数据库的设计规范

Posted 2022-10-03

范 式

范式简介

在关系型数据库中，关于数据表设计的基本原则、规则就称为范式。可以理解为，一张数据表的设计结 构需要满足的某种设计标准的 级别 。要想设计一个结构合理的关系型数据库，必须满足一定的范式。

范式都包括哪些

目前关系型数据库有六种常见范式，按照范式级别，从低到高分别是：第一范式（1NF）、第二范式 （2NF）、第三范式（3NF）、巴斯-科德范式（BCNF）、第四范式(4NF）和第五范式（5NF，又称完美 范式。

键和相关属性的概念

举例：

这里有两个表：

球员表(player) ：球员编号 | 姓名 | 身份证号 | 年龄 | 球队编号

球队表(team) ：球队编号 | 主教练 | 球队所在地

超键 ：对于球员表来说，超键就是包括球员编号或者身份证号的任意组合，比如（球员编号） （球员编号，姓名）（身份证号，年龄）等。

候选键 ：就是最小的超键，对于球员表来说，候选键就是（球员编号）或者（身份证号）。

主键 ：我们自己选定，也就是从候选键中选择一个，比如（球员编号）。

外键 ：球员表中的球队编号。

主属性 、 非主属性 ：在球员表中，主属性是（球员编号）（身份证号），其他的属性（姓名） （年龄）（球队编号）都是非主属性。

第一范式(1st NF) 

举例1：

假设一家公司要存储员工的姓名和联系方式。它创建一个如下表：

该表不符合 1NF ，因为规则说“表的每个属性必须具有原子（单个）值”，lisi和zhaoliu员工的

emp_mobile 值违反了该规则。为了使表符合 1NF ，我们应该有如下表数据：

举例2：

user 表的设计不符合第一范式

其中，user_info字段为用户信息，可以进一步拆分成更小粒度的字段，不符合数据库设计对第一范式的 要求。将user_info拆分后如下： 

举例3： 

属性的原子性是 主观的 。例如，Employees关系中雇员姓名应当使用1个（fullname）、2个（firstname和lastname）还是3个（firstname、middlename和lastname）属性表示呢？答案取决于应用程序。如果应 用程序需要分别处理雇员的姓名部分（如：用于搜索目的），则有必要把它们分开。否则，不需要。

 第二范式(2nd NF)

举例1：

成绩表 （学号，课程号，成绩）关系中，（学号，课程号）可以决定成绩，但是学号不能决定成绩，课 程号也不能决定成绩，所以“（学号，课程号）→成绩”就是 完全依赖关系 。

举例2：

比赛表 player_game ，里面包含球员编号、姓名、年龄、比赛编号、比赛时间和比赛场地等属性，这 里候选键和主键都为（球员编号，比赛编号），我们可以通过候选键（或主键）来决定如下的关系：

(球员编号, 比赛编号) → (姓名, 年龄, 比赛时间, 比赛场地，得分)

但是这个数据表不满足第二范式，因为数据表中的字段之间还存在着如下的对应关系：  

(球员编号) → (姓名，年龄)

(比赛编号) → (比赛时间, 比赛场地)

对于非主属性来说，并非完全依赖候选键。这样会产生怎样的问题呢？  

1. 数据冗余 ：如果一个球员可以参加 m 场比赛，那么球员的姓名和年龄就重复了 m-1 次。一个比赛 也可能会有 n 个球员参加，比赛的时间和地点就重复了 n-1 次。

2. 插入异常 ：如果我们想要添加一场新的比赛，但是这时还没有确定参加的球员都有谁，那么就没 法插入。

3. 删除异常 ：如果我要删除某个球员编号，如果没有单独保存比赛表的话，就会同时把比赛信息删 除掉。

4. 更新异常 ：如果我们调整了某个比赛的时间，那么数据表中所有这个比赛的时间都需要进行调 整，否则就会出现一场比赛时间不同的情况。

 为了避免出现上述的情况，我们可以把球员比赛表设计为下面的三张表。

这样的话，每张数据表都符合第二范式，也就避免了异常情况的发生。  

 1NF 告诉我们字段属性需要是原子性的，而 2NF 告诉我们一张表就是一个独立的对象，一张表只 表达一个意思。

举例3：

定义了一个名为 Orders 的关系，表示订单和订单行的信息：

违反了第二范式，因为有非主键属性仅依赖于候选键（或主键）的一部分。例如，可以仅通过orderid找 到订单的 orderdate，以及 customerid 和 companyname，而没有必要再去使用productid。  

修改：

Orders表和OrderDetails表如下，此时符合第二范式。

第三范式(3rd NF)  

举例1：

部门信息表 ：每个部门有部门编号（dept_id）、部门名称、部门简介等信息。

员工信息表 ：每个员工有员工编号、姓名、部门编号。

列出部门编号后就不能再将部门名称、部门简介 等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）也应该构建它，否则就会有大量的数据冗余。

举例2：  

商品类别名称依赖于商品类别编号，不符合第三范式。

  

举例3：  

球员player表 ：球员编号、姓名、球队名称和球队主教练。现在，我们把属性之间的依赖关系画出 来，如下图所示：

你能看到球员编号决定了球队名称，同时球队名称决定了球队主教练，非主属性球队主教练就会传递依 赖于球员编号，因此不符合 3NF 的要求。 如果要达到 3NF 的要求，需要把数据表拆成下面这样：  

符合3NF后的数据模型通俗地讲，2NF和3NF通常以这句话概括：“每个非键属性依赖于键，依赖于 整个键，并且除了键别无他物”。