人、物等实际的对象，也可能是一个事
件。如一个学生、一本书、一个学校、一辆车、
一张发票等都是一个实体。
（ 2）要注意实体集和实体的差别。某某学生是一个
实体，而一个班、一个系、一个学校的学生组成
一个实体集。在有些讨论中，并未在字面上对其
严格区分，但根据上下文应能从概念上对其进行
区分。
（ 3）实体有独立实体和弱实体之分。
2,属性
? （ 1）简单属性和复合属性
? —— 不可进一步分割的属性称为简单属性，与此对应，由
简单属性组合成的属性称为复合属性。
? （ 2）单值属性和多值属性
? —— 如果实体集中的每一个实体在某个属性上都只有惟一
值，称这样的属性为单值属性（相反，如某个实体在一个
属性上有多个值，称这样的属性为多值属性 。
? （ 3）基本属性和导出属性
? —— 完全独立的属性称为基本属性，依赖于其他属性的
属性称为导出属性
? （ 4）码
? —— 能完全区分该实体集中的每个实体的属性（或属性
组合）称为, 码,
3,联系
? 联系是实体间的一种关联关系，即不同实
体间的对应关系。从参与联系的两个实体
集的数量关系来说，联系可分为 1∶ 1，
1∶ n,m∶ n等三种。
? 对于 m∶n 的联系一般设置专门的关系表来
表征这种联系
? 在 1∶1, 1∶m 中，用一个外键来表征这种
联系
4,E-R图举例
销 售
存 放
供销商 产 品
仓 库
员 工
零部件
使 用
供 应
生 产
属 于
部 门 地 址
在
在
建立 E-R模型的一个原则
? 建立的 E-R模型应该反映所模拟对象的本质（针对某一研
究过程），原研究对象中与研究过程有关的一些特征、过
程都应该从所建立的模型中得到反映并很容易地得到解答。
如对于一个制造型企业，下述问题是重要的,
? ① ?企业有那些产品、每种产品由那些零部件组成；
? ② ?每种零部件的当前库存数量；
? ③ ?零部件供应商及地址；
? 在图 2-1所建立的模型中，对这些问题都能很容易获得解
答，如：实体类产品回答企业有哪些产品，产品类与零部
件的联系回答了每种产品由哪些零部件组成。
2.2.2 E-R模型到关系模型的转化
? 1,独立实体到关系模式的转化
? —— 一个独立实体转化为一个关系模式（即一张关系表），
实体码转化为关系表的关键属性、其他属性转化为关系表
的属性
? 2,弱实体到关系模式的转化
? —— 弱实体依赖于独立实体，在进行转化时，弱实体也转
化为一个关系表，弱实体与独立实体间依赖关系通过定义
约束关系来表示
? 3,1∶ 1联系到关系模式的转化
? —— 在两个实体关系表中各自增加一个外键即可
? 4,1∶ n联系到关系模式的转化
? —— 在 n方（即 1对多关系的多方）实体类型表中增加一个
属性，将对方的关键字作为外来码处理
? 5,m∶ n联系到关系模式的转化
? —— 单独建立一个关系表，分别用两个实体的码作为外键
? 6,多元联系到关系模式的转化
? —— 所谓多元联系，即是说该联系涉及两个以上的实体。
如一个课程表，涉及了班级、课程、教室、教师等四个实
体。转化时，应建立一个单独的关系表，将该联系所涉及
的全部实体的码作为该关系表的外键，再加上适当的其他
属性,
? 课表 (班号,课程号,教师号,教室号,周次 )
? 7,自联系到关系模式的转化
? —— 分清两部分实体在联系中的身份,按普通二元关系
处理
2.3 关系模式的规范化
? 2.3.1 函数依赖概述
? 定义 1 设 R＝ R(A1,A2,…,An)是一个关系模式
（ A1,A2,…,An是 R的属性）,X∈ (A1,A2,…, An)，
Y∈( A1,A2,…,An),T1,T2是 R的两个任意元组，
即 T1＝ T1(A1,A2,…,An),T2＝ T2(A1,A2,…,An)，如
