关系型数据库一、二、三、BC范式的理解

对于关系型数据库三大范式+BC范式的理解。


范式的定义

关系型数据库中的关系是需要满足一定条件的,满足这些不同程度的规范化就叫做范式。

范式按照规范化程度从低到高排序为第一范式,第二范式,第三范式,BC范式,第四范式,第五范式。

本文主要对最常见的第一范式,第二范式,第三范式以及BC范式进行解释S。


第一范式

说明

第一范式满足关系表中的属性不可分割。属性即关系表中的字段;不可分割即该属性/字段已经是不可分割的最小单位了。

例子

学生信息表:由学号、姓名、年龄、性别等字段组成。该表的这些字段都不能再拆分为更小的属性了。

一范式是关系数据库的基础。


第二范式

说明

第二范式是建立在第一范式的基础之上的,也就是说第二范式首先要满足关系表的属性不可分。在此基础之上,第二范式规定每个关系表都要有主键,且其他字段都依赖于主键,具体来说关系表的每个非主属性都完全函数依赖于主键。

为什么要有主键?没有主键就没有唯一性,没有唯一性在集合中就定位不到这行记录,所以要主键。

其他字段为什么要依赖于主键?因为不依赖于主键,就找不到他们。更重要的是,其他字段组成的这行记录和主键表示的是同一个东西,而主键是唯一的,它们只需要依赖于主键,也就成了唯一的。

什么是主属性和非主属性?主属性就是候选键中的每一个属性,候选键可能是多个属性(候选键可以有多组,例如候选键为AB或者AC,属性ABC都包含在候选键中,即ABC都是主属性)。不包含在候选键的属性叫非主属性。

什么是完全函数依赖和部分函数依赖?(学号, 身份证号)-> 姓名,身份证号 -> 姓名,则姓名部分函数依赖于(学号, 身份证号)。(身高,体重)-> 身体指数,身高或者体重单属性并不能确定身体指数,所以身体指数完全函数依赖于(身高,体重)。

例子

学号、姓名、年龄、性别等字段组成学生信息表。姓名字段可以作为主键么?不能!因为同名的话,就不能唯一确定一条记录了,需要学号这样的唯一编码才能作为学生信息表的主键。


第三范式

说明

在第二范式的基础上,消除属性之间的传递依赖。即在第二范式的基础上,关系表若满足每个非主属性都不传递函数依赖于主键,就是第三范式。

什么是非主属性都不传递函数依赖于主键?关系表中有非主属性C依赖于非主属性B,非主属性B依赖于主键A,则非主属性C传递函数依赖与主键A。

例子

简单来说,消除传递依赖,可以看做是“消除冗余”。即相关信息只能存储于一张表中,而不应该重复出现于多张表中。

例如大学分了很多系(中文系、英语系、计算机系……),系别管理表由以下字段系编号,系主任,系简介,...... 组成。在学生信息表(学号、姓名、年龄、性别)中,我们能不能把学生的系编号,系主任、系简介添加至每条学生记录中?第三范式不允许!在组合表中,学号是主键,系编号依赖于学号,而系主任、系简介依赖于系编号,所以存在学号->系编号->系主任、系简介的函数传递依赖。因为系编号,系主任、系简介已经存在系别管理表中,你再存入学生信息表,就是冗余了。

解决该问题以满足第三范式的方法,就是在学生信息表中只存放系别管理表的主键,作为学生信息表的外键以消除冗余。


BC范式

说明

满足以下三点:

1)所有非主属性对每一个码都是完全函数依赖。(也是第二范式要求)

2)所有主属性对每一个不包含它的码也是完全函数依赖。(也就是排除了所有属性对码的部分依赖)

3)没有任何属性完全函数依赖于非码的任何一组属性。(排除传递函数依赖)

例子

假设仓库管理关系表(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。

此关系模式已经属于了3NF,那么这个关系模式是否存在问题呢?我们来看以下几种操作:

1.先新增加一个仓库,但尚未存放任何物品,是否可以为该仓库指派管理员?——不可以,因为物品名也是主属性,根据实体完整性的要求,主属性不能为空。

2.某仓库被清空后,需要删除所有与这个仓库相关的物品存放记录,会带来什么问题?——仓库本身与管理员的信息也被随之删除了。

3.如果某仓库更换了管理员,会带来什么问题?——这个仓库有几条物品存放记录,就要修改多少次管理员信息。

从这里我们可以得出结论,在某些特殊情况下,即使关系模式符合3NF的要求,仍然存在着插入异常,修改异常与删除异常的问题,仍然不是 ”好“ 的设计

具体原因是该数据库表中存在如下依赖关系:

(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,由于存在如下依赖关系:

(仓库ID) → (管理员ID)

(管理员ID) → (仓库ID)

即存在关键字段依赖关键字段的情况,不满足说明中的第二条,所以其不符合BCNF范式。


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