学海伴航——教辅平台系统设计文档
写在前面
这是学海伴航——教辅平台的系统设计文档，源于大三上数据库课程大作业。本项目由RooKie_Z,Galaxy_Jew, LPF三人一同完成，在最终的展示后取得了 满分💯的成绩。
👉 系统实现报告
一、需求分析
1.1 需求描述
1.1.1 背景调研
通过积极调研新生需求，了解学院教学需要，同时与辅导员老师沟通，我们发现传统的微信QQ群学习小组的答疑教辅模式已不再高效。建立功能更丰富，交互更便捷，上手更简单，连接更紧密的教辅平台需求迫在眉睫。
以下为传源书院计划开发的微信答疑小程序：
1.1.2 用户调研
对于学生与辅导师的诉求，我们通过联系传源书院的辅导员，获取了他们问卷调查的数据，初步总结需求如下：
| 学生 | 辅导师 | 管理人员 |
|---|---|---|
| 提出问题，并得到及时回答 | 避免过度同质化的提问 | 了解同学们的学习情况 |
| 获取各科目资料集合，进行自学自测 | 避免答疑活动对课下生活的打扰 | 了解同学们的学习诉求 |
| 看见其他同学的答疑内容 | 便于组织模拟考试并加以批改 | 统计辅导师的工作量 |
| 开展模拟考试 | ||
| 发布公告 |
1.1.3 需求总结
对于需要获取学业帮扶的学生
他们需要一款产品，能够：
- 提出课业上的问题，并获得及时准确的回答。
- 看见其它同学的答疑内容。
- 获取各科习题资料，包括往年资料。
- 有条理地获取自己的学习做题记录。
- 参与模拟测试，并及时获取答题情况。
对于辅导师
他们需要一款产品，能够：
- 避免对日常生活的过度打扰。
- 避免过度同质化的提问。
- 获得同学们对回答的反馈。
- 及时更新题库
- 发布模拟考试并加以批改
对于学业支持中心/导员
他们需要一款产品，能够：
- 直观了解辅导师工作情况，方便监督。
- 自动统计辅导师的工作量并换算为志愿时长。
- 开展模拟考试等集体学习活动，并发布公告。
1.1.4 项目优势
通过上述需求分析，可见，学海伴航具有庞大的需求空间，光明的应用前景，具有开发的价值，通过我们的平台，三类目标用户可以在多种场景下获得利好：
从学生的角度
- 共享学习资料：平台统一整合学习资料，方便同学查阅下载。
- 共享问题与解答：所有问题均公开共享，同学可以搜索自己困惑的相似的问题，从其他人的已解决问题和回答得到启发。
- 自主学习：平台组织统一模拟测试，学生获取模拟情况，指导自主学习。
- 激励学习：可视化自己解决的问题数量，同时在主页获取推荐题目，学习更有动力，更有积极性。
- 减少微信私聊数量：学生反馈群聊数量过多的问题，一个线下答疑活动需要建立很多的群聊，大群、小组群、互助群，影响日常的消息接收，带来不必要的麻烦。通过平台进行信息整合，交流与信息统一化。
从小导师角度
- 辅导积极性更高：基于回答问题，上传题目，组织考试，批改试题的次数分配志愿时长，奖励机制更加公平合理，增强辅导师的解答积极性。
- 在平台统一答疑，避免占用辅导师过多课下私人时间。
从学院组织者角度
- 活动推进：可视化活动活跃度情况，学生参与度情况，有效推进活动开展。
- 氛围营造：通过平台统一管理活动，定期发布相关学习公告，营造良好的学习氛围。
1.2 数据流图
1.2.1 总体数据流图
1.2.2 用户管理部分数据流图
1.2.3 消息公告部分数据流图
1.2.4 题目题库部分数据流图
1.2.5 模拟考试部分数据流图
1.2.6 讨论区部分数据流图
1.2.7 用户主页部分数据流图
1.3 数据元素表
1.3.1 用户管理部分
用户表
| 字段名称 | 数据类型 | 可否为空 | 说明 |
|---|---|---|---|
| id | int | NO | 用户id，主键 |
| user_id | varchar | NO | 学号 |
| pass_word | varchar | NO | 密码 |
| varchar | NO | 邮箱 | |
| college | varchar | NO | 学院 |
| entryYear | varchar | NO | 入学年份 |
| avatar | varchar | NO | 头像 |
| user_role | varchar | NO | 用户身份（学生/辅导师） |
1.3.2 消息部分
消息表
| 字段名称 | 数据类型 | 可否为空 | 说明 |
|---|---|---|---|
| id | int | NO | 消息id，主键 |
| sender | int | NO | 外键，发送消息学生编号 |
| sender_avatar | varchar | NO | 发送者头像 |
| sent_at | date | NO | 发送时间 |
| receiver | int | NO | 外键，接收消息学生编号 |
| content | varchar | NO | 消息内容 |
| is_read | boolean | NO | 是否已阅 |
1.3.3 公告部分
公告表
| 字段名称 | 数据类型 | 可否为空 | 说明 |
|---|---|---|---|
| id | int | NO | 公告id，主键 |
| sender | int | NO | 外键，发布者编号 |
| sender_avatar | varchar | NO | 发布者头像 |
| sent_at | date | NO | 发布时间 |
| last_updated | date | NO | 时间 |
| content | varchar | NO | 公告内容 |
| title | varchar | NO | 公告标题 |
1.3.4 题目部分
题目表
| 字段名称 | 数据类型 | 可否为空 | 说明 |
|---|---|---|---|
| id | int | NO | 题目id，主键 |
| type | varchar | NO | 题目类型 |
| content | varchar | NO | 题目内容 |
| subject | varchar | NO | 题目所属科目 |
| added_at | date | NO | 上传时间 |