果，当,
? T1(X)＝ T2(X)成立时，总有,
? T1(Y)＝ T2(Y)
? 称 X决定 Y，或称 Y函数依赖于 X。记为,X→ Y。
? 定义 2 R,X,Y如定义 1所设，如果 X→ Y
成立，但对 X的任意真子集 X1，都有 X1→ Y
不成立，称 Y完全函数依赖于 X，否则，称
Y部分函数依赖于 X。
? 所谓完全依赖是说明在依赖关系的决定项
（即依赖关系的左项）中没有多余属性，
有多余属性就是部分依赖。
? 定义 3 设 X,Y,Z是关系模式 R的不同属性
集，若,
? X→ Y（并且 Y→ X不成立）,Y→ Z,
? 称 X传递决定 Z，或称 Z传递函数依赖于 X。
? 定义 1—— 定义 3是判断一个关系是否一个
,好关系, 的基础
2.3.2 关系模式的规范化
? 1,主属性与非主属性
? 定义 4 设关系模式 R(A1,A2,…, An),A1,A2…,A n
是 R的属性,X是 R的一个属性集，如果,
? ① ?X→(A 1,A2…,A n)
? ② ?对于 X的任意真子集 X1,X1— >(A1,A2,…,A n)都
不成立
? 称属性集 X是关系模式 R的一个候选关键属性。
? 习惯上把候选关键属性称为候选关键字，关键属
性称为关键字
? （ 2）主属性和非主属性
? 一个关系模式 R可能有多个候选关键属性，
而一个候选关键属性又可能有多个属性，
这样,R的所有属性 Ai(i＝ 1,2,…,N) 按是否
属于一个候选关键属性被划分为两类：主
属性和非主属性。
? 定义 5 设 Ai是关系模式 R的一个属性，若 Ai
属于 R的某个候选关键属性，称 Ai是 R的主
属性，否则，称 Ai为非主属性。
? 应该注意的是，一般说来，单个主属性并
不能作为候选关键属性。
2,第一范式
? 对关系模式的规范化要求分成从低到高不
同的层次，分别称为第一范式，第二范式、
第三范式,Boyce-Codd范式、第四范式和
第五范式。
? 定义 6 当关系模式 R的所有属性都不能分解
为更基本的数据单位时，称 R是满足第一范
式的，简记为 1NF。
? 3,第二范式
? 定义 7 如果关系模式 R满足第一范式，并且
R的所有非主属性都完全依赖于 R的每一个
候选关键属性，称 R满足第二范式，简记为
2NF。
? 设 R＝ R(读者编号,工作单位,图书编号,借阅
日期,归还日期） —— 满足第一范式，属性
集 (读者编号,图书编号 )是 R的一个候选关键
字，但非主属性“工作单位”非完全依赖于
,(读者编号,图书编号 )”
? R不满足 2NF
4,第三范式
? 定义 8 设 R是一个满足第一范式条件的关系模式，
X是 R的任意属性集，如果 X非传递依赖于 R的任
一个候选关键字，称 R满足第三范式，简记为 3NF。
? 由候选关键字的定义,R的任何属性 X肯定是函数
依赖于 R的每一个候选关键字的，这里假设的条
件只是这种依赖关系应该是“非传递”的，换句
话说，在 R中没有哪个属性充当了这种函数依赖
关系的传递角色，因而，在 3NF中，关系模式 R的
任何非主属性对候选关键字的依赖都是直接的，
从而非主属性间不存在函数依赖关系，非主属性
和候选关键字的部分属性间也没有函数依赖关系
（这后面的一点限制也保证了符合第三范式的关
系模式一定符合第二范式）。
? 关于 3NF，有一个重要结论，我们对这个结
论只叙述而不进行形式证明。
? 定理 若关系模式 R符合 3NF条件，则 R一定
符合 2NF条件
5,BCNF
? 定义 9 设 R是一个关系模式，若 R的每一个函数依
赖关系的左部都是 R的一个候选关键字，称 R满足
Boyce-Codd规范，简记为 BCNF。
