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  • 关系规范化

    千次阅读 2020-07-04 21:24:15
    关系规范化的目的是为了消除储存异常,减少数据冗余,以保证数据的完整性,正确性,一致性和储存效率,一般讲关系规范到III范式即可 1NF范式 一个关系的每个属性都是不可再分的基本数据项,则该关系是I范式 2NF...

    关系规范化的目的

    关系规范化的目的是为了消除储存异常,减少数据冗余,以保证数据的完整性,正确性,一致性和储存效率,一般讲关系规范到III范式即可

    1NF范式

    一个关系的每个属性都是不可再分的基本数据项,则该关系是I范式

    2NF范式

    II范式首先要满足I范式,而且关系中的每一个非主属性完全函数依赖于主关键字,则该关系是II范式

    个人理解:就是表中除主键其他的所有属性都要完全依赖主键,不能不完全

    实例:
    在这里插入图片描述

    将非II范式规范为II范式的方法

    将部分函数依赖关系中的主属性(决定方)和非主属性从关系中提取出来,单独构成一个关系

    实例分析: 学生成绩表主关键字/主键(学号,课程名称),成绩完全依赖主关键字。姓名不完全依赖主键,只依赖学号,所以讲学号和姓名单独构建成一个表

    3NF范式

    III范式首先要满足II范式,且关系中的每一个非主属性都不完全函数传递依赖主关键字,则此关系是III范式

    在这里插入图片描述

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  • 关系模式的规范化理论

    千次阅读 2019-05-11 19:43:44
    范式级别可以逐级升高,而升高规范化的过程就是逐步消除关系模式中不合适的数据依赖的过程,使模型中的各个关系模式达到某种程度的分离。一个低一级范式的关系模式,通过模式分解转为若干个高一级范式的关系模式的...

    关系模式规范化的定义

    到目前为止,规范化理论已经提出了六类范式。范式级别可以逐级升高,而升高规范化的过程就是逐步消除关系模式中不合适的数据依赖的过程,使模型中的各个关系模式达到某种程度的分离。一个低一级范式的关系模式,通过模式分解转为若干个高一级范式的关系模式的集合,这种分解过程叫作关系模式的规范化(Normalization)。

     

    关系模式规范化的目的和原则

    一个关系只要其分量都是不可分的数据项,就可称它为规范化的关系,但这只是最基本规范化。规范化的目的就是使结构合理,消除存储异常,使数据冗余尽量小,便于插入、最除和更新。
    规范化的基本原则就是遵循“一事一地”的原则,即一个关系只描述一个实体或者实体间的联系。若多于一个实体,就把它“分离”出来。因此,所谓规范化,实质上是概念的单一化,即个关系表示一个实体。

     

    关系模式规范化的步骤

    规范化就是对原关系进行投影,消除决定属性不是候选键的任何函数依赖。具体可以分为以下几步。
    (1)对1NF关系进行投影,消除原关系中非主属性对键的部分函数依赖,将1NF关系转换成若干个2NF关系。
    (2)对2NF关系进行投影,消除原关系中非主属性对键的传递函数依赖,将2NF关系转换成若干个3NF关系。
    (3)对3NF关系进行投影,消除原关系中主属性对键的部分函数依赖和传递函数依赖,也就是说,使决定因素都包含一个候选键,得到一组BCNF关系。
    (4)对BCNF关系进行投影,消除原关系中的非平凡且非函数依赖的多值依赖,得到一组4NF的关系。

    关系规范化的基本步骤如图所示。

     

    规范化过程

     

     

    一般情况下,我们说没有异常弊病的数据库设计是好的数据库设计,一个不好的关系模式也总是可以通过分解转换成好的关系模式的集合。但是在分解时要全面衡量,综合考虑,视实际情况而定。对于那些只要求查询而不要求插入、删除等操作的系统,几种异常现象的存在并不影响数据库的操作。这时便不宜过度分解,否则当对系统进行整体查询时,需要更多的多表连接操作,这有可能得不偿失。在实际应用中,最有价值的是3NF和BCNF,在进行关系模式的设计时,通常分解到3NF就足够了。

     

    关系模式规范化的要求

    关系模式的规范化过程是通过对关系模式的投影分解来实现的,但是投影分解方法不是唯的,不同的投影分解会得到不同的结果。在这些分解方法中,只有能够保证分解后的关系模式与原关系模式等价的方法才是有意义的。
    判断对关系模式的一个分解是否与原关系模式等价可以有三种不同的标准。
    (1)分解要具有无损连接性;
    (2)分解要具有函数依赖保持性;
    (3)分解既要具有无损连接性,又要具有函数依赖保持性。

     

     


    参考资料:[1]陈志泊,王春玲,许福,范春梅.数据库原理及应用教程(第3版)[M].北京:人民邮电出版社,2014:159-160.
     