| source | varchar | NO | 题目来源 |
| tags | json | YES | 题目标签 |
| difficulty | int | NO | 题目难度 |
| added_by | int | NO | 题目添加者id |
| question_banks | json | YES | 外键，题目所属题库 |
| option_count | int | NO | 题目选项数量 |
题库表
| 字段名称 | 数据类型 | 可否为空 | 说明 |
|---|---|---|---|
| id | int | NO | 题库id，主键 |
| subject | varchar | NO | 题库所属科目 |
| estimated_time | date | NO | 题库预计完成时间 |
| created_at | date | NO | 题库创建时间 |
| creator | int | NO | 题库创建者id |
| description | varchar | NO | 题库描述 |
| question_count | int | NO | 题库题目数量 |
题目讨论区表
| 字段名称 | 数据类型 | 可否为空 | 说明 |
|---|---|---|---|
| id | int | NO | 题目讨论区id，主键 |
| question | int | NO | 题目id，外键 |
| created_at | date | NO | 题目创建时间 |
| creator | int | NO | 题目创建者id |
| content | varchar | NO | 题目讨论区内容 |
题目讨论区讨论表
| 字段名称 | 数据类型 | 可否为空 | 说明 |
|---|---|---|---|
| id | int | NO | 题目讨论区id，主键 |
| question | int | NO | 题目id，外键 |
| created_at | date | NO | 题目创建时间 |
| creator | int | NO | 题目创建者id |
| content | varchar | NO | 题目讨论区内容 |
做题记录表
| 字段名称 | 数据类型 | 可否为空 | 说明 |
|---|---|---|---|
| id | int | NO | 做题记录id，主键 |
| user | int | NO | 做题者用户id，外键 |
| question | int | NO | 题目id，外键 |
| attempted_at | date | NO | 做题时间 |
| is_correct | boolean | NO | 是否做对本题 |
1.3.5 模拟考试部分
考试表
| 字段名称 | 数据类型 | 可否为空 | 说明 |
|---|---|---|---|
| id | int | NO | 模拟考试id，主键 |
| title | varchar | NO | 模拟考试标题 |
| subject | varchar | NO | 题目所属科目 |
| description | varchar | NO | 模拟考试描述 |
| created_at | date | NO | 考试创建时间 |
| start_time | date | NO | 考试开始时间 |
| duration | int | NO | 考试持续时间 |
| end_time | date | NO | 考试结束时间 |
| created_by | int | NO | 考试创建者id，外键 |
| students | json | YES | 外键，模拟考试所有报名学生 |
| questions | json | NO | 外键，模拟考试所有题目 |
模拟考试作答表
| 字段名称 | 数据类型 | 可否为空 | 说明 |
|---|---|---|---|
| id | int | NO | 做题记录id，主键 |
| exam | int | NO | 作答所属考试id，外键 |
| user | int | NO | 做答用户id，外键 |
| question | int | NO | 作答题目id，外键 |
| submitted_answer | varchar | NO | 最后做答答案 |
| submitted_at | date | NO | 最后做答时间 |
| is_correct | boolean | NO | 是否做对本题 |
1.3.6 讨论区部分
讨论帖表
| 字段名称 | 数据类型 | 可否为空 | 说明 |
|---|---|---|---|
| id | int | NO | 题目讨论区id，主键 |
| title | varchar | NO | 讨论帖标题 |
| content | varchar | NO | 讨论帖内容 |
| publisher | int | NO | 发帖者id，外键 |
| avatar | varchar | NO | 发帖者头像 |
| publish_time | date | NO | 发帖时间 |
| last_updated | date | NO | 讨论帖最后更新时间 |
| tag | varchar | NO | 讨论帖标签 |
| subscribers | json | YES | 订阅者id集合 |
| likes | json | YES | 喜爱者id集合 |
| is_marked | boolean | NO | 帖子是否为精华帖 |
帖子回复表
| 字段名称 | 数据类型 | 可否为空 | 说明 |
|---|---|---|---|
| id | int | NO | 题目讨论区id，主键 |
| discussion | int | NO | 回帖所属讨论帖id，外键 |
| content | varchar | NO | 回复内容 |
| publisher | int | NO | 回帖者id，外键 |
| avatar | varchar | NO | 回帖者头像 |
