范式简介

1.第一范式（1NF）

定义1：如果关系模式R中不包含多值属性，则R满足第一范式（First Normal Form），记作：

R∈1NF

1NF是对关系的最低要求，不满足1NF的关系是非规范化的关系。

2.第二范式（2NF）

定义1：设X、Y是关系R的两个不同的属性或属性组，且X → Y。如果存在X的某一个真子集X’，使X’ → Y成立，则称Y部分函数依赖于X，记作：X  P→ Y（Partial）。反之，则称Y完全函数依赖于X，记作：X  F→ Y （Full）

定义2：如果一个关系 R∈1NF，且它的所有非主属性都完全函数依赖于R的任一候选码，则R属于第二范式，记作：R∈2NF。

说明：上述定义中所谓的候选码也包括主码，因为码首先应是候选码，才可以被指定为码。

例如关系模式：

职工（职工号，姓名，职称，项目号，项目名称，项目角色）中

（职工号，项目号）是该关系的码，而职工号→姓名、职工号→职称、项目号→项目名称…

所以（职工号，项目号）P→ 职称、（职工号，项目号）P→ 项目名称

故上述职工关系不符合第二范式要求。它存在三个问题：插入异常、删除异常和修改异常。

其中修改异常是这样的，当职工关系中项目名称发生变化时，由于参与该项目的人员很多，每人一条记录，要修改项目信息，就得对每一个参加该项目的人员信息进行修改，加大了工作量，还有可能发生遗漏，存在着数据一致性被破坏的可能。

可把上述职工关系分解成如下三个关系：

职工（职工号，姓名，职称）

参与项目（职工号，项目号，项目角色）

项目（项目号，项目名称）

上述三个关系都符合定义2的要求，所以都符合2NF

推论：如果关系模式R∈1NF，且它的每一个候选码都是单码，则R∈2NF

符合第二范式的关系模式仍可能存在数据冗余、更新异常等问题。如关系

职工信息（职工号，姓名，职称，系名，系办地址）

虽然也符合2NF，但当某个系中有100名职工时，元组中的系办地址就要重复100次，存在着较高的数据冗余。原因是关系中，系办地址不是直接函数依赖于职工号，而是因为职工号函数决定系名，而系名函数决定系办地址，才使得系办地址函数依赖于职工号，这种依赖是一个传递依赖的过程。

所以，上述职工信息的关系模式还需要进一步的规范化。

3.第三范式（3NF）

定义1：在关系R中，X、Y、Z是R的三个不同的属性或属性组，如果X→Y，Y→Z，  但Y→X，且Y不是X的子集，则称Z传递函数依赖于X。

定义2：如果关系模式R∈2NF，且它的每一个非主属性都不传递依赖于任何候选码，则称R是第三范式，记作：R∈3NF

推论1：如果关系模式R∈1NF，且它的每一个非主属性既不部分依赖、也不传递依赖于任何候选码，则R∈3NF

推论2：不存非主属性的关系模式一定为3NF

4.改进的3NF——BCNF（Boyee－Codd Normal Form）

定义：设关系模式R（U，F）∈1NF，若F的任一函数依赖X→Y（Y X）中X都包含了R的一个码，则称R∈BCNF。

换言之，在关系模式R中，如果每一个函数依赖的决定因素都包含码，则R∈BCNF

推论：如果R∈BCNF，则：

Ø         R中所有非主属性对每一个码都是完全函数依赖；

Ø         R中所有主属性对每一个不包含它的码，都是完全函数依赖；

Ø         R中没有任何属性完全函数依赖于非码的任何一组属性。

定理：如果R∈BCNF，则R∈3NF一定成立。

证明：（结合传递依赖的定义，用反证法）

注意：当R∈3NF时，R未必属于BCNF。因为3NF比BCNF放宽了一个限制，它允许决定因素不包含码。例如：

通讯（城市名，街道名，邮政编码）中：

F＝｛（城市名，街道名）→邮政编码，邮政编码→城市名｝

非主属性邮政编码完全函数依赖于码，且无传递依赖，故属于3NF，但邮政编码也是一个决定因素，而且它没有包含码，所以该关系不属于BCNF。

又如：

Teaching（Student，Teacher，Course） 简记为Teaching（S，T，C）

规定：一个教师只能教一门课，每门课程可由多个教师讲授；学生一旦选定某门课程，教师就相应地固定。

F＝｛T→C，（S，C）→T,(S，T) →C｝

该关系的候选码是（S，C）和（S，T），因此，三个属性都是主属性，由于不存在非主属性，该关系一定是3NF。但由于决定因素T没包含码，故它不是BCNF。

关系模式Teaching仍然存在着数据冗余问题，因为存在着主属性对码的部分函数依赖问题。

确切地表示：F＝｛T→C，（S，C）P→T,(S，T) P→C｝

所以Teaching关系可以分解为以下两个BCNF关系模式：

Teacher（Teacher，Course）      Student（Student，Teacher）

3NF的“不彻底”性，表现在可能存在主属性对码的部分依赖和传递依赖。

一个关系模式如果达到了BCNF，那么，在函数依赖范围内，它就已经实现了彻底的分离，消除了数据冗余、插入和删除异常。