简述数据库设计

本文详细介绍了数据库设计的重要性,区分了事务处理和分析处理两种应用类型,并概述了数据库设计的特点,强调了需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计、实施和维护等关键步骤。同时,分享了数据库各级模式的形成过程、设计技巧,包括数据驱动、标准化、索引选择和数据完整性等方面,旨在提升数据库设计的质量和效率。

数据库设计(Database Design)是指对于一个给定的应用环境,构造最优的数据库模式,建立数据库及其应用系统,使之能够有效地存储数据,满足各种用户的应用需求(信息要求和处理要求)。

  在数据库领域内,常常把使用数据库的各类系统统称为数据库应用系统。

Transactional:这种应用,用户对CRUD较为感兴趣,即创建、读取、更新和删除记录。这种数据,官方名称之位OLTP。

Analytical:用户对分析、报告、预测等方面感兴趣。这类数据库很少有嵌入和更新。主要目的是为了尽快获取和分析数据。官方名称之为OLAP。

一、数据库和信息系统
  (1)数据库是信息系统的核心和基础,把信息系统中大量的数据按一定的模型组织起来,提供存储、维护、检索数据的
       功能,使信息系统可以方便、及时、准确地从数据库中获得所需的信息。
  (2)数据库是信息系统的各个部分能否紧密地结合在一起以及如何结合的关键所在。
  (3)数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部分。
  (4)数据库设计人员应该具备的技术和知识:
     数据库的基本知识和数据库设计技术
     计算机科学的基础知识和程序设计的方法和技巧
     软件工程的原理和方法
     应用领域的知识

二、数据库设计的特点
  数据库建设是硬件、软件和干件的结合
   三分技术,七分管理,十二分基础数据
   技术与管理的界面称之为“干件”
  数据库设计应该与应用系统设计相结合
   结构(数据)设计:设计数据库框架或数据库结构
   行为(处理)设计:设计应用程序、事务处理等
  结构和行为分离的设计

### 数据库设计三范式详解 #### 第一范式 (1NF) 第一范式规定数据库表的每一列都必须是不可分割的基本数据项,即实体中的某个属性不能有多个值。这意味着任何表格都应该是一张二维表,其中每个记录都有唯一标识符——主键。 例如,在一个存储员工信息的数据表中,如果存在一个多值字段来表示技能集(如编程语言列表),这就不符合第一范式的要求。为了达到1NF标准,应该将这些多值拆分成单独的行或创建一个新的关联表来保存它们[^2]。 ```sql CREATE TABLE Employees ( EmployeeID INT PRIMARY KEY, Name VARCHAR(50), Skill VARCHAR(50) -- 不符合1NF ); -- 改进后的结构如下: CREATE TABLE Skills ( EmployeeID INT, SkillName VARCHAR(50), FOREIGN KEY (EmployeeID) REFERENCES Employees(EmployeeID) ); ``` #### 第二范式 (2NF) 当一张表已经满足了第一范式之后,还需要进一步消除部分函数依赖才能成为第二范式的表。具体而言,对于每一个非主属性X,它应当完全功能依赖于整个候选码而不是其一部分子集;换句话说就是不存在非平凡的部分依赖关系。 考虑一个包含课程编号、教师姓名以及教室号三个字段的教学安排表。这里假设`<课程编号>`作为唯一的主关键字,则该表不满足2NF条件,因为`教室号`仅取决于`课程编号`而与特定授课老师无关。因此可以将其重构为两个独立的关系模式以去除这种不必要的联系: ```sql CREATE TABLE Courses ( CourseID INT PRIMARY KEY, ClassroomNumber INT ); CREATE TABLE TeachersCourses ( TeacherName VARCHAR(50), CourseID INT, FOREIGN KEY (CourseID) REFERENCES Courses(CourseID) ); ``` #### 第三范式 (3NF) 在实现了前两步规范化的基础上,还需确保所有的非主属性之间没有任何传递性的依赖关系。也就是说除了直接由主键决定外,其他所有字段都不能相互影响彼此的内容变化。一旦发现这样的情况就需要继续分解成更细粒度的小表直到不再违反此规则为止。 举个例子说明如何处理不符合第三范式的场景:假设有这样一个学生成绩单表包含了学院名称(`College`)及其对应的院长名字(`Dean`)两项额外的信息。由于`Dean`实际上是由`College`间接确定而非直接受控于学生个人身份,故而违背了3NF的规定。解决办法便是把有关院系管理层面的数据分离出去形成新的参照对象以便更好地维护一致性并简化查询逻辑。 ```sql CREATE TABLE Colleges ( CollegeName VARCHAR(50) PRIMARY KEY, DeanName VARCHAR(50) ); CREATE TABLE StudentGrades ( StudentID INT, Grade DECIMAL(3, 2), CollegeName VARCHAR(50), FOREIGN KEY (CollegeName) REFERENCES Colleges(CollegeName) ); ``` 通过上述调整措施能够有效提升数据库的整体质量和可扩展性,同时也便于后续管理和操作上的便利性。然而值得注意的是实际项目开发过程中并非总是严格遵循这三个层次的标准来进行建模工作,有时出于性能考量或者其他特殊原因可能会采取适当折衷方案比如引入适量冗余字段等手段实现更为灵活高效的设计目标[^1]。
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