关系型数据库的功能依赖和规范化的基础知识

介绍

关系型数据库(Relational Database)是指采用了关系模型来组织数据的数据库，其最为核心的概念是关系和关系上的操作，关系是由一组列组成的数据表，每列描述了一个属性，每行则描述了一个记录。

在关系型数据库中，由于数据间的相关性，存在某些属性可以通过其他属性来推导出来，这就是数据库中的数据依赖性。

功能依赖

在关系模型下，属性之间存在着一定的依赖关系，即当X唯一决定Y时，存在着从X到Y的依赖规则。这种依赖被称为函数依赖(Functional Dependency)，目前被广泛地应用于关系数据库设计中。在数据库中，我们用X->Y来表示属性X决定Y。

在数据依赖中，还存在着完全函数依赖和部分函数依赖。完全函数依赖(A->B)，表示当且仅当属性A的任何真子集不能唯一决定属性B时，B对A是完全函数依赖。部分函数依赖，表示在一个组合的属性中，只有某些属性对某个属性有依赖，而其他属性则不关心这个属性的取值。例如，如果我们有属性A、B和C，B和C一起唯一地决定A，而A并不决定B或C，那么B和C部分决定A。

规范化

在数据库设计中，我们经常要面对的一种情况是冗余数据的存在。为了保证数据的正确性和优化数据访问，我们需要对数据库进行规范化(Normalization)。数据库规范化是一个反复迭代的过程，在这个过程中我们尽可能的将冗余的数据消除，并合理划分数据表，以减少数据冗余和提高数据库的性能。

在规范化的过程中，我们通常遵循的一些基本规则是：

• 数据表中的每个属性都应该具有原子性，即不可分割
• 消除数据表中的重复分组
• 消除部分依赖
• 消除传递依赖

为了遵循这些规则，通常会被划分为多个数据表，同时通过外键来建立表之间的联系。

实例

下面我们以一个图书馆借阅管理系统为例进行讲解。

假设我们要设计一个图书馆借阅管理系统，其中我们需要存储图书信息和借阅者信息。

首先，我们可以创建一个Book表，其中包含如下字段：

Book (book_id, book_name, author, publisher, pub_date, price, ISBN)

其中book_id为书籍唯一标识符，其他字段分别表示书籍名称、作者、出版社、出版日期、价格和ISBN码。

接着，我们可以创建一个Reader表，其中包含如下字段：

Reader (reader_id, reader_name, gender, DOB, address, phone, email)

其中reader_id为用户唯一标识符，其他字段分别表示用户姓名、性别、出生日期、地址、电话和电子邮件。

现在，我们需要记录借阅信息，为了实现这一功能，我们可以创建一个Borrow表，其中包含如下字段：

Borrow (borrow_id, book_id, reader_id, borrow_date, due_date)

其中borrow_id为借阅记录唯一标识符，book_id和reader_id为外键，表示某个用户借阅了哪本书籍，borrow_date为借阅日期，due_date为应还日期。

由于Book和Reader表中的数据都是原子的，因此符合第一范式的要求。

接着，我们需要检查Borrow表的规范性。

根据该表的设计，borrow_id是唯一的，book_id和reader_id分别表示某个用户借阅了哪本书籍，这种设计也很常见。但是，借阅日期和应还日期有一定的依赖关系，即它们必须同时存在才能表达借阅的时间范围。因此，borrow_date和due_date对borrow_id而言是完全函数依赖关系。所以，Borrow表不符合第二范式。

为了使表符合第二范式，我们可以将Borrow表进一步规范化，创建两个新表：

Borrow (borrow_id, book_id, reader_id)
BookBorrow (borrow_id, book_id, borrow_date, due_date)

在新的设计中，Borrow表只包含borrow_id、book_id和reader_id字段，符合第二范式的要求。然后，我们将日期相关的字段移动到BookBorrow表中，这样Borrow表中每个借阅记录仍可以唯一地识别，而我们可以将borrow_date和due_date存储在一个专门的表中，以消除Borrow表的冗余。通过这种方法，我们完成了表的规范化，同时保持了数据的一致性。

这就是关系型数据库的功能依赖和规范化的基础知识的攻略，希望对您有所帮助。