数据库范式

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。

 

范式说明

 

1.1 第一范式(1NF)无重复的列

所谓第一范式(1NF)是指数据库表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值或者不能有重复的属性。

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。

不满足第一范式:

数据库范式

不满足理由:单一字段中有多个有意义的值

数据库范式

不满足理由:不能有重复的属性

 

设计满足第一范式;

数据库范式

1.2 第二范式(2NF)属性完全依赖于主键 [ 消除部分子函数依赖 ]

如果关系模式R为第一范式,并且R中每一个非主属性完全函数依赖于R的某个候选键, 则称为第二范式模式。

eg:

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),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)

 

不符合理由:

(学分)部分依赖与组合关键字中的(课程名称),而(姓名, 年龄)部分依赖与(学号) ,而不是完全依赖于组合主键(学号,课程名称)

 

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。

 

1.3 第三范式(3NF)属性不依赖于其它非主属性 [ 消除传递依赖 ]

如果关系模式R是第二范式,且每个非主属性都不传递依赖于R的候选键,则称R为第三范式模式。


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。


数据库范式的选择使用

1.范式与数据冗余度
从0NF到1NF、2NF、3NF、BCNF、4NF、5NF?
数据库设计的过程是个拆分表的过程,拆分的目的是降低数据的冗余度。


数据的冗余度越低,事务持续时间就越短(它不需要额外的操作去维持数据一致性和完整性)。
与此同时,拆得越细,查询的代价越高(需要更多耗时的连接运算)。


2.关系模式的设计原则


如果表(集)主要用于数据更新(Online),表的分解就应该尽可能接近3NF

BCNF从前面的例子看没有必要,至于4NF、5NF更多属于理论研究领域,在实际应

用中无此必要。


如果表(集)主要用于数据查询(统计、分析),表的分解到1NF、2NF就可以了。

对于常用的查询,甚至可以采用数据持续化技术,

即用专门的表(集)提供对数据查询的支持

 


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