发布日期: 2020-10-16

数据库范式

设计关系数据库时，遵从不同的规范要求，设计出合理的关系型数据库，这些不同的规范要求被称为不同的范式，各种范式呈递次规范，越高的范式数据库冗余越小。

范式的由来

范式来自英文Normal form，简称NF。
要想设计—个好的关系，必须使关系满足一定的约束条件，此约束已经形成了规范，分成几个等级，一级比一级要求得严格。
满足这些规范的数据库是简洁的、结构明晰的，同时，不会发生插入(insert)、删除(delete)和更新(update)操作异常。
反之则是乱七八糟，不仅给数据库的编程人员制造麻烦，而且面目可憎，可能存储了大量不需要的冗余信息。

范式有几种

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）
巴斯-科德范式（BCNF）
第四范式(4NF）
第五范式（5NF，又称完美范式）

各类范式

1、第一范式（1NF）：

第一范式：每个表应该有唯一标识每一行的主键。

所谓第一范式（1NF）是指在关系模型中，
对于添加的一个规范要求，
所有的域都应该是原子性的，
即数据库表的每一列都是不可分割的原子数据项，而不能是集合，数组，记录等非原子数据项。
即实体中的某个属性有多个值时，必须拆分为不同的属性。
在符合第一范式（1NF）表中的每个域值只能是实体的一个属性或一个属性的一部分。
简而言之，第一范式就是无重复的域。
说明：在任何一个关系数据库中，第一范式（1NF）是对关系模式的设计基本要求，
一般设计中都必须满足第一范式（1NF）。
不过有些关系模型中突破了1NF的限制，这种称为非1NF的关系模型。
换句话说，是否必须满足1NF的最低要求，主要依赖于所使用的关系模型。

2、第一范式（2NF）：

第二范式：在复合主键的情况下，非主键部分不应该依赖于部分主键。

在1NF的基础上，非码属性必须完全依赖于候选码（在1NF基础上消除非主属性对主码的部分函数依赖）

第二范式（2NF）是在第一范式（1NF）的基础上建立起来的，即满足第二范式（2NF）必须先满足第一范式（1NF）。第二范式（2NF）要求数据库表中的每个实例或记录必须可以被唯一地区分。
选取一个能区分每个实体的属性或属性组，作为实体的唯一标识。例如在员工表中的身份证号码即可实现每个一员工的区分，该身份证号码即为候选键，任何一个候选键都可以被选作主键。
在找不到候选键时，可额外增加属性以实现区分，如果在员工关系中，没有对其身份证号进行存储，而姓名可能会在数据库运行的某个时间重复，无法区分出实体时，设计辟如ID等不重复的编号以实现区分，被添加的编号或ID选作主键。
（该主键的添加是在ER设计时添加，不是建库时随意添加）

第二范式（2NF）要求实体的属性完全依赖于主关键字。
所谓完全依赖是指不能存在仅依赖主关键字一部分的属性，如果存在，
那么这个属性和主关键字的这一部分应该分离出来形成一个新的实体，新实体与原实体之间是一对多的关系。
为实现区分通常需要为表加上一个列，以存储各个实例的唯一标识。
简而言之，第二范式就是在第一范式的基础上属性完全依赖于主键。

3、第一范式（3NF）：

第三范式：非主键之间不应该有依赖关系。

在2NF基础上，任何非主属性不依赖于其它非主属性（在2NF基础上消除传递依赖）
第三范式（3NF）是第二范式（2NF）的一个子集，
即满足第三范式（3NF）必须满足第二范式（2NF）。
简而言之，第三范式（3NF）要求一个关系中不包含已在其它关系已包含的非主关键字信息。
例如，存在一个部门信息表，其中每个部门有部门编号（dept_id）、部门名称、部门简介等信息。
那么在员工信息表中列出部门编号后就不能再将部门名称、部门简介等与部门有关的信息再加入员工信息表中。
如果不存在部门信息表，则根据第三范式（3NF）也应该构建它，否则就会有大量的数据冗余。
简而言之，第三范式就是属性不依赖于其它非主属性，也就是在满足2NF的基础上，任何非主属性不得传递依赖于主属性。

4、巴斯-科德范式（BCNF）：

Boyce-Codd Normal Form（巴斯-科德范式）
在3NF基础上，任何非主属性不能对主键子集依赖（在3NF基础上消除对主码子集的依赖）
巴斯-科德范式（BCNF）是第三范式（3NF）的一个子集，
即满足巴斯-科德范式（BCNF）必须满足第三范式（3NF）。
通常情况下，巴斯-科德范式被认为没有新的设计规范加入，
只是对第二范式与第三范式中设计规范要求更强，
因而被认为是修正第三范式，也就是说，
它事实上是对第三范式的修正，使数据库冗余度更小。
这也是BCNF不被称为第四范式的原因。
某些书上，根据范式要求的递增性将其称之为第四范式是不规范，
也是更让人不容易理解的地方。而真正的第四范式，
则是在设计规范中添加了对多值及依赖的要求。

好，既然此关系模式已经属于了 3NF，那么这个关系模式是否存在问题呢？我们来看以下几种操作：
先新增加一个仓库，但尚未存放任何物品，是否可以为该仓库指派管理员？——不可以，因为物品名也是主属性，根据实体完整性的要求，主属性不能为空。
某仓库被清空后，需要删除所有与这个仓库相关的物品存放记录，会带来什么问题？——仓库本身与管理员的信息也被随之删除了。
如果某仓库更换了管理员，会带来什么问题？——这个仓库有几条物品存放记录，就要修改多少次管理员信息。
从这里我们可以得出结论，在某些特殊情况下，即使关系模式符合 3NF 的要求，仍然存在着插入异常，修改异常与删除异常的问题，仍然不是 ”好“ 的设计。
造成此问题的原因：存在着主属性对于码的部分函数依赖与传递函数依赖。（在此例中就是存在主属性【仓库名】对于码【（管理员，物品名）】的部分函数依赖。
解决办法就是要在 3NF 的基础上消除主属性对于码的部分与传递函数依赖。

仓库（仓库名，管理员）

库存（仓库名，物品名，数量）

5、第四范式（4NF）：

第四范式的定义很简单：已经是BC范式，并且不包含多值依赖关系。

第四范式是在关系数据库中，对关系的最基本要求的满足第一范式。这样的关系模式是合法的，允许的。
但人们发现有些关系模式存在插入、删除、修改异常、数据冗余等弊病，人们寻求解决这些问题的方法，这就是规范化的目的。
规范化的基本思想是逐步消除数据依赖中不合适的部分，使关系数据库模式的各关系模式达到某种程度的“分离”，
即“一事一地”的模式设计原则。
第四范式的定义很简单：已经是BC范式，并且不包含多值依赖关系。
以下图满足BC范式

这个表除了主键，就没有其他字段了，所以肯定满足BC范式，但是却存在多值依赖导致的异常。
我们先来看看多值依赖的定义：
一个关系，至少存在三个属性（A、B、C），才能存在这种关系。对于每一个A值，有一组确定的B值和C值，并且这组B的值独立于这组C的值。
假如我们下学期想采用一本新的英版高数教材，但是还没确定具体哪个老师来教，那么我们就无法在这个表中维护Course高数和Book英版高数教材的的关系。
解决办法是我们把这个多值依赖的表拆解成2个表，分别建立关系。这是我们拆分后的表：