数据库的三范式详解

数据库的三范式

 

1N:关系R中的属性都是不可分割的项.

2N:在1N的基础上,每个非主属性完全函数依赖于码.

3N:在2N的基础上,每一个非主属性既不部分依赖于码也不传递依赖于码.

 1N

 |   消除非主属性对码的部分函数依赖

 2N

 |   消除非主属性对码的传递函数依赖

 3N

 |   消除主属性对码的部分和传递函数依赖

 BCNF

 |   消除非平凡且非函数依赖的多值依赖

 4N

 

简单描述：

第三范式的要求如下：

1，每一列只有一个值

2，每一行都能区分。

3，每一个表都不包含其他表已经包含的非主关键字信息。

你说的两个表，如果每个都满足三范式，那么两个表也满足三范式。

 

转自：http://www.cublog.cn/u/23975/showart.php?id=391210

数据库的设计范式是数据库设计所需要满足的规范，满足这些规范的数据库是简洁的、结构明晰的，同时，不会发生插入（insert）、删除（delete）和更新（update）操作异常。反之则是乱七八糟，不仅给数据库的编程人员制造麻烦，而且面目可憎，可能存储了大量不需要的冗余信息。

     设计范式是不是很难懂呢？非也，大学教材上给我们一堆数学公式我们当然看不懂，也记不住。所以我们很多人就根本不按照范式来设计数据库。

     实质上，设计范式用很形象、很简洁的话语就能说清楚，道明白。本文将对范式进行通俗地说明，并以笔者曾经设计的一个简单论坛的数据库为例来讲解怎样将这些范式应用于实际工程。

范式说明

     第一范式（1NF）：数据库表中的字段都是单一属性的，不可再分。这个单一属性由基本类型构成，包括整型、实数、字符型、逻辑型、日期型等。

     例如，如下的数据库表是符合第一范式：

字段1      字段2      字段3      字段4

?       ?       ?       ?  而这样的数据库表是不符合第一范式的：

字段1      字段2      字段3      字段4

?       ?       字段3.1  字段3.2  ?

     很显然，在当前的任何关系数据库管理系统（DBMS）中，傻瓜也不可能做出不符合第一范式的数据库，因为这些DBMS不允许你把数据库表的一列再分成二列或多列。因此，你想在现有的DBMS中设计出不符合第一范式的数据库都是不可能的。

     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。

     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。所谓传递函数依赖，指的是如果存在"A → B → C"的决定关系，则C传递函数依赖于A。因此，满足第三范式的数据库表应该不存在如下依赖关系：

     关键字段 → 非关键字段x → 非关键字段y

     假定学生关系表为Student(学号, 姓名, 年龄, 所在学院, 学院地点, 学院电话)，关键字为单一关键字"学号"，因为存在如下决定关系：

    (学号) → (姓名, 年龄, 所在学院, 学院地点, 学院电话)

这个数据库是符合2NF的，但是不符合3NF，因为存在如下决定关系：

    (学号) → (所在学院) → (学院地点, 学院电话)

即存在非关键字段"学院地点"、"学院电话"对关键字段"学号"的传递函数依赖。

     它也会存在数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常的情况，读者可自行分析得知。

     把学生关系表分为如下两个表：

     学生：(学号, 姓名, 年龄, 所在学院)；

     学院：(学院, 地点, 电话)。

这样的数据库表是符合第三范式的，消除了数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常。

     鲍依斯-科得范式（BCNF）：在第三范式的基础上，数据库表中如果不存在任何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。

     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。

 

下面是另一个通俗易懂的说明：

第一范式

存在非主属性对码的部分依赖关系 R(A,B,C) AB是码 C是非主属性 B-->C B决定C C部分依赖于B

第一范式

定义：如果关系R 中所有属性的值域都是单纯域，那么关系模式R是第一范式的

那么符合第一模式的特点就有

1)有主关键字

2)主键不能为空，

3)主键不能重复,

4)字段不可以再分

例如：

 StudyNo   |   Name  |   Sex   |   Contact

20040901     john        Male      Email:[email protected],phone:222456

20040901     mary         famale   email:[email protected] phone:123455

以上的表就不符合，第一范式：主键重复(实际中数据库不允许重复的)，而且Contact字段可以再分

所以变更为正确的是

 StudyNo   |   Name  |   Sex   |     Email        |      Phone

20040901     john        Male       [email protected]      222456

20040902    mary         famale      [email protected]     123455

 

第二范式

存在非主属性对码的传递性依赖 R(A,B,C) A是码 A -->B ,B-->C

定义：如果关系模式R是第一范式的，而且关系中每一个非主属性不部分依赖于主键，称R是第二范式的。

所以第二范式的主要任务就是

满足第一范式的前提下，消除部分函数依赖。

StudyNo   |   Name   |  Sex   |        Email        |      Phone    |  ClassNo  | ClassAddress

01                 john        Male       [email protected]    222456     200401            A楼2

01                  mary       famale    [email protected]      123455     200402            A楼3

这个表完全满足于第一范式,

主键由StudyNo和ClassNo组成，这样才能定位到指定行

但是,ClassAddress部分依赖于关键字(ClassNo-〉ClassAddress),

所以要变为两个表

表一

StudyNo   |   Name   |  Sex   |     Email        |      Phone |   ClassNo

     01           john        Male       [email protected] 222456   200401     

     01          mary         famale    [email protected]   123455      200402    

表二

 ClassNo  | ClassAddress

 200401      A楼2

 200402      A楼3

第三范式

不存在非主属性对码的传递性依赖以及部分性依赖 ，
StudyNo   |   Name   |   Sex  |     Email        |      bounsLevel   |   bouns

20040901     john        Male       [email protected]  优秀                   $1000

20040902    mary         famale    [email protected]      良                        $600

这个完全满足了第二范式,但是bounsLevel和bouns存在传递依赖

更改为：

StudyNo   |   Name   |  Sex   |     Email        |      bouunsNo

20040901     john        Male       [email protected]  1

20040902     mary        famale    [email protected]      2

bounsNo   |   bounsLevel  |   bouns

1                  优秀               $1000

 2                良                  $600

这里我比较喜欢用bounsNo作为主键，

基于两个原因

1）不要用字符作为主键。可能有人说：如果我的等级一开始就用数值就代替呢？

2）但是如果等级名称更改了，不叫 1，2 ，3或优、良，这样就可以方便更改，所以我一般优先使用与业务无关的字段作为关键字。

 

简单来说！

一范式，关系数据库已经帮我们控制好了。

二范式，就是要有主键，其他属性都要依赖于这个主键。

三范式，就是不能有冗余，一张表，只能有主键，依赖主键的属性，外键，不能包含外键表的非主键属性。不过在生产环境，通常不会遵守的，肯定会有冗余，否则导出连接，会死人的，这个要看情况的，有些冗余是肯定需要的