| publish_time | date | NO | 回帖时间 |
| last_updated | date | NO | 回帖最后更新时间 |
| likes | json | YES | 回帖喜爱者id集合 |
⼆、数据库概念模式设计
2.1 系统初步 ER 图
2.1.1 实体 ER 图
2.1.2 关系 ER 图
2.2 系统基本 ER 图
[!IMPORTANT]
由于实体属性过于复杂，将属性画入ER图内将大大影响图的美观性，故下面ER图内将不包含属性，只指示关系
三、数据库逻辑模式设计与优化
3.1 数据库关系模式
[!IMPORTANT]
关系模式可以形式化表示为
R(U, D, DOM, F)。U为组成该关系的属性名，D为U中属性所来⾃的域，DOM 指的是属性与域的映射，F指的是属性间的依赖关系集合。以下约定N表示正整数，FLOAT 表示浮点数，S为任意字符组成的字符S，T表示时间，B表示布尔值，J表示json类型。码以下划线标识。
以下是由 E-R 图得到的关系模式。
3.1.1 实体
学生
students({id，头像，邮箱, 密码, 姓名, 学号, 年级，学院，身份}, D, DOM, F)
D = {STR, N}
DOM = {DOM(id) = DOM(年级) = DOM(身份) = N,DOM(头像) = DOM(邮箱) = DOM(密码) = DOM(姓名) = DOM(学号) = STR}
F = {id$\to$其他属性}
辅导师
teachers({id，头像，邮箱, 密码, 姓名, 学号, 年级，学院，身份}, D, DOM, F)
D = {STR, N}
DOM = {DOM(年级) = DOM(身份) = N,DOM(头像) = DOM(邮箱) = DOM(密码) = DOM(姓名) = DOM(学号) = STR}
F = {id$\to$其他属性}
消息
messages({id，发送者，发送者头像，发送时间，接收者， 消息内容，是否已阅}，D，DOM，F)
D = {STR, N, B, T}
DOM = {DOM(id) = DOM(发送者) = DOM(接收者) = N， DOM(头像) = DOM(内容) = STR，DOM(发送时间) = T，DOM(是否已阅) = B}
F = {id$\to$其他属性}
公告
broadcasts({id，发布者，发布者头像，发布时间，更新时间，公告内容，公告标题}，D，DOM，F)
D = {STR, N，T}
DOM = {DOM(id) = DOM(发布者) = N， DOM(发布者头像) = DOM(内容) = DOM(标题) = STR，DOM(发布时间) = DOM(更新时间) = T}
F = {id$\to$其他属性}
题库
quesionbanks({id，科目，预计完成时间，创建时间，创建者，题库描述，题目数量}，D，DOM，F)
D = {STR, N，T}
DOM = {DOM(id) = DOM(创建者) = DOM(题目数量) = N， DOM(科目) = DOM(题库描述) = STR，DOM(创建时间) = DOM(预计完成时间) = T}
F = {id$\to$其他属性}
题目
questions({id，类型，内容，科目，上传时间，来源，标签，难度，上传者，选项数量，所属题库，D，DOM，F)
D = {STR, N，T，J}
DOM = {DOM(id) = DOM(上传者) = DOM(题目难度) = DOM(选项数量) = DOM(所属题库) = N， DOM(科目) = DOM(类型) = DOM(来源) = DOM(内容) = STR，DOM(标签) = DOM(所属题库) = J，DOM(上传时间) = T}
F = {id$\to$其他属性}
讨论帖
discussions({id，发布者，发布者头像，发布时间，更新时间，帖子内容，帖子标题，帖子标签，订阅者，喜爱者，是否加精}，D，DOM，F)
D = {STR, N，T，J，B}
DOM = {DOM(id) = DOM(发布者) = N， DOM(发布者头像) = DOM(内容) = DOM(标题) = DOM(标签) = STR，DOM(订阅者) = DOM(喜爱者) = J，DOM(发布时间) = DOM(更新时间) = T，DOM(是否加精) = B}
F = {id$\to$其他属性}
回复帖
replies({id，所属讨论帖，发布者，发布者头像，发布时间，更新时间，帖子内容，喜爱者}，D，DOM，F)
D = {STR, N，T，J}
DOM = {DOM(id) = DOM(所属讨论帖) = DOM(发布者) = N， DOM(发布者头像) = DOM(内容) = STR，DOM(喜爱者) = J，DOM(发布时间) = DOM(更新时间) = T}
F = {id$\to$其他属性}
模拟考试
exams({id，标题，科目，开始时间，持续时间，结束时间，创建时间，创建者，考试描述，考试题目，参考学生}，D，DOM，F)
D = {STR, N，T，J}
DOM = {DOM(id) = DOM(创建者) = N， DOM(科目) = DOM(标题) = DOM(考试描述) = STR，DOM(考试试题) = DOM(参考学生) = J，DOM(创建时间) = DOM(持续时间) = DOM(创开始时间) = DOM(结束时间) = T}
F = {id$\to$其他属性}
3.1.2 联系
[!IMPORTANT]
约定以下函数依赖集合省略⾮主属性对码的完全函数依赖。
3.1.2.1 多对多联系
学生——考试
studentExam({student, exam}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(exam) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, course 对应考试表的主码 course.id
考试——题目
