數據庫設計（理解篇）
1. 原始單據與實體之間的關系（原始單據可以理解為整個錄入界面的數據，這裏的實體可以理解為基本表）
可以是一對一、一對多、多對多的關系。
在一般情況下，它們是一對一的關系：即一張原始單據對應且只對應一個實體（基本表）。
在特殊情況下，它們可能是一對多或多對一的關系，即一張原始單證對應多個實體，或多張原始單證對應一個實體。
明確這種對應關系後，對我們設計錄入界面大有好處。
〖例1〗：一份員工履歷資料，在人力資源信息系統中，就對應三個基本表：員工基本情況表、社會關系表、工作簡歷表。這就是“一張原始單證對應多個實體”的典型例子。
2. 主鍵與外鍵
在 E-R 圖中, 處於葉子部位的實體, 可以定義主鍵，也可以不定義主鍵(因為它無子孫), 但必須要有外鍵(因為它有父親)。
主鍵與外鍵的設計，在全局數據庫的設計中，占有重要地位。當全局數據庫的設計完成以後，有個美國數據庫設計專家說：“鍵，到處都是鍵，除了鍵之外，什麽也沒有”，這就是他的數據庫設計經驗之談，也反映了他對信息系統核心(數據模型)的高度抽象思想。因為：主鍵是實體的高度抽象，主鍵與外鍵的配對，表示實體之間的連接。
3. 基本表的性質
基本表與中間表、臨時表不同，因為它具有如下四個特性：
(2) 原始性。基本表中的記錄是原始數據（基礎數據）的記錄。
(3) 演繹性。由基本表與代碼表中的數據，可以派生出所有的輸出數據。
(4) 穩定性。基本表的結構是相對穩定的，表中的記錄是要長期保存的。
理解基本表的性質後，在設計數據庫時，就能將基本表與中間表、臨時表區分開來。
4. 通俗地理解三個範式
通俗地理解三個範式，對於數據庫設計大有好處。在數據庫設計中，為了更好地應用三個範式，就必須通俗地理解三個範式(通俗地理解是夠用的理解，並不是最科學最準確的理解)：
第一範式：1NF是對屬性的原子性約束，要求屬性具有原子性，不可再分解；
第二範式：2NF是對記錄的惟一性約束，要求記錄有惟一標識，即實體的惟一性；
第三範式：3NF是對字段冗余性的約束，即任何字段不能由其他字段派生出來，它要求字段沒有冗余。
5. 範式標準
基本表及其字段之間的關系, 應盡量滿足第三範式。但是，滿足第三範式的數據庫設計，往往不是
最好的設計。為了提高數據庫的運行效率，常常需要降低範式標準：適當增加冗余，達到以空間換時間
的目的。
〖例2〗：有一張存放商品的基本表，如表1所示。“金額”這個字段的存在，表明該表的設計不滿
足第三範式，因為“金額”可以由“單價”乘以“數量”得到，說明“金額”是冗余字段。但是，增加
“金額”這個冗余字段，可以提高查詢統計的速度，這就是以空間換時間的作法。
在Rose 2002中，規定列有兩種類型：數據列和計算列。“金額”這樣的列被稱為“計算列”，而“
單價”和“數量”這樣的列被稱為“數據列”。
表1 商品表的表結構
商品名稱 商品型號 單價 數量 金額
電視機 29吋 2,500 40 100,000
沒有冗余的數據庫設計可以做到。但是，沒有冗余的數據庫未必是最好的數據庫，有時為了提高運
行效率，就必須降低範式標準，適當保留冗余數據。具體做法是：在概念數據模型設計時遵守第三範式
，降低範式標準的工作放到物理數據模型設計時考慮。降低範式就是增加字段，允許冗余。
6. 要善於識別與正確處理多對多的關系
若兩個實體之間存在多對多的關系，則應消除這種關系。消除的辦法是，在兩者之間增加第三個實
體。這樣，原來一個多對多的關系，現在變為兩個一對多的關系。要將原來兩個實體的屬性合理地分配
