第二章 數據庫設計
需要掌握的內容是：一：數據庫設計的必要性；二：數據庫設計的步驟；三：繪製E-R圖；四：規範化設計數據庫。
數據庫步驟：
一：收集信息；
二：標識實體；
三：標識實體的屬性；
四：標識實體的關係；
E-R圖的模型
學會使用Visio或Power Designer來設計數據庫，以圖形化的方式來設計數據實體，更好的體會表、實體的內在聯繫，爲將來學習Hibernate打個基礎。嘗試自己做如下圖：
1.實體 2.屬性 3關係 4.映射關係
數據庫規範化，三範式是數據庫理論的一個核心，需要深刻理解。
設計數據庫，實際上就是設計數據庫的架構，即確定各種實體和它們之間的關係；然後畫出E-R圖隊數據進行邏輯建模。但是，人人都有自己的 想法，那麼設計出來的E-R圖也必然是各色各樣、不盡相同。如何確定哪個更好呢？這裏必然不能說提及，數據庫理論中的三範式了。
請大家認真閱讀摘抄的下文，非常具有借鑑意義：
第一範式（1NF;The First Normal Form）
第一範式是最低的規範化要求，第一範式要求數據表不能存在重複的記錄，即存在一個關鍵字(*)。1NF的第二個要求是每個字段都不可再分，即已經分到最小，關係數據庫的定義就決定了數據庫滿足這一條。主關鍵字達到下面幾個條件：
1．主關鍵字段在表中是唯一的
2．主關鍵字段中沒有複本
3．主關鍵字段不能存在空值
4．每條記錄都必須有一個主關鍵字
5．主關鍵字是關鍵字的最小子集
滿足1NF的關係模式有許多不必要的重複值，並且增加了修改其數據時疏漏的可能性。爲了避免這種數據冗餘和更新數據的遺漏，就引出了第二範式（2NF）。
第二範式（The Second Normal Form）
定義：如果一個關係屬於1NF，且所有的非主關鍵字段都完全地依賴於主關鍵字，則稱之爲第二範式，簡記爲2NF。
爲了說明問題現舉一個例子來說明：有一個庫房存儲的庫有四個字段（零件號碼，倉庫號碼，零件數量，倉庫地址），
這個庫符合1NF，其中“零件號碼”和“倉庫號碼”構成主關鍵字。
但是因爲“倉庫地址”只完全依賴與“倉庫號碼”，即只依賴於主關鍵字的一部分，所以它不符合2NF，
這樣首先存在數據冗餘，因爲倉庫數量可能不多。
其次，存在如果更改倉庫地址時，如果漏改了某一記錄，存在數據不一致性。
再次，如果某個倉庫的零件出完了，那麼這個倉庫地址就丟失了，即這種關係不允許存在某個倉庫中不放零件的情況。
我們可以用投影分解的方法消除部分依賴的情況，而使關係達到2NF的標準。
方法是從關係中分解出新的二維表，是每個二維表中所有的非關鍵字都完全依賴於各自的主關鍵字。
我們可以如下分解：分解成兩個表（零件號碼，倉庫號碼，零件數量）和（倉庫號碼，倉庫地址）。
這樣就完全符合2NF了。
第三範式（The Third Normal Form）
定義：如果一個關係屬於2NF，且每個非關鍵字不傳遞依賴於主關鍵字，這種關係是3NF。
從2NF中消除傳遞依賴，就是3NF。比如有一個表（姓名，工資等級，工資額），其中姓名是關鍵字，
此關係符合2NF，但是因爲工資等級決定工資額，這就叫傳遞依賴，它不符合3NF，
我們同樣可以使用投影分解的辦法分解成兩個表：（姓名，工資等級），
（工資等級，工資額）。
一般情況，規範化到3NF就滿足需要了
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關係數據庫設計之時是要遵守一定的規則的。尤其是數據庫設計範式 現簡單介紹1NF（第一範式），2NF（第二範式），3NF（第三範式）和BCNF，另有第四範式和第五範式留到以後再介紹。 在你設計數據庫之時，若能符合這幾個範式，你就是數據庫設計的高手。