questionExam({question, exam}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(question) = DOM(exam) = N}
外码：question 对应题目表的主码 question.id, course 对应考试表的主码 course.id
题库——题目
questionQuestionbank({question, questionbank}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(question) = DOM(questionbank) = N}
外码：question 对应题目表的主码 question.id, questionbank 对应题库表的主码 questionbank.id
帖子——订阅
subscibeDiscussion({student, discussion}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(discussion) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, discussion 对应讨论帖表的主码 discussion.id
帖子——喜爱
likeDiscussion({student, discussion}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(discussion) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, discussion 对应讨论帖表的主码 discussion.id
回复——喜爱
likeReply({student, reply}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(reply) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, reply 对应回复帖表的主码 reply.id
学生作答题目
studentSubmission({student, question, time, submission, is_correct}, D, DOM, F)
D = {STR, N, T, B}
DOM = {DOM(submission) = STR,DOM(student) = DOM(question) = N, DOM(time) = T, DOM(is_correct) = B}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, question 对应题目表的主码 question.id
3.1.2.2 一对多联系
学生——发送消息
sendMessage({message, student}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(message) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, message 对应消息表的主码 message.id
学生——接收消息
receiveMessage({message, student}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(message) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, message 对应消息表的主码 message.id
学生——接收公告
receiveBroadcast({message, student}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(broadcast) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, broadcast 对应公告表的主码 broadcast.id
教师——发布公告
publishBroadcast({message, teacher}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(teacher) = DOM(broadcast) = N}
外码：teacher 对应教师表的主码 teacher.id, broadcast 对应公告表的主码 broadcast.id
教师——题库
teacherQuestionbank({questionbank, teacher}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(teacher) = DOM(questionbank) = N}
外码：teacher 对应教师表的主码 teacher.id, questionbank 对应题库表的主码 questionbank.id
教师——题目
teacherQuestion({question, teacher}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(teacher) = DOM(question) = N}
外码：teacher 对应教师表的主码 teacher.id, question 对应题库表的主码 question.id
教师——考试
teacherExam({exam, teacher}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(teacher) = DOM(exam) = N}
外码：teacher 对应教师表的主码 teacher.id, exam 对应考试表的主码 exam.id
学生——讨论
studentDiscussion({discussion, student}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(discussion) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, discussion对应讨论表的主码 discussion.id