     

     

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  • 数据规范化(归一化)、及Z-score标准化

    万次阅读 多人点赞 2018-05-15 22:11:58
    数据规范化数据规范化(归一化)处理是数据挖掘的一项基础工作。不同评价指标往往具有不同的量纲,数值见的差别可能很大,不进行处理可能会影响到数据分析的结果。为了消除指标之间的量纲和取值范围差异的影响,需要...

    数据规范化

    数据规范化(归一化)处理是数据挖掘的一项基础工作。不同评价指标往往具有不同的量纲,数值见的差别可能很大,不进行处理可能会影响到数据分析的结果。为了消除指标之间的量纲和取值范围差异的影响,需要进行标准化处理,将数据按照比例进行缩放,使之落入一个特定的区域,便于进行综合分析。如将工资收入属性值映射到[-1, 1]或者[0, 1]内。

    数据规范化对于基于距离的挖掘算法尤为重要。

    (1)最小-最大规范化

    最小-最大规范化也称为离散标准化,是对原始数据的线性变换,将数据值映射到[0, 1]之间。

    转换公式如下:


    离差标准化保留了原来数据中存在的关系,是消除量纲和数据取值范围影响的最简单方法。这种处理方法的缺点是若数值集中且某个数值很大,则规范化后各值接近于0,并且将会相差不大。(如 1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6,8.4)这组数据。若将来遇到超过目前属性[min, max]取值范围的时候,会引起系统报错,需要重新确定min和max。

    (2)零-均值规范化(z-score标准化)

    零-均值规范化也称标准差标准化,经过处理的数据的均值为0,标准差为1。转化公式为:


    其中为原始数据的均值,为原始数据的标准差,是当前用得最多的数据标准化方式。标准差分数可以回答这样一个问题:"给定数据距离其均值多少个标准差"的问题,在均值之上的数据会得到一个正的标准化分数,反之会得到一个负的标准化分数。

    (3)小数定标规范化

    通过移动属性值的小数位数,将属性值映射到[-1, 1]之间,移动的小数位数取决于属性值绝对值的最大值。转化公式为:


    代码的实现地址为:点击打开链接





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  • 关系数据库规范化理论

    千次阅读 2016-03-16 22:53:23
    关系数据库规范化理论

    本文来源于:http://blog.sina.com.cn/s/blog_4d73b3a7010008st.html

    关系型数据库在设计时应该遵守一定的规则,即遵循数据库的范式理论。数据库的数据是一切操作的基础,如果数据库设计不好,利用其它方法来提高数据库性能的效果都将是有限的。而设计的关键是如何使数据库能合理地存储用户的数据,方便用户进行数据处理。
    规范化理论是将一个不合理的关系模式如何转化为合理的关系模式理论,规范化理论是围绕范式而建立的。规范化理论认为,一个关系型数据库中所有的关系,都应满足一定的规范。规范化理论把关系应满足的规范要求分为几级,满足最低要求的一级叫做第一范式(1NF),在第一范式的基础上提出了第二范式(2NF),在第二范式的基础上又提出了第三范式(3NF),以后又提出了BCNF范式,4NF,5NF。范式的等级越高,应满足的约束条件也越严格。规范的每一级别都依赖于它的前一级别,例如若一个关系模式满足2NF,则一定满足1NF。
    下面我按照范式设计级别依次介绍1NF(第一范式)、2NF(第二范式)、3NF(第三范式)和BCNF,4NF(第四范式)和5NF(第五范式)。
    第一范式(1NF):在数据库表中,要求每个属性值都是不可再分的,则该关系满足第一范式。
    如:某关系表SC由 STUDENT_ID(学生编号)和COURSE(课程名称)两个属性组成。这样的关系模式在实际应用过程中会存在这样问题,一个学生可以同时选择多门课程,现将此关系中STUDENT_ID作为关键字,COURSE字段中存在了多个值的情况,象这样:


    STUDENT_ID

    COURSE

    001

    中国文化史概要、音乐欣赏

    002

    音乐欣赏、程序设计

    这样的关系即不满足第一范式的要求。实际应用中,在设计表时,都应该满足第一范式要求。


    STUDENT_ID

    COURSE

    001

    中国文化史概要

    001

    音乐欣赏

    002

    音乐欣赏

    002

    程序设计

    解决方法:

     

     

     




    第二范式(2NF):如果某关系满足第一范式,而且它的所有非关键字属性都完全依赖于整个主关键字(不存在部分依赖),则该关系满足第二范式。
    如:关系LESSON(课程表):由SNO,CNO,GRADE,CREDIT四个属性组成,其中SNO为学号、CNO为课程号、GRADEGE为学生成绩、CREDIT为学分。根据这个关系,关键字为组合关键字(SNO、CNO)。
    在应用中使用这个关系模式可能存在以下问题:
    a.更新异常。若调整了某课程的学分,相应的元组CREDIT值都要更新,有可能会出现同一
    门课学分不同的情况。
    c.插入异常。如计划开新课,由于没人选修,没有学号关键字,只能等有人选修才能把课程
    和学分存入。
    d.删除异常。若学生已经结业,从当前数据库删除选修记录。某些门课程新生尚未选修,则
    此门课程及学分记录无法保存。
    分析原因:非关键字属性CREDIT仅依赖于CNO这个字段,也就是CREDIT部分依赖组合关键字(SNO,CNO)而不是完全依赖。
    解决方法:将其实原有关系分成两个关系STUDENT(SNO、CNO、GRADE),LESSON(CNO、CREDIT)。这样的两个关系都满足第二范式的要求。

