范式

 一、基础概念

       要理解范式，首先必须对知道什么是关系数据库，如果你不知道，我可以简单的不能再简单的说一下：关系数据库就是用二维表来保存数据。表和表之间可以……（省略10W字）。

然后你应该理解以下概念：

 

•实体：现实世界中客观存在并可以被区别的事物。比如“一个学生”、“一本书”、“一门课”等等。值得强调的是这里所说的“事物”不仅仅是看得见摸得着的“东西”，它也可以是虚拟的，不如说“老师与学校的关系”。

•属性：教科书上解释为：“实体所具有的某一特性”，由此可见，属性一开始是个逻辑概念，比如说，“性别”是“人”的一个属性。在关系数据库中，属性又是个物理概念，属性可以看作是“表的一列”。

•元组：表中的一行就是一个元组。

•分量：元组的某个属性值。在一个关系数据库中，它是一个操作原子，即关系数据库在做任何操作的时候，属性是“不可分的”。否则就不是关系数据库了。

•码：表中可以唯一确定一个元组的某个属性（或者属性组），如果这样的码有不止一个，那么大家都叫候选码，我们从候选码中挑一个出来做老大，它就叫主码。

•全码：如果一个码包含了所有的属性，这个码就是全码。

•主属性：一个属性只要在任何一个候选码中出现过，这个属性就是主属性。

•非主属性：与上面相反，没有在任何候选码中出现过，这个属性就是非主属性。

•外码：一个属性（或属性组），它不是码，但是它别的表的码，它就是外码。

二、6个范式

好了，上面已经介绍了我们掌握范式所需要的全部基础概念，下面我们就来讲范式。首先要明白，范式的包含关系。一个数据库设计如果符合第二范式，一定也符合第一范式。如果符合第三范式，一定也符合第二范式…

 

 

第一范式（1NF）：属性不可分。

在前面我们已经介绍了属性值的概念，我们说，它是“不可分的”。而第一范式要求属性也不可分。那么它和属性值不可分有什么区别呢？给一个例子：

 

nametel                       age

大胖子13612345678                22

小胖子13988776655010－123456721

•

Ps：这个表中，属性值“分”了。

 

nametel                      age

     手机   座机

大宝13612345678021－987654322

小明13988776655010－123456721

•

Ps：这个表中，属性 “分”了。

这两种情况都不满足第一范式。不满足第一范式的数据库，不是关系数据库！所以，我们在任何关系数据库管理系统中，做不出这样的“表”来。

　　第二范式（2NF）：数据库表中不存在非关键字段 对任一候选关键字段 的部分 函数依赖 （部分函数依赖指的是存在组合关键字中的某些字段决定非关键字段 的情况），也即所有非关键字段都完全依赖于任意一组候选关键字。｛个人理解：如在一个家庭里面，任何决定都只能是爸爸、妈妈一致通过后才能够算数，就说明是正常的;如果有一个女儿可以只由妈妈决定做什么，那么这就违背了原则，就不满足约定。｝

 

 

　　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)；｛个人理解：可以在该加上ID字段作为主键，因为如果以后课程名称有变动，再如果这个数据库运行了10年，有1000万次选课记录，那么你要去更新这一千万条记录，也算是一个费资源的问题。如果有了ID，不管你名称怎么变，都只会影响一条当前记录｝ 

       SelectCourse(学号, 课程名称, 成绩)。｛这里相应就改为：SelectCourse(学号, 课程ID,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（3NF）：在第二范式的基础上，数据表中如果不存在非关键字段 对任一候选关键字段 的传递 函数依赖 则符合第三范式。所谓传递函数依赖，指的是如 果存在"A → B → C"的决定关系，则C传递函数依赖于A。因此，满足第三范式的数据库表应该不存在如下依赖关系：

　　关键字段 → 非关键字段x → 非关键字段y

　　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，读者可自行分析得知。

　　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。

鲍依斯-科得范式（BCNF）：在第三范式的基础上，数据库表中如果不存在任何字段对任一候选关键字段的传递函数依赖则符合第三范式。

　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。

由此可以看出，并不一定要强行满足范式的要求，对于1：N关系，当1的一边合并到N的那边后，N的那边就不再满足第二范式了，但是这种设计反而比较好！

　　对于M：N的关系，不能将M一边或N一边合并到另一边去，这样会导致不符合范式要求，同时导致操作异常和数据冗余。 
对于1：1的关系，我们可以将左边的1或者右边的1合并到另一边去，设计导致不符合范式要求，但是并不会导致操作异常和数据冗余。

　　结论

　　满足范式要求的数据库设计是结构清晰的，同时可避免数据冗余和操作异常。这并意味着不符合范式要求的设计一定是错误的，在数据库表中存在1：1或1：N关系这种较特殊的情况下，合并导致的不符合范式要求反而是合理的。