第一範式（1NF）：在關係模式R中的每一個具體關係r中，如果每個屬性值都是不可再分的最小數據單位，則稱R是第一範式的關係。例：如職工號，姓名，電話號碼組成一個表（一個人可能有一個辦公室電話和一個家裏電話號碼） 規範成爲1NF有三種方法：
一是重複存儲職工號和姓名。這樣，關鍵字只能是電話號碼。
二是職工號爲關鍵字，電話號碼分爲單位電話和住宅電話兩個屬性
三是職工號爲關鍵字，但強制每條記錄只能有一個電話號碼。
以上三個方法，第一種方法最不可取，按實際情況選取後兩種情況。
第二範式（2NF）：如果關係模式R（U，F）中的所有非主屬性都完全依賴於任意一個候選關鍵字，則稱關係R 是屬於第二範式的。
例：選課關係 SCI（SNO，CNO，GRADE，CREDIT）其中SNO爲學號， CNO爲課程號，GRADEGE 爲成績，CREDIT 爲學分。 由以上條件，關鍵字爲組合關鍵字（SNO，CNO）
在應用中使用以上關係模式有以下問題：
a.數據冗餘，假設同一門課由40個學生選修，學分就 重複40次。
b.更新異常，若調整了某課程的學分，相應的元組CREDIT值都要更新，有可能會出現同一門課學分不同。
c.插入異常，如計劃開新課，由於沒人選修，沒有學號關鍵字，只能等有人選修才能把課程和學分存入。
d.刪除異常，若學生已經結業，從當前數據庫刪除選修記錄。某些門課程新生尚未選修，則此門課程及學分記錄無法保存。
原因：非關鍵字屬性CREDIT僅函數依賴於CNO，也就是CREDIT部分依賴組合關鍵字（SNO，CNO）而不是完全依賴。
解決方法：分成兩個關係模式 SC1（SNO，CNO，GRADE），C2（CNO，CREDIT）。新關係包括兩個關係模式，它們之間通過SC1中的外關鍵字CNO相聯繫，需要時再進行自然聯接，恢復了原來的關係
第三範式（3NF）：如果關係模式R（U，F）中的所有非主屬性對任何候選關鍵字都不存在傳遞信賴，則稱關係R是屬於第三範式的。
例：如S1（SNO，SNAME，DNO，DNAME，LOCATION） 各屬性分別代表學號，
姓名，所在系，系名稱，系地址。
關鍵字SNO決定各個屬性。由於是單個關鍵字，沒有部分依賴的問題，肯定是2NF。但這關係肯定有大量的冗餘，有關學生所在的幾個屬性DNO，DNAME，LOCATION將重複存儲，插入，刪除和修改時也將產生類似以上例的情況。
原因：關係中存在傳遞依賴造成的。即SNO -> DNO。 而DNO -> SNO卻不存在，DNO -> LOCATION, 因此關鍵遼 SNO 對 LOCATION 函數決定是通過傳遞依賴 SNO -> LOCATION 實現的。也就是說，SNO不直接決定非主屬性LOCATION。
解決目地：每個關係模式中不能留有傳遞依賴。
解決方法：分爲兩個關係 S（SNO，SNAME，DNO），D（DNO，DNAME，LOCATION）
注意：關係S中不能沒有外關鍵字DNO。否則兩個關係之間失去聯繫。
BCNF：如果關係模式R（U，F）的所有屬性（包括主屬性和非主屬性）都不傳遞依賴於R的任何候選關鍵字，那麼稱關係R是屬於BCNF的。或是關係模式R，如果每個決定因素都包含關鍵字（而不是被關鍵字所包含），則RCNF的關係模式。
例：配件管理關係模式 WPE（WNO，PNO，ENO，QNT）分別表倉庫號，配件號，職工號，數量。有以下條件
a.一個倉庫有多個職工。
b.一個職工僅在一個倉庫工作。
c.每個倉庫裏一種型號的配件由專人負責，但一個人可以管理幾種配件。