到三個實體中去。這裏的第三個實體，實質上是一個較復雜的關系，它對應一張基本表。一般來講，數
據庫設計工具不能識別多對多的關系，但能處理多對多的關系。
〖例3〗：在“圖書館信息系統”中，“圖書”是一個實體，“讀者”也是一個實體。這兩個實體之
間的關系，是一個典型的多對多關系：一本圖書在不同時間可以被多個讀者借閱，一個讀者又可以借多
本圖書。為此，要在二者之間增加第三個實體，該實體取名為“借還書”，它的屬性為：借還時間、借
還標誌(0表示借書，1表示還書)，另外，它還應該有兩個外鍵(“圖書”的主鍵，“讀者”的主鍵)，使
它能與“圖書”和“讀者”連接。
7. 主鍵PK的取值方法
PK是供程序員使用的表間連接工具，可以是一無物理意義的數字串, 由程序自動加1來實現。也可
以是有物理意義的字段名或字段名的組合。不過前者比後者好。當PK是字段名的組合時，建議字段的個
數不要太多，多了不但索引占用空間大，而且速度也慢。
8. 正確認識數據冗余
主鍵與外鍵在多表中的重復出現, 不屬於數據冗余，這個概念必須清楚，事實上有許多人還不清楚
。非鍵字段的重復出現, 才是數據冗余！而且是一種低級冗余，即重復性的冗余。高級冗余不是字段的
重復出現，而是字段的派生出現。
〖例4〗：商品中的“單價、數量、金額”三個字段，“金額”就是由“單價”乘以“數量”派生出
來的，它就是冗余，而且是一種高級冗余。冗余的目的是為了提高處理速度。只有低級冗余才會增加數
據的不一致性，因為同一數據，可能從不同時間、地點、角色上多次錄入。因此，我們提倡高級冗余(派
生性冗余)，反對低級冗余(重復性冗余)。
9. E--R圖沒有標準答案
信息系統的E--R圖沒有標準答案，因為它的設計與畫法不是惟一的，只要它覆蓋了系統需求的業務
範圍和功能內容，就是可行的。反之要修改E--R圖。盡管它沒有惟一的標準答案，並不意味著可以隨意
設計。好的E—R圖的標準是：結構清晰、關聯簡潔、實體個數適中、屬性分配合理、沒有低級冗余。
10. 視圖技術在數據庫設計中很有用
與基本表、代碼表、中間表不同，視圖是一種虛表，它依賴數據源的實表而存在。視圖是供程序員
使用數據庫的一個窗口，是基表數據綜合的一種形式, 是數據處理的一種方法，是用戶數據保密的一種
手段。為了進行復雜處理、提高運算速度和節省存儲空間, 視圖的定義深度一般不得超過三層。 若三層
視圖仍不夠用, 則應在視圖上定義臨時表, 在臨時表上再定義視圖。這樣反復交叠定義, 視圖的深度就
不受限制了。
對於某些與國家政治、經濟、技術、軍事和安全利益有關的信息系統，視圖的作用更加重要。這些
系統的基本表完成物理設計之後，立即在基本表上建立第一層視圖，這層視圖的個數和結構，與基本表
的個數和結構是完全相同。並且規定，所有的程序員，一律只準在視圖上操作。只有數據庫管理員，帶
著多個人員共同掌握的“安全鑰匙”，才能直接在基本表上操作。請讀者想想：這是為什麽？
11. 中間表、報表和臨時表
中間表是存放統計數據的表，它是為數據倉庫、輸出報表或查詢結果而設計的，有時它沒有主鍵與
外鍵(數據倉庫除外)。臨時表是程序員個人設計的，存放臨時記錄，為個人所用。基表和中間表由DBA維
護，臨時表由程序員自己用程序自動維護。
12. 完整性約束表現在三個方面
域的完整性：用Check來實現約束，在數據庫設計工具中，對字段的取值範圍進行定義時，有一個Ch
eck按鈕，通過它定義字段的值城。
參照完整性：用PK、FK、表級觸發器來實現。
用戶定義完整性：它是一些業務規則，用存儲過程和觸發器來實現。