? 可以证明,BCNF是比 3NF更强的规范（证明略），
即符合 BCNF条件的关系模式一定符合 3NF条件，
但反过来却不成立。尽管在很多情况下,3NF也
就是 BCNF，但是，二者是不等价的，可以设计出
符合 3NF而不符合 BCNF的关系实例。
2.3.3 关系模式的分解
? 1,关系模式分解的一般问题
? 符合了 3NF（或 BCNF）规范标准的关系模式，就
会有比较好的性质，不会出现数据冗余、不一致
或插入、删除异常等情况，但是，在实际应用过
程中，所建立的许多关系并不符合 3NF，这就出
现将一个不满足 3NF条件的关系模式改造为符合
3NF模式的要求，这种改造的方法就是对原有关
系模式进行分解
? 所谓关系模式的分解，就是对原有关系在不同的
属性上进行投影，从而将原有关系分解为两个或
两个以上的含有较少属性的多个关系
? 引例,
? 设 R=（ 员工号,姓名,部门,月份,月度奖）
? 关键属性 (员工号,月份 ),R中的非主属性“姓
名”和“部门”都只部分依赖于关键属性
中的“员工号属性,因此 R不符合 2NF,将 R分
解为两个关系,
? R1= （ 员工号,姓名,部门）
? R2= （ 员工号,月份,月度奖）
? R1,R2符合 3NF，并且 R1,R2经过连接运
算可得到 R
? 无损分解
Heath定理
? 设关系模式 R(A,B,C),A,B,C是 R的属性
集。如果,
? A→B 并且 A→C
? 则,R和投影 (A,B),(A,C)的连接等价。
? Heath定理告诉我们，只要将关系 R的某个
候选关键字分解到每个子关系中，就会同
时保持称为连接不失真和依赖不失真。
2,3NF分解
? 任何关系都可以无损地分解为多个 3NF关系,
? （ 1）如果 R不满足 1NF标准，先对其属性进行分解，
使其满足 1NF
? （ 2） R符合 1NF标准但不符和 2NF标准时，分解 R使
其满足 2NF,分解步骤如下,
? R＝ (S1,S2,X1,X2)
? Primary Key(S1,S2) /* (S1,S2)作为关键字
? S1→ X1 /* X1部分函数依赖于 R的候选关键字
(S1,S2)
? 对 R分解成 R1和 R2,
? R1＝ (S1,S2,X2)
? Primary Key(S1,S2) /* R1以 (S1,S2)作为关键字
? R2＝ (S1,X1)
? Primary Key(S1) /* R2以 S1作为关键字
? 这样的分解是无损的，如果 R1,R2还不满足
2NF标准，可以继续上述分解过程，直到每
个分解后的关系模式都满足要求为止
2.4 数据库的完整性与安全性
? 数据库的完整性是指存储在数据库中的数据应该
正确、彼此相容、安全，因而数据库系统应该对
每一组操作过程进行审查，防止破坏相容性的数
据被写入数据库系统；而安全性是指防止人们对
数据有意无意的破坏，因而系统应该提供一种访
问控制机制，防止无权者进入系统和有权者超权
限访问数据库。
? 数据是否完整与正确，系统是根据一组规则来进
行判断的。符合这一组规则的数据就是相容的，
否则就是不相容的。
? 相容性规则称为数据的约束，一组操作所引起的
数据更新如果破坏了数据约束，系统就会拒绝。
2.4.1 关系模式的约束
1、属性约束
单个属性的取值范围
2、元组（数据表）约束
属性间的逻辑关系约束
3、数据库（表间）约束
数据表间的逻辑关系约束
2.4.2 数据恢复与并发控制
1、事务及其特征：事务，就是一组不可分割的操作
原子性 —— 组成事务的全部操作要么全做，要么全不做
一致性 —— 数据库系统由上一个一致性状态经一个事务转
化为下一个一致性状态
隔离性 —— 事务间是相互隔离的。当有 T1和 T2两个事务同
