数据库范式

I、关系数据库设计范式介绍

1.1 第一范式（1NF）无重复的列

 
      所谓第一范式（1NF）是指数据库表的每一列都是不可分割的基本数据项，同一列中不能有多个值，即实体中的某个属性不能有多个值或者不能有重复的属性。如 果出现重复的属性，就可能需要定义一个新的实体，新的实体由重复的属性构成，新实体与原实体之间为一对多关系。在第一范式（1NF）中表的每一行只包含一 个实例的信息。

说明：在任何一个关系数据库中，第一范式（1NF）是对关系模式的基本要求，不满足第一范式（1NF）的数据库就不是关系数据库。

1.2 第二范式（2NF）属性完全依赖于主键[消除部分子函数依赖]

 
      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 中的每个实例或行必须可以被惟一地区分。为实现区分通常需要为表加上一个列，以存储各个实例的惟一标识。例如员工信息表中加上了员工编号（emp_id） 列，因为每个员工的员工编号是惟一的，因此每个员工可以被惟一区分。这个惟一属性列被称为主关键字或主键、主码。
        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，以存储各个实例的惟一标识。简而言之，第二范式 就是属性完全依赖于主键。

1.3 第三范式（3NF）属性不依赖于其它非主属性[消除传递依赖]

            满足第三范式（3NF）必须先满足第二范式（2NF）。简而言之，第三范式（3NF）要求一个数据库表中不包含已在其它表中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。那么在的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。

 

II、范式应用实例剖析

        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。首先第一范式（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。

2.1 第二范式（2NF）实例分析

 
      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)下面存在如下的依赖关系。
        （学号）→ (姓名, 年龄，性别，系别，系办地址、系办电话)
         (课程名称) → (学分)
        （学号，课程）→ (学科成绩)

2.1.1 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。

2.1.2 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)。

2.2 第三范式（3NF）实例分析

        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"，因为存在如下决定关系：

       （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 
       (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。 (數據的更新，刪除異常這里就不分析了，可以參照2.1.1進行分析)

        根据第三范式把学生关系表分为如下两个表就可以滿足第三范式了：

        学生：(学号, 姓名, 年龄, 性别，系别)；
        系别：(系别, 系办地址、系办电话)。

总结

       上面的数据库表就是符合I,II,III范式的，消除了数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常。