范式

范式(数据库设计范式,数据库的设计范式)是符合某一种级别的关系模式的集合。构造数据库必须遵循一定的规则。在关系数据库中,这种规则就是范式。关系数据库中的关系必须满足一定的要求,即满足不同的范式。

目前关系数据库有六种范式:第一范式(1NF)、第二范式(2NF)、第三范式(3NF)、Boyce-Codd范式(BCNF)、第四范式(4NF)和第五范式(5NF)。

满足最低要求的范式是第一范式(1NF)。在第一范式的基础上进一步满足更多要求的称为第二范式(2NF),其余范式以次类推。一般说来,数据库只需满足第三范式(3NF)就行了。

第一范式

每一列不可分割。是对关系模式的最基本要求。不满足1NF的数据库就不是关系数据库。

第二范式

非主属性完全依赖于主属性,不能存在只依赖主属性一部分的属性。
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。

第三范式

每列数据都和主键直接相关,不能传递依赖于主键。
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。

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

在3NF基础上消除主属性对于码的部分与传递函数依赖。

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。

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