时作用于一个数据库时，要么 T1先进行完，要么 T2先
进行完，对数据库的访问在事务级上该是串行的，两
者隔离，相互不干扰。
持久性 —— 事务对数据库的作用效果是持久的，一旦完成，
其操作结果将永久有效
2,事务恢复
事务恢复指撤消一个已经开始但因某种原因尚未完成的事
务，使数据库恢复到事务开始前的状态，事务恢复并不是
撤消一个已经完成的事务 。 从数据库的设计者角度，事务
并非原子的，一个事务所包括的许多操作步只能一一分步
进行，当执行到中间过程时倘因某种原因而不能完成后续
操作，就应该撤消业已进行了的工作，以保证事务的原子
特性。
现代数据库系统对数据的修改一般是分两步进行的：首先
将修改的所有操作都放在了一个临时表中，第二步将这种
修改提交（ COMMIT）到正式的数据库中，一个事务提交
一次，发布提交命令的地方称为提交点。所以，事务是两
个提交点之间的操作序列
3,介质恢复
介质恢复的基本思想是进行系统备份，比
如每天备份一次，当数据库系统遇上什么
不能恢复的故障时，用备份系统恢复当前
系统。当然，采用介质备份是有代价的，
一般说来，介质备份不能恢复到最新状态
4,并发控制
当两个以上的事务同时存储一个数据库时，可
能会发生三种问题。
（ 1）丢失更新
（ 2）未提交依赖问题
（ 3）不一致分析
解决上述问题的基本策略是进行数据封锁，即
在进行数据更新（或数据统计分析）时封锁记
录（或整个数据表），使其他事务在记录封锁
期间无法访问该记录
2.4.3 安全性
数据库系统的安全性是靠访问控制来实现的
访问权限分配表
B1数据表 B2数据表 B3数据表
A1用户 浏览 更新 更新
A2用户 更新 浏览
A1用户可以浏览 B1数据表、并可以对 B2、
B3数据表实施更新操作； A2用户可以更
新 B1数据表、并浏览 B2数据表，但对 B3
数据表无访问权限
2.4.4 数据字典
现代的数据库应用系统一般都非常庞大，管理的数据
对象众多，这些数据又成为了管理对象，数据字典就
是以管理数据库对象为目的的一种辅助工具，它可以
帮助开发者井井有条的管理自己的各种数据表、视图、
数据库等数据对象，并帮助形成各种交流文档。数据
字典是应用开发的一种有力工具。
数据字典的数据是由系统自动建立和维护的，也就是
说：当用户建立了一个新的数据对象时，数据字典中
将自动插入有关该对象的数据，当用户修改了或删除
了该对象时，系统也会自动地将这种修改与删除及时
反映到数据字典中
1,数据库对象及数据字典的基本内容
（ 1）数据表
① ?字段 字段名、字段约束、字段访问权限分配。
② ?元组 元组约束，插入规则、删除规则、更新规则。
③ ?索引 关于表的索引字段和索引方式说明。
④ ?表 数据表的说明，表的访问权限分配
（ 2）数据视图
① ?字段 字段来源；
② ?元组 元组的筛选和连接规则；
③ ?视图 视图的说明。
（ 3）数据库
① ?表间约束；
② ?表的存储空间说明；
③ ?用户关于数据库的用户情况说明。
2,数据字典的作用
（ 1）方便开发人员编写调试系统
（ 2）便于开发交流，方便开发过程管
理
（ 3）方便系统移交
2.5 数据库设计的一般过程
2.5.1 需求分析
1,调研分析、确认设计边界
2,整理资料，初步确定目标系统的功能和数据结构
3,编写需求分析报告
2.5.2 关系数据库的概念设计
1,确定设计任务
2,选定设计工具
3,确定面向用户的数据子模式
4,确定面向全局的概念模式
2.5.3 关系数据库的逻辑设计
1、表的结构定义
2,定义表的约束
3,定义数据的各种操作
2.5.4 实施
1、选择一种数据库系统产品
2、在选择的数据库产品上建立数
据表并定义表的约束
3、实现对数据的操作
4、调试、试运行、系统维护
