范式

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范式:英文名称是 Normal Form,它是英国人 E.F.Codd(关系数据库的老祖宗)在上个世纪70年代提出关系数据库模型后总结出来的,范式是关系数据库理论的基础,也是我们在设计数据库结构过程中所要遵循的规则和指导方法。

目前有迹可寻的共有8种范式,依次是:1NF,2NF,3NF,BCNF,4NF,5NF,DKNF,6NF。

通常所用到的只是前三个范式,即:第一范式(1NF),第二范式(2NF),第三范式(3NF)。下面就简单介绍下这三个范式。

第一范式(1NF):强调的是列的原子性,即列不能够再分成其他几列。 

考虑这样一个表:【联系人】(姓名,性别,电话) 
如果在实际场景中,一个联系人有家庭电话和公司电话,那么这种表结构设计就没有达到 1NF。要符合 1NF 我们只需把列(电话)拆分,即:【联系人】(姓名,性别,家庭电话,公司电话)。1NF 很好辨别,但是 2NF 和 3NF 就容易搞混淆。 

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。

首先是 1NF,另外包含两部分内容,一是表必须有一个主键;二是没有包含在主键中的列必须完全依赖于主键,而不能只依赖于主键的一部分。消除了部分依赖

考虑一个订单明细表:【OrderDetail】(OrderID,ProductID,UnitPrice,Discount,Quantity,ProductName)。 
因为我们知道在一个订单中可以订购多种产品,所以单单一个 OrderID 是不足以成为主键的,主键应该是(OrderID,ProductID)。显而易见 Discount(折扣),Quantity(数量)完全依赖(取决)于主键(OderID,ProductID),而 UnitPrice,ProductName 只依赖于 ProductID。所以 OrderDetail 表不符合 2NF。不符合 2NF 的设计容易产生冗余数据。 
可以把【OrderDetail】表拆分为【OrderDetail】(OrderID,ProductID,Discount,Quantity)和【Product】(ProductID,UnitPrice,ProductName)来消除原订单表中UnitPrice,ProductName多次重复的情况。 

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);选课关系:SelectCourse(学号, 课程名称, 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。(非主键列必须直接依赖于主键,不能存在传递依赖。)即不能存在:非主键列 A 依赖于非主键列 B,非主键列 B 依赖于主键的情况。

消除了数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常。

考虑一个订单表【Order】(OrderID,OrderDate,CustomerID,CustomerName,CustomerAddr,CustomerCity)主键是(OrderID)。 
其中 OrderDate,CustomerID,CustomerName,CustomerAddr,CustomerCity 等非主键列都完全依赖于主键(OrderID),所以符合 2NF。不过问题是 CustomerName,CustomerAddr,CustomerCity 直接依赖的是 CustomerID(非主键列),而不是直接依赖于主键,它是通过传递才依赖于主键,所以不符合 3NF。 
通过拆分【Order】为【Order】(OrderID,OrderDate,CustomerID)和【Customer】(CustomerID,CustomerName,CustomerAddr,CustomerCity)从而达到 3NF。 
第二范式(2NF)和第三范式(3NF)的概念很容易混淆,区分它们的关键点在于,2NF:非主键列是否完全依赖于主键,还是依赖于主键的一部分;3NF:非主键列是直接依赖于主键,还是直接依赖于非主键列。

BCNF(鲍依斯-科得范式):设关系模式R<U,F>∈1NF,如果对于R的每个函数依赖X→Y,若Y不属于X,则X必含有候选码,那么R∈BCNF。

满足BCNF的条件:

1 所有非主属性对每一个候选键都是完全函数依赖;
2 所有的主属性对每一个不包含它的候选键,也是完全函数依赖;
3 没有任何属性完全函数依赖于非候选键的任何一组属性。


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。

◆ 第四范式(4NF):

关系模式R<U,F>∈1NF,如果对于R的每个非平凡多值依赖X→→Y(Y 不属于 X),X都含有候选码,则R∈4NF。
如果R ∈ 4NF, 则R ∈ BCNF。
4NF就是限制关系模式的属性之间不允许有非平凡且非函数依赖的多值依赖。

设R(U)是一个属性集合U上的一个关系模式,X, Y, 和Z是U的子集,并且Z=U-X-Y,多值依赖X->->Y成立当且仅当对R的任一个关系r,r在(X,Z)上的每个值对应一组Y的值,这组值仅仅决定于X值而与Z值无关。

若X->->Y,而Z=空集,则称X->->Y为平凡的多值依赖。否则,称X->->Y为非平凡的多值依赖。

可以看出,如果把上面的一组改为一个,那么多值依赖就变成了函数依赖。当然一个值组成的组也是组,所以说,函数依赖是多值依赖的特殊情况。

 

例:

如下表:

                    课程C                                   教师T                               参考书B

                    数学                                      邓军                                数学分析

                    数学                                      邓军                                高等代数

                    数学                                      邓军                                微分方程

表中,U = C+T+B,(C,T)确定一组B,但是这组B其实与T无关,仅由C确定,所以(C,T)->->B。又因为T不是空集,所以(C,T)->->B为非平凡多值依赖。

要想消除多值依赖,可以分解为:(C,T), (C,B)

表1:

                  课程C                  教师T

                  数学                     邓军

表2:

                课程C                    参考书B

                数学                      数学分析

                数学                      高等代数

                数学                      微分方程

原文地址:https://www.cnblogs.com/argenbarbie/p/5397832.html