[置顶] 【自学考试】数据库范式解析

      看了看第一次机房收费系统的数据库，感觉存在很多问题，最多的问题就是数据冗余，所以想在第二次机房的时候把数据库设计的尽可能完美，正好也是对数据库考试的一个总结，首先是对我当时最头疼的范式的总结，范式的作用就是消除数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常。

一、相关概念及知识点：

   1.数据依赖：反映一个关系内部属性与属性之间的约束关系，是现实世界属性间相互联系的抽象，属于数据内在的性质和语义的体现。
    2. 规范化理论：是用来设计良好的关系模式的基本理论。它通过分解关系模式来消除其中不合适的数据依赖，以解决插入异常、删除异常、更新异常和数据冗余问题。
    3. 函数依赖（Functional Dependency FD）：简单地说，对于关系模式的两个属性子集X和Y，若X的任一取值能唯一确定Y的值，则称Y函数依赖于X，记作X→Y。
    4. 非平凡函数依赖：对于关系模式的两个属性子集X和Y，如果X→Y，但Y!⊆X，则称X→Y为非平凡函数依赖；如果X→Y，但Y⊆X，则称X→Y为非平凡函数依赖。
    5. 完全函数依赖：对于关系模式的两个属性子集X和Y，如果X→Y，并且对于X的任何一个真子集X'，都没有X'→Y，则称Y对X完全函数依赖；如果X→Y，但Y不完全函数依赖于X，则称Y对X部分函数依赖。

二、范式的概念

1NF 
如果一个关系模式R的所有属性都是不可分的基本数据项，则R∈1NF。
数据库表中的字段都是单一属性的，不可再分。
不满足第一范式就不是关系型数据库！
2NF 
若关系模式R∈1NF，并且每一个非主属性都完全函数依赖于R的码，则R∈2NF
表中的属性必须完全依赖于全部主键，而不是部分主键。所以只有一个主键的表如果符合第一范式，那一定是第二范式。
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。
BCNF（鲍依斯-科得范式）
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BC范式。

三、范式的发展

四、范式的目标

      应用数据库范式可以带来许多好处，但是最重要的好处归结为三点：
      1.减少数据冗余（这是最主要的好处，其他好处都是由此而附带的）
      2.消除异常（插入异常，更新异常，删除异常）

五、范式的举例

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)，因为存在如下依赖关系：
     (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，因为存在如下依赖关系：
     (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。

小结：自考虽然考完了，但是还是需要总结的，不仅仅是对知识的梳理，更是对即将到来的机房重构打良好的基础。希望指出不足之处！