    第三范式(3NF):如果某关系模式满足第二范式,而且它的任何一个非主属性都不传递依赖于任何关键字,则满足第三范式。
    例:关系S1(SNO、SNAME、DNO、DNAME、LOCATION) ,属性依次代表学号、姓名、所在系编号、系名称、系地址。 关键字SNO决定各个属性,满足2NF。但这样的关系肯定会使数据有大量的冗余,有关学生DNO,DNAME,LOCATION三个属性将重复插入、删除和修改。
    分析原因:关系中存在传递依赖造成的。即SNO决定DNO,DNO决定LOCATION,但SNO不能直接决定LOCATION, 而是通过DNO传递依赖实现的,所以不满足第三范式。
    解决方法:将其分为两个关系 S(SNO,SNAME,DNO),D(DNO,DNAME,LOCATION)。

    BCNF:如果关系R的所有属性中,若每个决定因素都包含候选关键字,则称关系R属于BCNF。
    例:关系SLT(SID、LESSON、TEACHER),SID为学生编号、LESSON为课程名称、TEACHER为授课教师,其中SID为关键字,经分析该关系满足第三范式,分析(SID、LESSON)决定授课教师,(SID、TEACHER)决定课程,TEACHER决定LESSON,由于TEACHER不是关键字,所以不满足BCNF。
    解决方法:;C(SID、TEACHER),T(TEACHER、LESSON)。

    第四范式(4NF):若关系模式R每个非平凡多值依赖X→→Y,X都含有候选键,则该关系模式满足第四范式。
    如:关系RR(SBM、CZDM、SCCJ),其中SBM设备名称、CZDM厂站代码、SCCJ生产厂家。
    分析:对于设备名称,无论生产厂家是谁,都会有一组值对应厂站代码即SBM→→CZDM,同理对设备名称,无论厂站代码是谁,都会有一组值对应生产厂家即SBM→→SCCJ。由于两个多值依赖的左端都不含候选键,所以不满足第四范式。
    解决方法:RR_1(SBM、SCCJ),RR_2(SBM、CZDM)。

    第五范式(5NF):如果关系模式中,每一个连接依赖,都包含由关系中候选键,则称为该关系模式满足第五范式。
    例如有一个关系R1中


    A

    B

    C

    A1

    B1

    C1

    A2

    B1

    C2

    A1

    B2

    C1

    A2

    B2

    C2

    分析:在关系中A、B、C均为关键字。从上表中可以看出,表中存在大量冗余的数据。
    解决方法:可以将其拆分成下面的三个关系RA、RB、RC。

    RA

    RB

    RC

    A

    B

    B

    C

    C

    A

    A1

    B1

    B1

    C1

    C1

    A1

    A1

    B2

    B1

    C2

    C1

    A2

    满足第五个范式。
    将一个关系分解成多个关系,要使得分解有意义,起码的要求是分解后不丢失原来的信息。这些信息不仅包括数据本身,而且包括由函数依赖所表示的数据之间的相互制约。进行分解的目标是达到更高一级的规范化程度,但是分解的同时必须考虑两个问题:无损联接性和保持函数依赖。有时往往不可能做到既有无损联接性,又完全保持函数依赖。需要根据需要进行权衡。

    小结:
    规范化目的是使结构更合理,消除插入、修改、删除异常,使数据冗余尽量小,便于插入、删除和更新。
    原则:遵从概念单一化 “一事一地”原则,即一个关系模式描述一个实体或实体间的一种联系。规范的实质就是概念的单一化。
    方法:将关系模式投影分解成两个或两个以上的关系模式。
    要求:分解后的关系模式集合应当与原关系模式“等价”,即经过自然联接可以恢复原关系而不丢失信息,并保持属性间合理的联系。
    注意:一个关系模式结这分解可以得到不同关系模式集合,也就是说分解方法不是唯一的。最小冗余的要求必须以分解后的数据库能够表达原来数据库所有信息为前提来实现。其根本目标是节省存储空间,避免数据不一致性,提高对关系的操作效率,同时满足应用需求。实际上,并不一定要求全部模式都达到BCNF不可。有时故意保留部分冗余可能更方便数据查询。尤其对于那些更新频度不高,查询频度极高的数据库系统更是如此。
    现在做数据库设计,很少有人可以做到很符合范式的。一般说来,第一范式大家都可以遵守,如果设计的数据库能遵守前三个范式,就可以啦,因为范式越高,可能也会BCNF的范式出现机会较少,而且会破坏完整性,你可以在做设计之时不考虑它。希望大家在设计数据库时,一定要全面考虑各方面的问题,根据实际情况出发,然后再确定是否应该满足更高范式。


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