数据库学习-范式.md
1 数据库的范式
范式：符合是一种级别的关系模式的集合，表示一个关系内部各属性之间的联系的合理化程度。
通俗点讲就是一张数据表的表结构所符合的某种设计标准的级别。
目前数据库的范式共有6中，即第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、巴斯-科德范式（BCNF）、第四范式（4NF）、第五范式（5NF）。
第二范式是在第一范式的基础上，第三范式是在第二范式的基础上，依次递推。
1.1 基础知识
- 实体：现实世界中客观存在的事物的抽象。
- 属性：实体的一个属性，即一个字段。
- 元组：实体表中的一行元素，就像Excel中的一行数据。
- 分量：元组的某个属性值。
- 码：可以唯一确定一个元组（一条数据）的属性，如果在一张表中有多个属性可以确定一个元组，那么这些元素就叫候选码，我们从候选码中选取一个当主键这个码就叫主码。
- 候选码：可以唯一确定一个元组的属性的集合。
- 外码：一个属性不是码，但它是其他表的码，那么它在这张表就叫外码。
- 主属性：候选码中的一个元素（主属性⊆候选码）。
- 非主属性：一张表中不是主属性的属性的集合。
1.2 不好的设计
1.2.1 数据冗余
数据冗余：出现大量的冗余数据。
举例：现有设计学生表（学号，姓名，学院）：
| 学号 | 姓名 | 学院 |
|---|---|---|
| 1 | 张三 | 计算机学院 |
| 2 | 李四 | 计算机学院 |
| 3 | 王五 | 计算机学院 |
| n | n | 计算机学院 |
在这个表中大量重复了计算机学院，大大消耗了数据库的存储空间，这既是数据冗余。
1.2.2 插入异常
插入异常：数据由于某种原因无法插入。
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。
举例：现设计课程表（学号，课程名称，学分），其中学号为课程表的主键。
当新增一门课程时，由于还没有学生选这门课（主键不存在），那么课程的相关信息也是不能插入的。
1.2.3 更新异常
更新异常：一个元素进行了修改，所有的与该元素有关的元组都需要修改。
举例：现有学生表（学号，学院名称）
| 学号 | 学院名称 |
|---|---|
| 1 | 计算机 |
| 2 | 计算机 |
当计算机学院更名为人工智能学院时，我需要把，学生表中所有的数据都更新一遍。
1.2.4 删除异常
删除异常：删除一些数据，把不想删的数据也删掉了。
举例：现有学生表（学号，姓名，班级，班主任）
当这个班级的学生毕业了，在删除这个班的学生信息时，同时也把班主任删掉了。
1.3 第一范式（1NF——不可再分）
数据表中的每一列数据都是不可分割的。
第一范式反例：
即一个属性可以继续再分。
第一范式正例：
学生表（学号，姓名，家庭电话，移动电话）
1.4 第二范式（2NF——无部分依赖）
定义：在第一范式的前提上，非主属性完全函数依赖于码。
提示：只有当数据表中，主码有两个或两个以上的属性组合而成时，才会出现不符合第二范式的情况。
第二范式反例：
选课表（学号，课程号，课程名）；其中（学号，课程号）为主键
在这张表中
-
（学号，课程号）-> 课程名
-
（课程号） -> 课程名
可以看出课程名其实只依赖于课程号，如果把（学号，课程号）设为主键，那么就出现了部分依赖（多此一举）。
解决方法：（把一张表分为两张表）
-
选课表（学号，课程号）
-
课程表（课程号，课程名）
1.5 第三范式（3NF——无传递依赖）
定义：在满足第二范式的基础上，没有传递依赖。
传递依赖：A -> B，B -> C，那么就存在A->C，这就是传递依赖。
第三范式反例：
学生表（学号，姓名，系号，系名称）
在这张表中，学号可以决定系号，系号可以决定系名称，那么就有学号可以决定系名称：
- 学号 -> 系号
- 系号 -> 系名称
解决方法：（建立中间表）
- 学生表（学号，姓名）
- 系 表（系号，系名称）
- 学生-系中间表（ID，学号，系号）
符合3NF要求的数据库设计，基本上解决了数据冗余过大，插入异常，更新异常，删除异常的问题。
1.6 巴斯-科德范式（BCNF）
BCNF与第三范式的不同之处在于：第三范式中不允许非主属性被另一个非主属性决定，但第三范式允许主属性被非主属性决定；而在BCNF中，任何属性（包括非主属性和主属性）都不能被非主属性所决定。
任何一个BCNF必然满足：
- 所有非主属性都完全函数依赖于每个候选键
- 所有主属性都完全函数依赖于每个不包含它的候选键
- 没有任何属性完全函数依赖于非候选键的任何一组属性
总结：
BCNF：满足3NF，还满足主属性不依赖主属性（两个主属性不相互依赖）
第三范式只判断非主属性是否部分依赖和传递依赖主属性。
BCNF既判断非主属性，又判断主属性是否有部分依赖和传递依赖。
若一个关系达到了第三范式，并且它只有一个候选码，或者它的每个候选码都是单属性(非多个属性组合而成的候选码)，则该关系自然达到BCNF。