d.同一種型號的配件可以分放在幾個倉庫中。
分析：由以上得 PNO 不能確定QNT，由組合屬性（WNO，PNO）來決定，存在函數依賴（WNO，PNO） -> ENO。由於每個倉庫裏的一種配件由專人負責，而一個人可以管理幾種配件，所以有組合屬性（WNO，PNO）才能確定負責人，有（WNO，PNO）-> ENO。因爲 一個職工僅在一個倉庫工作，有ENO -> WNO。由於每個倉庫裏的一種配件由專人負責，而一個職工僅在一個倉庫工作，有 （ENO，PNO）-> QNT。
找一下候選關鍵字，因爲（WNO，PNO） -> QNT，（WNO，PNO）-> ENO ，因此 （WNO，PNO）可以決定整個元組，是一個候選關鍵字。根據ENO->WNO，（ENO，PNO）->QNT，故（ENO，PNO）也能決定整個元組，爲另一個候選關鍵字。屬性ENO，WNO，PNO 均爲主屬性，只有一個非主屬性QNT。它對任何一個候選關鍵字都是完全函數依賴的，並且是直接依賴，所以該關係模式是3NF。
分析一下主屬性。因爲ENO->WNO，主屬性ENO是WNO的決定因素，但是它本身不是關鍵字，只是組合關鍵字的一部分。這就造成主屬性WNO對另外一個候選關鍵字（ENO，PNO）的部 分依賴，因爲（ENO，PNO）-> ENO但反過來不成立，而P->WNO，故（ENO，PNO）-> WNO 也是傳遞依賴。
雖然沒有非主屬性對候選關鍵遼的傳遞依賴，但存在主屬性對候選關鍵字的傳遞依賴，同樣也會帶來麻煩。如一個新職工分配到倉庫工作，但暫時處於實習階段，沒有獨立負責對某些配件的管理任務。由於缺少關鍵字的一部分PNO而無法插入到該關係中去。又如某個人改成不管配件了去負責安全，則在刪除配件的同時該職工也會被刪除。
解決辦法：分成管理EP（ENO，PNO，QNT），關鍵字是（ENO，PNO）工作EW（ENO，WNO）其關鍵字是ENO
缺點：分解後函數依賴的保持性較差。如此例中，由於分解,函數依賴（WNO，PNO）-> ENO 丟失了, 因而對原來的語義有所破壞。沒有體現出每個倉庫裏一種部件由專人負責。有可能出現 一部件由兩個人或兩個以上的人來同時管理。因此，分解之後的關係模式降低了部分完整性約束。
一個關係分解成多個關係，要使得分解有意義，起碼的要求是分解後不丟失原來的信息。這些信息不僅包括數據本身，而且包括由函數依賴所表示的數據之間的相互制約。進行分解的目標是達到更高一級的規範化程度，但是分解的同時必須考慮兩個問題：無損聯接性和保持函數依賴。有時往往不可能做到既有無損聯接性，又完全保持函數依賴。需要根據需要進行權衡。
1NF直到BCNF的四種範式之間有如下關係：
BCNF包含了3NF包含2NF包含1NF
小結：
目地：規範化目的是使結構更合理，消除存儲異常，使數據冗餘儘量小，便於插入、刪除和更新
原則：遵從概念單一化 /"一事一地/"原則，即一個關係模式描述一個實體或實體間的一種聯繫。規範的實質就是概念的單一化。
方法：將關係模式投影分解成兩個或兩個以上的關係模式。
要求：分解後的關係模式集合應當與原關係模式/"等價/"，即經過自然聯接可以恢復原關係而不丟失信息，並保持屬性間合理的聯繫。
注意：一個關係模式結這分解可以得到不同關係模式集合，也就是說分解方法不是唯一的。最小冗餘的要求必須以分解後的數據庫能夠表達原來數據庫所有信息爲前提來實現。其根本目標是節省存儲空間，避免數據不一致性，提高對關係的操作效率，同時滿足應用需求。實際上，並不一定要求全部模式都達到BCNF不可。有時故意保留部分冗餘可能更方便數據查詢。尤其對於那些更新頻度不高，查詢頻度極高的數據庫系統更是如此。