学生——回复
studentReply({reply, student}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(reply) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, reply对应回复表的主码 reply.id
讨论帖——回复
discussionReply({reply, discussion}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(reply) = DOM(discussion) = N}
外码：discussion对应讨论表的主码 discussion.id, reply对应回复表的主码 reply.id
3.2 关系模式范式等级的判定与规范
[!NOTE]
分别对上述表进⾏范式等级判断，然后将未达到 3NF 的表规范到 3NF。
3.2.1 实体
学生
students({id，头像，邮箱, 密码, 姓名, 学号, 年级，学院，身份}, D, DOM, F)
D = {STR, N}
DOM = {DOM(id) = DOM(年级) = DOM(身份) = N,DOM(头像) = DOM(邮箱) = DOM(密码) = DOM(姓名) = DOM(学号) = STR}
F = {id$\to$其他属性}
对于学生表，id是主码，⾮主属性仅仅依赖于唯⼀的主码，所以学生表$\in BCNF$，学生表$\in 3NF$
辅导师
teachers({id，头像，邮箱, 密码, 姓名, 学号, 年级，学院，身份}, D, DOM, F)
D = {STR, N}
DOM = {DOM(年级) = DOM(身份) = N,DOM(头像) = DOM(邮箱) = DOM(密码) = DOM(姓名) = DOM(学号) = STR}
F = {id$\to$其他属性}
对于辅导师表，id是主码，⾮主属性仅仅依赖于唯⼀的主码，所以辅导师表$\in BCNF$，辅导师表$\in 3NF$
消息
messages({id，发送者，发送者头像，发送时间，接收者， 消息内容，是否已阅}，D，DOM，F)
D = {STR, N, B, T}
DOM = {DOM(id) = DOM(发送者) = DOM(接收者) = N， DOM(头像) = DOM(内容) = STR，DOM(发送时间) = T，DOM(是否已阅) = B}
F = {id$\to$其他属性}
对于消息表，id是主码，⾮主属性仅仅依赖于唯⼀的主码，所以消息表$\in BCNF$，消息表$\in 3NF$
公告
broadcasts({id，发布者，发布者头像，发布时间，更新时间，公告内容，公告标题}，D，DOM，F)
D = {STR, N，T}
DOM = {DOM(id) = DOM(发布者) = N， DOM(发布者头像) = DOM(内容) = DOM(标题) = STR，DOM(发布时间) = DOM(更新时间) = T}
F = {id$\to$其他属性}
对于公告表，id是主码，⾮主属性仅仅依赖于唯⼀的主码，所以公告表$\in BCNF$，公告表$\in 3NF$
题库
quesionbanks({id，科目，预计完成时间，创建时间，创建者，题库描述，题目数量}，D，DOM，F)
D = {STR, N，T}
DOM = {DOM(id) = DOM(创建者) = DOM(题目数量) = N， DOM(科目) = DOM(题库描述) = STR，DOM(创建时间) = DOM(预计完成时间) = T}
F = {id$\to$其他属性}
对于题库表，id是主码，⾮主属性仅仅依赖于唯⼀的主码，所以题库表$\in BCNF$，题库表$\in 3NF$
题目
questions({id，类型，内容，科目，上传时间，来源，标签，难度，上传者，选项数量，所属题库，D，DOM，F)
D = {STR, N，T，J}
DOM = {DOM(id) = DOM(上传者) = DOM(题目难度) = DOM(选项数量) = DOM(所属题库) = N， DOM(科目) = DOM(类型) = DOM(来源) = DOM(内容) = STR，DOM(标签) = DOM(所属题库) = J，DOM(上传时间) = T}
F = {id$\to$其他属性}
对于题目表，id是主码，⾮主属性仅仅依赖于唯⼀的主码，所以题目表$\in BCNF$，题目表$\in 3NF$
讨论帖
discussions({id，发布者，发布者头像，发布时间，更新时间，帖子内容，帖子标题，帖子标签，订阅者，喜爱者，是否加精}，D，DOM，F)
D = {STR, N，T，J，B}
DOM = {DOM(id) = DOM(发布者) = N， DOM(发布者头像) = DOM(内容) = DOM(标题) = DOM(标签) = STR，DOM(订阅者) = DOM(喜爱者) = J，DOM(发布时间) = DOM(更新时间) = T，DOM(是否加精) = B}
F = {id$\to$其他属性}
对于讨论帖表，id是主码，⾮主属性仅仅依赖于唯⼀的主码，所以讨论帖表$\in BCNF$，讨论帖表$\in 3NF$
回复帖
replies({id，所属讨论帖，发布者，发布者头像，发布时间，更新时间，帖子内容，喜爱者}，D，DOM，F)
D = {STR, N，T，J}
DOM = {DOM(id) = DOM(所属讨论帖) = DOM(发布者) = N， DOM(发布者头像) = DOM(内容) = STR，DOM(喜爱者) = J，DOM(发布时间) = DOM(更新时间) = T}
F = {id$\to$其他属性}
对于回复帖表，id是主码，⾮主属性仅仅依赖于唯⼀的主码，所以回复帖表$\in BCNF$，回复帖表$\in 3NF$
模拟考试
