一、關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計范式介紹

1. 第一范式（1NF）無重復(fù)的列

所謂第一范式(1NF)是指數(shù)據(jù)庫表的每一列都是不可分割的基本數(shù)據(jù)項，同一列中不能有多個值，即實體中的某個屬性不能有多個值或者不能有重復(fù)的屬性。如果出現(xiàn)重復(fù)的屬性，就可能需要定義一個新的實體，新的實體由重復(fù)的屬性構(gòu)成，新實體與原實體之間為一對多關(guān)系。在第一范式(1NF)中表的每一行只包含一個實例的信息。簡而言之，第一范式就是無重復(fù)的列。

說明：在任何一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，第一范式(1NF)是對關(guān)系模式的基本要求，不滿足第一范式(1NF)的數(shù)據(jù)庫就不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

那么符合第一范式的特點就有： 1)有主關(guān)鍵字 2)主鍵不能為空 3)主鍵不能重復(fù) 4)字段不可以再分

2. 第二范式（2NF）屬性完全依賴于主鍵[消除非主屬性對主碼的部分函數(shù)依賴 ]

第二范式(2NF)是在第一范式(1NF)的基礎(chǔ)上建立起來的，即滿足第二范式(2NF)必須先滿足第一范式(1NF)。第二范式(2NF)要求數(shù)據(jù)庫表中的每個實例或行必須可以被唯一地區(qū)分。為實現(xiàn)區(qū)分通常需要為表加上一個列，以存儲各個實例的唯一標(biāo)識。例如員工信息表中加上了員工編號(emp_id)列，因為每個員工的員工編號是唯一的，因此每個員工可以被唯一區(qū)分。這個唯一屬性列被稱為主關(guān)鍵字或主鍵、主碼。

第二范式(2NF)要求實體的屬性完全依賴于主關(guān)鍵字。所謂完全依賴是指不能存在僅依賴主關(guān)鍵字一部分的屬性，如果存在，那么這個屬性和主關(guān)鍵字的這一部分應(yīng)該分離出來形成一個新的實體，新實體與原實體之間是一對多的關(guān)系。為實現(xiàn)區(qū)分通常需要為表加上一個列，以存儲各個實例的唯一標(biāo)識。簡而言之，第二范式就是屬性完全依賴于主鍵。

3. 第三范式（3NF）屬性不依賴于其它非主屬性[消除傳遞依賴]

滿足第三范式(3NF)必須先滿足第二范式(2NF)。簡而言之，第三范式(3NF)要求一個數(shù)據(jù)庫表中不包含已在其它表中已包含的非主關(guān)鍵字信息。例如，存在一個部門信息表，其中每個部門有部門編號(dept_id)、部門名稱、部門簡介等信息。那么在的員工信息表中列出部門編號后就不能再將部門名稱、部門簡介等與部門有關(guān)的信息再加入員工信息表中。如果不存在部門信息表，則根據(jù)第三范式(3NF)也應(yīng)該構(gòu)建它，否則就會有大量的數(shù)據(jù)冗余。簡而言之，第三范式就是屬性不依賴于其它非主屬性。

4. 第四范式：

主要任務(wù)：滿足第三范式的前提下，消除多值依賴

5. 第五范式：

定義: 如果關(guān)系模式R中的每一個連接依賴, 都是由R的候選鍵所蘊含, 稱R是第五范式的

看到定義，就知道是要消除連接依賴,并且必須保證數(shù)據(jù)完整

（第四，第五范式應(yīng)用較少，主要是理解和應(yīng)用前三個范式就可以了。）

二、范式應(yīng)用實例剖析

下面以一個學(xué)校的學(xué)生系統(tǒng)為例分析說明，這幾個范式的應(yīng)用。首先第一范式(1NF)：數(shù)據(jù)庫表中的字段都是單一屬性的，不可再分。這個單一屬性由基本類型構(gòu)成，包括整型、實數(shù)、字符型、邏輯型、日期型等。在當(dāng)前的任何關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)中，傻瓜也不可能做出不符合第一范式的數(shù)據(jù)庫，因為這些DBMS不允許你把數(shù)據(jù)庫表的一列再分成二列或多列。因此，你想在現(xiàn)有的DBMS中設(shè)計出不符合第一范式的數(shù)據(jù)庫都是不可能的。

