数据库设计的基本步骤及三范式的应用

1 数据库设计的重要性

糟糕的数据库设计会带来大量数据冗余和操作异常。

设计良好的数据库：

• 就好比货架有序摆放的商品一样，节省数据的存储空间。
• 能够保证数据的完整性，方便进行数据库应用系统的开发。

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2 数据库设计的基本步骤

2.1 需求分析

首先通过向客户调研，了解客户的实际需求；然后总结分析客户所需要的管理系统，究竟需要处理哪些数据。

以学员管理系统开发为背景，分析系统的基本功能：

1. 学员信息管理模块：数据库中存放着学员的个人信息，需要对学员信息进行管理。
2. 学员成绩管理模块：数据库中保存每次学员的考试成绩，需要对考试成绩进行分析。
3. 学员班级管理模块：数据库中保存着学员的班级信息。
4. 课程管理模块：数据库中存放着课程信息。

2.2 标识对象（实体）并设计对象的属性

要点：

• 对象（实体）将来映射为数据库中的数据表。
• 对象的属性，映射为数据表的字段。
• 对象应该有唯一的标识（ID）。
  
  注意：
• 需要设计多少个实体，取决于需求分析结果，以及设计人员的其他考虑。
• 对于实体的多少，以及实体属性的确定，需要设计人员不断地根据需要修改。
• 实体必须有唯一的标识，如果当前实体属性没有能够作为标识的，需要添加ID。
• 实体设计的好坏，关系到后续系统的修改，应当力求做到完善。

2.3 确定对象之间的映射关系

要点：

• 对象之间通过外键映射关系，减少数据冗余。
• 对象之间的映射关系是通过对象唯一标识建立的。
• 常见的对象映射关系有一对一和一对多或者多对多（课程和讲师）。

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3 数据库设计合理性校验

校验数据设计是否合理：

• 表结构设计的合理是数据库设计的关键。
• 能够避免数据冗余。
• 能够解决数据库操作异常。
  
  数据库三范式原则：
  范式是具有最小冗余的表结构。

范式类型：

• 第一范式（1st NF - First Normal Form）
• 第二范式（2nd NF -Second Normal Form）
• 第三范式（3rd NF - Third Normal Form）

应用三范式原则，可以保证各个数据表结构设计的合理性。

3.1 第一范式（1st NF）

第一范式：

• 目标是确保每列的原子性（即不可再分的数据单元）。
• 第一范式一般都能满足。
• 常见的第一范式不满足情况：地址、姓名（有时分开使用）。

3.2 第二范式（2nd NF）

第二范式要求每个表只描述一个实体的属性。

上面的那张表描述了多个实体：

如果一个关系满足了1NF，并且除了主键以外的其他列，都和主键列相关，则满足第二范式（2NF）。

我们需要应用第二范式将与主键不相关的列独立为单独的实体：

思考：学员信息表设计的是否合理？

3.3 第三范式（3rd NF）

第三范式要求实体各属性之间不能有直接的依赖关系。

满足条件： 如果一个关系满足2NF，除了主键列之外，其他列之间都不具有直接的依赖关系，则满足第三范式。

应用第二、第三范式时，为了保证实体之间存在必要的关系，我们需要将独立的实体和当前实体通过外键关联。

应用三范式数据表的变化：

3.4 数据化模型设计

规范化以后使用Viso软件创建数据库模型。

3.5 三范式与数据库性能

第三方式的应用后数据库的变化：

• 使得实体被最大限度的分割成若干小实体。
• 实体增多，同时将实体之间的关系变得复杂，数据分布在多个表中。
• 数据的查询和统计将变得复杂，多表连接查询会适当降低查询性能。

为满足某种商业目标，数据库性能比规范化数据库更重要：

• 在给定的表中添加额外的字段，可最大量减少需要从中搜索信息的所需时间。
  • 比如，在高考成绩中插入”成绩总分“列（改列其实冗余），以方便查询。

在进行规范化的同时，还需要综合考虑数据库的性能：

• 三范式与数据库的性能需要根据实际要求权衡。
• 根据实际需要增加或减少冗余列。