数据库范式

数据库范式


范式，是用来规定数据冗余程度的，一般越高的范式数据库冗余越小。


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）和第五范式（5NF，又称完美范式）。


一般只用前三种范式，后三种基本没使用。一般说来，数据库只需满足第三范式(3NF）就行了。


下面一一来讲解：


1. 第一范式（1NF）


   遵循两个原则：a. 每个表要有主键；b. 每一列都是不可分割的原子数据项。
   
2. 第二范式（2NF）


   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. 第三范式（3NF）


   在1NF基础上，任何非主属性不依赖于其它非主属性。
   


范式应用实例




下面以一个学校的学生系统为例分析说明，这几个范式的应用。


第一范式（1NF）


    数据库表中的字段都是单一属性的，不可再分。这个单一属性由基本类型构成，包括整型、实数、字符型、逻辑型、日期型等。
    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。首先我们确定一下要设计的内容包括那些。
    学号、学生姓名、年龄、性别、课程、课程学分、系别、学科成绩，系办地址、系办电话等信息。为了简单我们暂时只考虑这些字段信息。
    
    我们对于这些信息，说关心的问题有如下几个方面：
    
        学生有那些基本信息？
        学生选了那些课，成绩是什么？
        每个课的学分是多少？
        学生属于那个系，系的基本信息是什么？


第二范式（2NF）


    首先我们考虑，把所有这些信息放到一个表中（学号，学生姓名、年龄、性别、课程、课程学分、系别、学科成绩，系办地址、系办电话）。
    
    很明显，就存在如下的依赖关系：
    
        (姓名, 年龄, 成绩, 学分) → (学号, 课程名称)，意思就是(姓名, 年龄, 成绩, 学分) 依赖于(学号, 课程名称)。
    
    或者，(学号, 课程名称) → (姓名, 年龄, 成绩, 学分)，即(学号, 课程名称)决定(姓名, 年龄, 成绩, 学分) 。


    问题分析


    因此不满足第二范式的要求，会产生如下问题:


        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。


        更新异常：


            1）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。


            2）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。


        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。
     
     解决方案


        把选课关系表SelectCourse改为如下三个表：
        
        学生：Student（学号，姓名，年龄，性别，系别，系办地址、系办电话）；
        课程：Course（课程名称,学分）；
        选课关系：SelectCourse（学号，课程名称，成绩）。
        
第三范式（3NF）


    接着看上面的学生表Student（学号，姓名，年龄，性别，系别，系办地址、系办电话），关键字为单一关键字"学号"。
    
    必然存在如下决定关系：
    
        （学号）→ （姓名，年龄，性别，系别，系办地址、系办电话）
    
    但是还存在下面的决定关系：
    
        （系别）→（系办地点，系办电话）
    
    即存在非关键字段（系办地点，系办电话）对非关键字段（系别）的依赖。
    
    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。
    
    根据第三范式把学生关系表分为如下两个表就可以满足第三范式了：
    
    学生：（学号，姓名，年龄，性别，系别）；
    系别：（系别，系办地址、系办电话）。
    
总体来说，设计为如下四个表：


    学生：Student（学号，姓名，年龄，性别，系别），关键字（或者主键）为学号；
    系别：Dept（系别，系办地址，系办电话），关键字为系别；
    课程：Course（课程名称，学分），关键字为课程名称；
    选课关系：SelectCourse（学号，课程名称，成绩），关键字为（学号，课程名称）。
    
    上面的数据库表就是符合1，2，3范式的，消除了数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常。
    
更多参考http://ce.sysu.edu.cn/cdbm/news/coures/200908/news_20090807210925_242.html