首先我們確定一下要設(shè)計的內(nèi)容包括那些。學(xué)號、學(xué)生姓名、年齡、性別、課程、課程學(xué)分、系別、學(xué)科成績，系辦地址、系辦電話等信息。為了簡單我們暫時只考慮這些字段信息。我們對于這些信息，說關(guān)心的問題有如下幾個方面。

學(xué)生有那些基本信息

學(xué)生選了那些課，成績是什么

每個課的學(xué)分是多少

學(xué)生屬于那個系，系的基本信息是什么。

1. 第二范式（2NF）實例分析

首先我們考慮，把所有這些信息放到一個表中(學(xué)號，學(xué)生姓名、年齡、性別、課程、課程學(xué)分、系別、學(xué)科成績，系辦地址、系辦電話)下面存在如下的依賴關(guān)系。

(學(xué)號)→ (姓名, 年齡，性別，系別，系辦地址、系辦電話)

(課程名稱) → (學(xué)分)

(學(xué)號，課程)→ (學(xué)科成績)

問題分析

因此不滿足第二范式的要求，會產(chǎn)生如下問題

數(shù)據(jù)冗余： 同一門課程由n個學(xué)生選修，"學(xué)分"就重復(fù)n-1次;同一個學(xué)生選修了m門課程，姓名和年齡就重復(fù)了m-1次。

更新異常：

1)若調(diào)整了某門課程的學(xué)分，數(shù)據(jù)表中所有行的"學(xué)分"值都要更新，否則會出現(xiàn)同一門課程學(xué)分不同的情況。

2)假設(shè)要開設(shè)一門新的課程，暫時還沒有人選修。這樣，由于還沒有"學(xué)號"關(guān)鍵字，課程名稱和學(xué)分也無法記錄入數(shù)據(jù)庫。

刪除異常： 假設(shè)一批學(xué)生已經(jīng)完成課程的選修，這些選修記錄就應(yīng)該從數(shù)據(jù)庫表中刪除。但是，與此同時，課程名稱和學(xué)分信息也被刪除了。很顯然，這也會導(dǎo)致插入異常。

解決方案

把選課關(guān)系表SelectCourse改為如下三個表：

學(xué)生：Student(學(xué)號，姓名, 年齡，性別，系別，系辦地址、系辦電話);

課程：Course(課程名稱, 學(xué)分);

選課關(guān)系：SelectCourse(學(xué)號, 課程名稱, 成績)。

2. 第三范式（3NF）實例分析

接著看上面的學(xué)生表Student(學(xué)號，姓名, 年齡，性別，系別，系辦地址、系辦電話)，關(guān)鍵字為單一關(guān)鍵字"學(xué)號"，因為存在如下決定關(guān)系：

(學(xué)號)→ (姓名, 年齡，性別，系別，系辦地址、系辦電話)

但是還存在下面的決定關(guān)系

(學(xué)號) → (所在學(xué)院)→(學(xué)院地點, 學(xué)院電話)

即存在非關(guān)鍵字段"學(xué)院地點"、"學(xué)院電話"對關(guān)鍵字段"學(xué)號"的傳遞函數(shù)依賴。

它也會存在數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常和刪除異常的情況。 (數(shù)據(jù)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)

根據(jù)第三范式把學(xué)生關(guān)系表分為如下兩個表就可以滿足第三范式了：

學(xué)生：(學(xué)號, 姓名, 年齡, 性別，系別);

系別：(系別, 系辦地址、系辦電話)。

總結(jié):

上面的數(shù)據(jù)庫表就是符合I,II,III范式的，消除了數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常和刪除異常。

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