exams({id，标题，科目，开始时间，持续时间，结束时间，创建时间，创建者，考试描述，考试题目，参考学生}，D，DOM，F)
D = {STR, N，T，J}
DOM = {DOM(id) = DOM(创建者) = N， DOM(科目) = DOM(标题) = DOM(考试描述) = STR，DOM(考试试题) = DOM(参考学生) = J，DOM(创建时间) = DOM(持续时间) = DOM(创开始时间) = DOM(结束时间) = T}
F = {id$\to$其他属性}
对于模拟考试表，id是主码，⾮主属性仅仅依赖于唯⼀的主码，所以模拟考试表$\in BCNF$，模拟考试表$\in 3NF$
3.2.2 联系
[!IMPORTANT]
约定以下函数依赖集合省略⾮主属性对码的完全函数依赖。
3.2.2.1 多对多联系
学生——考试
studentExam({student, exam}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(exam) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, course 对应考试表的主码 course.id
对于该表，所有函数依赖左端都是主码，所以$ \in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
考试——题目
questionExam({question, exam}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(question) = DOM(exam) = N}
外码：question 对应题目表的主码 question.id, course 对应考试表的主码 course.id
对于该表，所有函数依赖左端都是主码，所以$ \in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
题库——题目
questionQuestionbank({question, questionbank}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(question) = DOM(questionbank) = N}
外码：question 对应题目表的主码 question.id, questionbank 对应题库表的主码 questionbank.id
对于该表，所有函数依赖左端都是主码，所以$ \in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
帖子——订阅
subscibeDiscussion({student, discussion}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(discussion) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, discussion 对应讨论帖表的主码 discussion.id
F = {(student, discussion) $\to$ subscribed}
对于该表，所有函数依赖左端都是主码，所以$ \in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
帖子——喜爱
likeDiscussion({student, discussion}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(discussion) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, discussion 对应讨论帖表的主码 discussion.id
F = {(student, discussion) $\to$ liked}
对于该表，所有函数依赖左端都是主码，所以$ \in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
回复——喜爱
likeReply({student, reply}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(reply) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, reply 对应回复帖表的主码 reply.id
F = {(student, reply) $\to$ liked}
对于该表，所有函数依赖左端都是主码，所以$ \in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
学生作答题目
studentSubmission({student, question, time, submission, is_correct}, D, DOM, F)
D = {STR, N, T, B}
DOM = {DOM(submission) = STR,DOM(student) = DOM(question) = N, DOM(time) = T, DOM(is_correct) = B}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, question 对应题目表的主码 question.id
F = {(student, question ) $\to$ is_correct, (student, question ) $\to$ time}
对于该表，所有函数依赖左端都是主码，所以$ \in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
3.2.2.2 ⼀对多联系
学生——发送消息
sendMessage({message, student}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(message) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, message 对应消息表的主码 message.id
