数据库范式

一、范式简介

数据库范式是数据库设计中必不可少的知识，没有对范式的理解，就无法设计出高效率和优雅的数据库。甚至设计出错误的数据库。

1.1、第一范式（1NF） 无重复的列

所为第一范式（1NF）是指数据库表中的每一列都是不可分割的基本数据项，同一列中不能有多个值，即实体中的某个属性不能有多个或者不鞥有重复的属性。如果出现重复的属性，就可能需要定义一个新的实体，新的实体由重复的属性构成，新实体和原实体之间为一对多关系。在第一范式（1NF）中中表的每一行只包含一个实例的信息。简而言之，第一范式就是无重复的列。

说明：在任何一个关系数据库中，第一范式（1NF）是对关系模式的基本要求，不满足第一范式（1NF）的数据库就不是关系数据库。

1.2、第二范式（2NF） 属性完全依赖于主键（消除部门子函数依赖）

第二范式（2NF）是在第一范式（1NF）的基础上建立起来的，即满足第二范式（2NF）必须满足第一范式（1NF）。第二范式（2NF）要求数据库表中的每个实例或者行必须被唯一地区分。为实现区分通常需要为表加上一个列，以存储各个实例的唯一标识符，例如员工信息表中加上员工编号（employee_id）列，因为每个员工的员工编号是唯一的，因此每个员工可以被唯一区分。这个唯一属性列被称为主键或者住关键字。

第二范式（2NF）要求实体的属性完全依赖于主键，所为完全依赖是指不能存在紧依赖主键的一部分的属性，如果存在，那么这个属性和主键的这一部分应该分离出来形成一个新的实体，新实体和元实体之间是一对多的关系。为实现区分通常要为表加上一个列，以存储各个实例的唯一标识。简而言之，第二方式就是属性完全依赖于主键。

1.3、第三范式（3NF） 属性不依赖其他非主键（消除传递依赖）

满足第三范式（3NF）必须先满足第二范式（2NF）。简而言之，第三范式（3NS）要求一个数据库表中不包含其已经在其他表中包含的非主键信息。例如，一个部门信息表，其中每个部门都有编号（dept_id）、部门名称、部门简介等信息。那么在员工信息表中列出部门标号后就不能再将部门名称、部门简介与部门有关的信息再加入员工信息表中。如果不存在部门信息表，则根据第三范式（3NF）也应该构建他，否则就会有大量的数据冗余。简而言之，第三方是就是属性不依赖其他分主键。

二、范式应用实例解剖

下面以一个学校的学生系统为例分析说明，这几个范式的应用。

2.1、首先是第一范式（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，包括整形、实数、字符型、逻辑性和日期型等。我们先确定一下要设计的内容包括哪些：学号、学生姓名、年龄、性别、课程、课程学分、系别、学科成绩、系办地址、联系电话等信息，如下表所示，

我们对于这些信息，所关心的问题有如下几个方面，

（1）学生有哪些基本信息；

（2）学生选了哪些课程，成绩是什么；

（3）每个课的学分是多少；

（4）学生属于哪个系，系的基本信息是什么。

上面就是按照第一范式（1NS）来设计的数据库表。

2.2、第二范式（2NF）实例分析

首先我们考虑，把所有这些信息放到一个表中（学号、学生姓名、年龄、性别、课程、课程学分、系别、学科成绩、系办地址、系办电话），这些属性存在如下的依赖关系，

（学号）->（姓名、年龄、性别、系别、系办地址、系办电话）

（课程名称）->（学分）

（学号，课程）->学科成绩

如果按照第一范式（1NF）的数据库设计，会有很多的问题，这时候按照第二范式（2NF）来优化数据库设计，将第一范式（1NF）设计的表分为如下几个表，

学生：Student（学号，姓名，年龄，性别，系别，系办地址，系办电话）

课程：Course（课程名称，学分）

选课关系：SelectCourse（学号，课程名称，成绩）

分别对应如下三张数据库表，

Student：

Course：

SelectCourse：

2.3、第三范式（3NF）实例分析

接着看上面的学生表Student（学号、姓名、年龄、性别、系别、系办地址、系办电话），主键为单一关键字“学号”，因为存在如下决定关系，

（学号）->（姓名，年龄，性别，系别，系办地址，系办电话）

但是还存在下面的决定关系，

（学号）->（所在系别）->（系办地址，系办电话）

即存在非主键字段“系办地址”和“系办电话”对主键“学号”的传递函数依赖。他也会存在数据容易、更新异常和插入、删除异常的情况。所以，根据第三范式把学生关系表分为如下两个表就可以满足第三范式了，

学生：Student（学号、姓名、年龄、性别、系别）；

系别：（系别ID、系办地址、系办电话）。

所以，按照第三范式设计的数据库表包含如下四张表，

Student：

Department（系别）：

Course：

SelectCourse：

总结：上面，就是将数据库从第一范式向第三范式抽象，优化数据库的一些设计方法和逻辑思想。有不正确的地方还请各位指正！