多值依赖,范式

本文详细解释了数据库中的多值依赖与不同范式的概念,包括第二范式、第三范式以及BC范式等,同时介绍了候选码、主码、全码与外部码的基本定义。

多值依赖:

        设R(u)是属性集u上的一个关系模式。x,y,z是u的子集,并且z=u-x-y。关系模式R(u)中的多值依赖x->->y成立,当且仅当对R(u)的任一关系r,给定的一对(x,z)值,有一组y的值,这组值仅仅决定于x的值而与z值无关。

简单来说就是x可以对应多个y,而函数是x对应一个y,多值依赖不是函数。


范式:

第二范式:若R《-1NF,且每一个非主属性完全函数依赖于码,则R《-2NF。

第三范式:关系模式R<U,F>中若不存在这样的码x属性组y非主属性z(z《/-y)使得x->y,y->z成立,y-/>x,则称R<U,F>《-3NF

BC范式:关系模式R<U,F>《-1NF。若x->y且y《/-x时x必含有码,则R<U,F>《-BCNF。也就是说,关系模式R<U,F>中,每一个决定因素都包含码。

即是满足BCNF的关系模式有:

  1、所有非主属性对每一个码都是完全函数依赖;

2、所有的主属性对每一个不包含它的码,也是完全函数依赖;

3、没有任何属性完全函数依赖于非码的任何一组属性


注意:

在数据库中,若关系中的某一属性的值能唯一地标识一个元组,则称该属性组候选码(Candidate key)。

  若一个关系有多个候选码(即是有多个属性组),则选定其中一个(一个候选码可以包含一组属性)为主码(Primary key)。
  若整个属性组是码,称为全码(All-key)
  若关系模式 R 中属性或属性组X 并非 R的码,但 X 是另一个关系模式的码,则称 X 是R 的外部码(Foreign key)也称外码



### 依赖的概念 依赖是一种特殊的数据依赖形式,它通常存在于具有个独立属性的关系模式中。如果在一个关系 R 中,对于每一个 X 的都有 Y 和 Z 的一组相对应,并且这些组之间相互独立,则称 Y 依赖于 X,记作 \(X \twoheadrightarrow Y\) [^5]。 在实际场景中,依赖可能导致数据存储的复杂性和冗余增加。例如,在一个课程-教师-教材的关系中,每门课程可能由名教师讲授,也可能对应种教材。这种情况下,\(课程 \twoheadrightarrow 教师\) 并且 \(课程 \twoheadrightarrow 教材\) 是成立的 [^6]。 --- ### 第五范式(Perfect Fifth Normal Form, 5NF) 第五范式是对第四范式的进一步扩展,旨在消除因连接依赖而导致的数据冗余和异常情况。当一个关系模式满足 BCNF 条件时,仍然可能存在由于复杂的连接依赖而引发的问题。此时可以通过分解该关系来达到更高的规范化程度——即第五范式 [^7]。 具体来说,若存在三个或更属性之间的关联无法通过简单的函数依赖表示出来,则需要考虑是否存在连接依赖。只有当所有非平凡的连接依赖都被保留下来之后,才能认为达到了 5NF 要求 [^8]。 #### 应用实例 假设有一个关于会议安排的关系 `Meeting` (时间, 地点, 参会者),其中每个组合的时间地点可以有名参会者参加;同时每位参与者也可以参与不同时间和地点举行的次会议。这里就存在着一种典型的三元或维交互关系,如果不加以处理可能会造成大量重复记录甚至逻辑错误。按照 5NF 原则将其拆分为两个更简单的关系:一个是 `(时间, 地点)` 表明特定时刻某个场所可用与否的信息;另一个则是单独列出每次活动的具体出席人员名单 `(时间, 地点, 参会者)` [^9]。 ```sql CREATE TABLE MeetingTimePlace ( Time DATETIME, Place VARCHAR(255), PRIMARY KEY (Time, Place) ); CREATE TABLE Attendees ( Time DATETIME, Place VARCHAR(255), Participant VARCHAR(255), FOREIGN KEY (Time, Place) REFERENCES MeetingTimePlace(Time, Place), PRIMARY KEY (Time, Place, Participant) ); ``` 上述 SQL 创建了两个表格分别管理时间和空间资源分配以及具体的个人参加会议详情,从而有效减少了原始单一大表内的信息重叠现象并提高了查询效率 [^10]。 --- ### 数据库规范化理论的意义 数据库规范化理论的核心目标在于减少数据冗余、提高数据一致性和维护便利性的同时降低操作成本。随着业务需求日益复杂化,高阶范式如 4NF 和 5NF 成为了应对更加精细控制下数据结构设计的有效工具之一 [^11]。 尽管如此,在实际开发过程中也需要权衡性能与实现难度等因素,合理选用适合当前应用场景的最佳实践方案而非一味追求极致的形式化标准 [^12]。 ---
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