F = {message $\to$ student}
函数依赖左端仅包含主码，不存在传递函数依赖和部分函数依赖，所以 $\in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
学生——接收消息
receiveMessage({message, student}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(message) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, message 对应消息表的主码 message.id
F = {message $\to$ student}
函数依赖左端仅包含主码，不存在传递函数依赖和部分函数依赖，所以 $\in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
学生——接收公告
receiveBroadcast({message, student}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(broadcast) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, broadcast 对应公告表的主码 broadcast.id
F = {broadcast $\to$ student}
函数依赖左端仅包含主码，不存在传递函数依赖和部分函数依赖，所以 $\in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
教师——发布公告
publishBroadcast({message, teacher}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(teacher) = DOM(broadcast) = N}
外码：teacher 对应教师表的主码 teacher.id, broadcast 对应公告表的主码 broadcast.id
F = {broadcast $\to$ teacher}
函数依赖左端仅包含主码，不存在传递函数依赖和部分函数依赖，所以 $\in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
教师——题库
teacherQuestionbank({questionbank, teacher}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(teacher) = DOM(questionbank) = N}
外码：teacher 对应教师表的主码 teacher.id, questionbank 对应题库表的主码 questionbank.id
F = {questionbank $\to$ teacher}
函数依赖左端仅包含主码，不存在传递函数依赖和部分函数依赖，所以 $\in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
教师——题目
teacherQuestion({question, teacher}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(teacher) = DOM(question) = N}
外码：teacher 对应教师表的主码 teacher.id, question 对应题库表的主码 question.id
F = {question $\to$ teacher}
函数依赖左端仅包含主码，不存在传递函数依赖和部分函数依赖，所以 $\in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
教师——考试
teacherExam({exam, teacher}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(teacher) = DOM(exam) = N}
外码：teacher 对应教师表的主码 teacher.id, exam 对应考试表的主码 exam.id
F = {exam $\to$ teacher}
函数依赖左端仅包含主码，不存在传递函数依赖和部分函数依赖，所以 $\in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
学生——讨论
studentDiscussion({discussion, student}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(discussion) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, discussion对应讨论表的主码 discussion.id
F = {discussion $\to$ student}
函数依赖左端仅包含主码，不存在传递函数依赖和部分函数依赖，所以 $\in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
学生——回复
studentReply({reply, student}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(student) = DOM(reply) = N}
外码：student 对应学⽣表的主码 student.id, reply对应回复表的主码 reply.id
F = {reply $\to$ student}
函数依赖左端仅包含主码，不存在传递函数依赖和部分函数依赖，所以 $\in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