13. 防止數據庫設計打補丁的方法是“三少原則”
(1) 一個數據庫中表的個數越少越好。只有表的個數少了，才能說明系統的E--R圖少而精，去掉了
重復的多余的實體，形成了對客觀世界的高度抽象，進行了系統的數據集成，防止了打補丁式的設計；
(2) 一個表中組合主鍵的字段個數越少越好。因為主鍵的作用，一是建主鍵索引，二是做為子表的
外鍵，所以組合主鍵的字段個數少了，不僅節省了運行時間，而且節省了索引存儲空間；
(3) 一個表中的字段個數越少越好。只有字段的個數少了，才能說明在系統中不存在數據重復，且
很少有數據冗余，更重要的是督促讀者學會“列變行”，這樣就防止了將子表中的字段拉入到主表中去
，在主表中留下許多空余的字段。所謂“列變行”，就是將主表中的一部分內容拉出去，另外單獨建一
個子表。這個方法很簡單，有的人就是不習慣、不采納、不執行。
數據庫設計的實用原則是：在數據冗余和處理速度之間找到合適的平衡點。“三少”是一個整體概
念，綜合觀點，不能孤立某一個原則。該原則是相對的，不是絕對的。“三多”原則肯定是錯誤的。試
想：若覆蓋系統同樣的功能，一百個實體(共一千個屬性) 的E--R圖，肯定比二百個實體(共二千個屬性)
的E--R圖，要好得多。
提倡“三少”原則，是叫讀者學會利用數據庫設計技術進行系統的數據集成。數據集成的步驟是將
文件系統集成為應用數據庫，將應用數據庫集成為主題數據庫，將主題數據庫集成為全局綜合數據庫。
集成的程度越高，數據共享性就越強，信息孤島現象就越少，整個企業信息系統的全局E—R圖中實體的
個數、主鍵的個數、屬性的個數就會越少。
提倡“三少”原則的目的，是防止讀者利用打補丁技術，不斷地對數據庫進行增刪改，使企業數據
庫變成了隨意設計數據庫表的“垃圾堆”，或數據庫表的“大雜院”，最後造成數據庫中的基本表、代
碼表、中間表、臨時表雜亂無章，不計其數，導致企事業單位的信息系統無法維護而癱瘓。
“三多”原則任何人都可以做到，該原則是“打補丁方法”設計數據庫的歪理學說。“三少”原則
是少而精的原則，它要求有較高的數據庫設計技巧與藝術，不是任何人都能做到的，因為該原則是杜絕
用“打補丁方法”設計數據庫的理論依據。
14. 提高數據庫運行效率的辦法
在給定的系統硬件和系統軟件條件下，提高數據庫系統的運行效率的辦法是：
(1) 在數據庫物理設計時，降低範式，增加冗余, 少用觸發器, 多用存儲過程。
(2) 當計算非常復雜、而且記錄條數非常巨大時(例如一千萬條)，復雜計算要先在數據庫外面，以
文件系統方式用C++語言計算處理完成之後，最後才入庫追加到表中去。這是電信計費系統設計的經驗。
(3) 發現某個表的記錄太多，例如超過一千萬條，則要對該表進行水平分割。水平分割的做法是，
以該表主鍵PK的某個值為界線，將該表的記錄水平分割為兩個表。若發現某個表的字段太多，例如超過
八十個，則垂直分割該表，將原來的一個表分解為兩個表。
(4) 對數據庫管理系統DBMS進行系統優化，即優化各種系統參數，如緩沖區個數。
(5) 在使用面向數據的SQL語言進行程序設計時，盡量采取優化算法。
總之，要提高數據庫的運行效率，必須從數據庫系統級優化、數據庫設計級優化、程序實現級優化
，這三個層次上同時下功夫。
上述十四個技巧，是許多人在大量的數據庫分析與設計實踐中，逐步總結出來的。對於這些經驗的
運用，讀者不能生幫硬套，死記硬背，而要消化理解，實事求是，靈活掌握。並逐步做到：在應用中發
展，在發展中應用。
數據庫設計（理解篇）