数据库设计与范式

1.数据库范式

1.1 知识准备

1.1.1 函数依赖

完全函数依赖

设X,Y是关系R的两个属性集合，X’是X的真子集，存在X→Y，但对每一个X’都有X’!→Y，则称Y完全函数依赖于X。
例子：学生基本信息表R（学号，班级，姓名）假设不同的班级学号有相同的，班级内学号不能相同，在R关系中，（学号，班级）->（姓名），但是（学号）->(姓名)不成立，（班级）->(姓名)不成立，所以姓名完全函数依赖与（学号，班级）；

部分函数依赖

设X,Y是关系R的两个属性集合，存在X→Y，若X’是X的真子集，存在X’→Y，则称Y部分函数依赖于X。
举个例子：学生基本信息表R中（学号，身份证号，姓名）当然学号属性取值是唯一的，在R关系中，（学号，身份证号）->（姓名），（学号）->（姓名），（身份证号）->（姓名）；所以姓名部分函数依赖与（学号，身份证号）；

传递函数依赖

设X,Y,Z是关系R中互不相同的属性集合，存在X→Y(Y !→X),Y→Z，则称Z传递函数依赖于X。
例子：在关系R(学号 ,宿舍, 费用)中，(学号)->(宿舍),宿舍！=学号，(宿舍)->(费用),费用!=宿舍，所以符合传递函数的要求；

1.1.2 码

码是数据系统中的基本概念。所谓码就是能唯一标识实体的属性，是整个实体集的性质，而不是单个实体的性质。它包括超码，候选码，主码。

超键(super key):在关系中能唯一标识元组的属性集称为关系模式的超键候选键(candidate key):不含有多余属性的超键称为候选键
主键(primary key):用户选作元组标识的一个候选键程序主键
外键(foreign key)如果关系模式R1中的某属性集不是R1的主键，而是另一个关系R2的主键则该属性集是关系模式R1的外键。

1.2 范式规范

1.2.1 范式的提出是为了解决什么？

解决关系模式中存在的问题

下表为解释示例 Table Students

学号	院系	姓名	课程号	成绩	系主任
S1	计算机系	小明	C1	95	光头强
S2	计算机系	小红	C1	90	光头强
S3	计算机系	小绿	C1	90	光头强

1.数据冗余

比如，一个系的系主任名字重复出现，重复次数与该系所有学生的记录相同，浪费了大量的存储空间

2.更新异常

由于数据冗余，当更新数据库中的数据时，系统要付出很大的代价来维护数据库的完整性，否则会面临数据不一致的危险。比如，某系更换系主任后，必须修改与该系学生有关的每一个元组。

3.插入异常

如果一个系刚成立，尚无学生，则无法把这个系及其系主任的信息存入数据库

4.删除异常

如果某个系的学生全部毕业了，则在删除该系学生信息的同时，这个系及其系主任的信息也会丢掉。

1.2.2 范式的种类

对于Java程序员来说，了解1NF，2NF，3NF即可

高一级的范式依赖于低一级的范式

1.2.3 1NF

满足关系型数据库的最低要求即可，比如不可表中有表等

1.2.4 2NF

属于1NF，且每一个非主属性完全函数依赖于任何一个候选码（即消除表中的部分函数依赖）

解决了插入异常和删除异常，但依旧存在修改复杂的问题

1.2.5 3NF

属于2NF，且每一个非主属性既不传递依赖于码，也不部分依赖于码（即在2NF基础上消除表中传递依赖）

解决了修改复杂的问题

2.数据库的设计

2.1 一对一关系

如：人和身份证
分析：一个人只有一个身份证，一个身份证只能对应一个人

实现方式
一对一关系实现，可以在任意一方添加唯一外键指向另一方的主键。

2.2 一对多关系

如：部门和员工
分析：一个部门有多个员工，一个员工只能对应一个部门

实现方式

在多的一方建立外键，指向一的一方的主键

2.3 多对多关系

如：学生和课程
分析：一个学生可以选择很多门课程，一个课程也可以被很多学生选择

实现方式

多对多关系实现需要借助第三张中间表。中间表至少包含两个字段，这两个字段作为第三张表的外键，分别指向两张表的主键