讨论帖——回复
discussionReply({reply, discussion}, D, DOM, F)
D = {N}
DOM = {DOM(reply) = DOM(discussion) = N}
外码：discussion对应讨论表的主码 discussion.id, reply对应回复表的主码 reply.id
F = {reply $\to$ discussion}
函数依赖左端仅包含主码，不存在传递函数依赖和部分函数依赖，所以 $\in BCNF$，因此也$\in 3NF$。
3.3 数据库关系模式优化
3.3.1 使⽤外键
使⽤外键来保证数据的关联性并提⾼访问速度，同时在使⽤过程中保证数据的参照完整性。在本项⽬的后端数据库中，各表具有完备的外键联系，通过遵循这种外键关系进⾏实际数据库的建⽴，将从逻辑的⻆度保证数据库的设计功能能够完全正确执⾏到位。
3.3.2 优化查询语句
可以优化的地⽅有如下⼏点：
- 能使⽤联表查询的地⽅尽可能使⽤联表查询⽐较⾼效
- 尽可能不将查询语句放在循环内
- 使⽤高效的 ORM 框架
3.3.3 合并相同主码的表
对于主码相同的表，可以在设计的时候将其合并，例如将题目创建表和题目表合并，直接将题目的上传者和上传时间存⼊题目表，这样做的好处是在同时需要查询两个表中的数据时，减少了⼀次连接操作，提⾼效率。
3.3.4 严格约束加⼊数据库的数据
通过建表时添加约束、⽤触发器实现约束等⽅法，严格约束对数据库的增删操作，避免将异常数据插⼊数据表。
建表时可以添加的约束有主键约束、UNIQUE 约束、外码约束等。
四、数据库物理设计
4.1 存取方法
存储引擎：
- 选择支持事务和索引优化的存储引擎——支持MySQL 的 GAUSSDB。
- 理由：GAUSSDB支持事务和外键约束，可以确保数据一致性，同时
MySQL针对复杂查询性能较优。
分区策略：
- 垂直分区
- 将核心表（如
User、Question和QuestionBank）与非核心表（如QuestionComment和QuestionDiscussion）分开存储。 - 理由：核心表频繁被查询，可以优化存储和查询效率；非核心表如评论和讨论，属于高并发写入的表，可独立优化。
- 将核心表（如
- 水平分区
- 针对大数据量表（如
Question和UserQuestionRecord），根据字段（如added_by或user_id）进行分片。 - 理由：便于高并发环境下的数据分布和扩展性。
- 针对大数据量表（如
数据类型选择：
- 使用合适的数据类型，如
INTEGER、VARCHAR、DATE等。 - 对于 JSON 格式数据（如
tags），选择利用字符串存储。
4.2 索引定义
为提高查询效率，我们设计索引如下：
1. User 表
- 主键索引：
id（自动创建） - 唯一索引：
student_id- 优点：学生学号唯一，且常用于查询，加快查询速度
- 索引：
user_role- 优点：辅导师角色（
user_role = 1）在权限检查中频繁使用，加快查询速度
- 优点：辅导师角色（
2. Question 表
主键索引：
id（自动创建）索引：
added_by- 优点：便于根据创建者快速查询
索引：
type和 subject- 优点：按题目类型和科目分类查询时提升效率
索引：
added_at- 优点：时间排序查询优化
索引：
tags- 优点：支持基于关键词的搜索（如
工科数学分析）
- 优点：支持基于关键词的搜索（如
3. QuestionBank 表
主键索引：
id（自动创建）索引：
subject- 优点：按学科分类查询优化
索引：
creator- 优点：便于按创建者筛选
4. QuestionDiscussion 表
主键索引：
id（自动创建）索引：
question_id- 优点：按题目快速查询讨论区。
索引：
created_by- 优点：便于按创建者筛选讨论。
5. QuestionComment 表
主键索引：
id（自动创建）索引：
discussion_id- 优点：便于按讨论区快速查询评论
索引：
created_by- 优点：便于按创建者筛选评论
6. UserQuestionRecord 表
主键索引：
id（自动创建）唯一复合索引：
(user_id, question_id)- 优点：确保每个用户对每道题目只有一个做题记录
索引：
user_id- 优点：按用户快速筛选做题记录
索引：
question_id- 优点：按题目快速筛选做题记录
7. ExamRecordRecord 表
主键索引：
id（自动创建）唯一复合索引：
(student_id, question_id)- 优点：确保每个用户对每道题目只有一个做题记录
索引：
student_id- 优点：按用户快速筛选做题记录
索引：
question_id- 优点：按题目快速筛选做题记录
8. Discussion表
主键索引：
id（自动创建）索引：
publisher- 优点：便于按创建者筛选讨论
9. Reply表
主键索引：
id（自动创建）索引：
publisher- 优点：便于按创建者筛选讨论
索引：
discussion- 优点：便于按讨论帖筛选回复
10. Message表
主键索引：
id（自动创建）索引：
sender- 优点：便于按发送者筛选消息
索引：
receiver- 优点：便于按接收者筛选消息
11. Broadcast表
主键索引：
id（自动创建）索引：
sender- 优点：便于按发布者筛选公告
12. 外键约束
- 为外键字段自动创建索引：
QuestionBank.questions$\to$Question.idQuestionDiscussion.question$\to$Question.idQuestionComment.discussion$\to$QuestionDiscussion.idUserQuestionRecord.question$\to$Question.idUserQuestionRecord.user$\to$User.id
学海伴航——教辅平台系统设计文档