数据库范式(转)

数据库范式
  数据库的设计范式是数据库设计所需要满足的规范。遵循数据库范式进行设计可以：
     1.减少数据冗余（这是最主要的好处，其他好处都是由此而附带的）
     2.消除异常（插入异常，更新异常，删除异常）

基本概念

   实体：现实世界中客观存在并可以被区别的事物。比如“一个学生”、“一本书”、“一门课”等等。值得强调的是这里所说的“事物”不仅仅是看得见摸得着的“东西”，它也可以是虚拟的，不如说“老师与学校的关系”。

   属性：教科书上解释为：“实体所具有的某一特性”，由此可见，属性一开始是个逻辑概念，比如说，“性别”是“人”的一个属性。在关系数据库中，属性又是个物理概念，属性可以看作是“表的一列”。

   元组：表中的一行就是一个元组。

   分量：元组的某个属性值。在一个关系数据库中，它是一个操作原子，即关系数据库在做任何操作的时候，属性是“不可分的”。否则就不是关系数据库了。

   码(键)：表中可以唯一确定一个元组的某个属性（或者属性组），如果这样的码有不止一个，那么大家都叫候选码，我们从候选码中挑一个出来做老大，它就叫主码。

   全码：如果一个码包含了所有的属性，这个码就是全码。

   主属性：一个属性只要在任何一个候选码中出现过，这个属性就是主属性。

   非主属性：与上面相反，没有在任何候选码中出现过，这个属性就是非主属性。

   外码：一个属性（或属性组），它不是码，但是它别的表的码，它就是外码。

1NF范式

定义：如果一个关系模式R的所有属性都是不可分的基本数据项，则R∈1NF。简单的说,第一范式就是每一个属性都不可再分。不符合第一范式则不能称为关系数据库。

例如，如下的数据库表是符合第一范式的：

字段1	字段2	字段3	字段4

     而这样的数据库表是不符合第一范式的：

字段1	字段2	字段3		字段4
		字段3.1	字段3.2

很显然，在当前的任何关系数据库管理系统（DBMS）中，傻瓜也不可能做出不符合第一范式的数据库，因为这些DBMS不允许你把数据库表的一列再分成二列或多列。因此，你想在现有的DBMS中设计出不符合第一范式的数据库都是不可能的。

2NF范式

定义：若关系模式R∈1NF，并且每一个非主属性都完全函数依赖于R的码，则R∈2NF

第二范式（2NF）要求：数据库表中不存在非关键字段(非主属性)对任一候选关键字段(主属性)的部分函数依赖，也即所有非关键字段都完全依赖于任意一组候选关键字。

　　假定选课关系表为SelectCourse(学号, 姓名, 年龄, 课程名称, 成绩, 学分)，关键字为组合关键字(学号, 课程名称)，因为存在如下决定关系：(学号, 课程名称) → (姓名, 年龄, 成绩, 学分)
    这个数据库表不满足第二范式，因为存在如下决定关系：

    (课程名称) → (学分)
    (学号) → (姓名, 年龄)
    即存在组合关键字中的字段决定非关键字的情况。
    由于不符合2NF，这个选课关系表会存在如下问题：
    (1) 数据冗余：同一门课程由n个学生选修，"学分"就重复n-1次；同一个学生选修了m门课程，姓名和年龄就重复了m-1次。
    (2) 更新异常：若调整了某门课程的学分，数据表中所有行的"学分"值都要更新，否则会出现同一门课程学分不同的情况。
    (3) 插入异常：假设要开设一门新的课程，暂时还没有人选修。这样，由于还没有"学号"关键字，课程名称和学分也无法记录入数据库。
    (4) 删除异常：假设一批学生已经完成课程的选修，这些选修记录就应该从数据库表中删除。但是，与此同时，课程名称和学分信息也被删除了。很显然，这也会导致插入异常。
   把选课关系表SelectCourse改为如下三个表：
   学生：Student(学号, 姓名, 年龄)；
   课程：Course(课程名称, 学分)；
   选课关系：SelectCourse(学号, 课程名称, 成绩)。
   这样的数据库表是符合第二范式的，消除了数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常。
   另外，所有单关键字的数据库表都符合第二范式，因为不可能存在组合关键字。

 

3NF范式

 

定义：关系模式R，F>  中若不存在这样的码X、属性组Y及非主属性Z使得X→Y，Y→Z，成立，则称R，F> ∈ 3NF。

第三范式（3NF）：在第二范式的基础上，数据表中如果不存在非关键字段对任一候选关键字段的传递函数依赖则符合第三范式。所谓传递函数依赖，指的是如果存在"A → B → C"的决定关系，则C传递函数依赖于A。因此，满足第三范式的数据库表应该不存在如下依赖关系：
          关键字段 → 非关键字段x → 非关键字段y
   假定学生关系表为Student(学号, 姓名, 年龄, 所在学院, 学院地点, 学院电话)，关键字为单一关键字"学号"，因为存在如下决定关系：(学号) → (姓名, 年龄, 所在学院, 学院地点, 学院电话)
   这个数据库是符合2NF的，但是不符合3NF，因为存在如下决定关系：(学号) → (所在学院) → (学院地点, 学院电话)
   即存在非关键字段"学院地点"、"学院电话"对关键字段"学号"的传递函数依赖。它也会存在数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常的情况，读者可自行分析得知。
    把学生关系表分为如下两个表：

    学生：(学号, 姓名, 年龄, 所在学院)；
    学院：(学院, 地点, 电话)。
    这样的数据库表是符合第三范式的，消除了数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常。

BCNF范式

定义：设关系模式R，F>∈1NF，如果对于R的每个函数依赖X→Y，若Y不属于X，则X必含有候选码，那么R∈BCNF。

简单的说，BC范式是在第三范式的基础上的一种特殊情况，既每个表中只有一个候选键（在一个数据库中每行的值都不相同，则可称为候选键），

BC范式在第三范式的基础上，数据库表中如果不存在任何字段对任一候选关键字段的传递函数依赖则符合第三范式。
   假设仓库管理关系表为StorehouseManage(仓库ID, 存储物品ID, 管理员ID, 数量)，且有一个管理员只在一个仓库工作；一个仓库可以存储多种物品。这个数据库表中存在如下决定关系：
   (仓库ID, 存储物品ID) →(管理员ID, 数量)
   (管理员ID, 存储物品ID) → (仓库ID, 数量)
    所以，(仓库ID, 存储物品ID)和(管理员ID, 存储物品ID)都是StorehouseManage的候选关键字，表中的唯一非关键字段为数量，它是符合第三范式的。但是，由于存在如下决定关系：
   (仓库ID) → (管理员ID)
   (管理员ID) → (仓库ID)
   即存在关键字段决定关键字段的情况，所以其不符合BCNF范式。它会出现如下异常情况：
   (1) 删除异常：当仓库被清空后，所有"存储物品ID"和"数量"信息被删除的同时，"仓库ID"和"管理员ID"信息也被删除了。
   (2) 插入异常：当仓库没有存储任何物品时，无法给仓库分配管理员。
   (3) 更新异常：如果仓库换了管理员，则表中所有行的管理员ID都要修改。
    把仓库管理关系表分解为二个关系表：仓库管理：StorehouseManage(仓库ID, 管理员ID)；
    仓库：Storehouse(仓库ID, 存储物品ID, 数量)。
    这样的数据库表是符合BCNF范式的，消除了删除异常、插入异常和更新异常。