一看就懂的数据库范式介绍（1NF,2NF,3NF,BC NF,4NF,5NF)

Posted 2020-08-29 暗影侠客

原文：http://josh-persistence.iteye.com/blog/2200644

一、基本介绍

 

设计关系数据库时，遵从不同的规范要求，设计出合理的关系型数据库，这些不同的规范要求被称为不同的范式，各种范式呈递次规范，越高的范式数据库冗余越小。

目前关系数据库有六种范式：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）。满足最低要求的范式是第一范式（1NF）。在第一范式的基础上进一步满足更多规范要求的称为第二范式（2NF），其余范式以次类推。一般说来，数据库只需满足第三范式(3NF）就行了。

范式的包含关系。一个数据库设计如果符合第二范式，一定也符合第一范式。如果符合第三范式，一定也符合第二范式…

 

数据库基本概念

       要理解范式，首先必须对知道什么是关系数据库，简单的说：关系数据库就是用二维表来保存数据。表和表之间可以……（省略10W字），如果对数据库很熟悉，可以不用理会下面的概念。

 

      实体：现实世界中客观存在并可以被区别的事物。比如“一个学生”、“一本书”、“一门课”等等。值得强调的是这里所说的“事物”不仅仅是看得见摸得着的“东西”，它也可以是虚拟的，不如说“老师与学校的关系”。

      属性：教科书上解释为：“实体所具有的某一特性”，由此可见，属性一开始是个逻辑概念，比如说，“性别”是“人”的一个属性。在关系数据库中，属性又是个物理概念，属性可以看作是“表的一列”。

     元组：表中的一行就是一个元组。

     分量：元组的某个属性值。在一个关系数据库中，它是一个操作原子，即关系数据库在做任何操作的时候，属性是“不可分的”。否则就不是关系数据库了。

      码：表中可以唯一确定一个元组的某个属性（或者属性组），如果这样的码有不止一个，那么大家都叫   候选码，我们从候选码中挑一个出来做老大，它就叫主码。

     全码：如果一个码包含了所有的属性，这个码就是全码。

     主属性：一个属性只要在任何一个候选码中出现过，这个属性就是主属性。

     非主属性：与上面相反，没有在任何候选码中出现过，这个属性就是非主属性。

 

     外码：一个属性（或属性组），它不是码，但是它别的表的码，它就是外码。

 

     候选码： 若关系中的某一属性或属性组的值能唯一的标识一个元组，而其任何真子集都不能再标识，则称该属性组为（超级码）候选码。

 

 

二、6种范式

       前面说到，范式越高，数据的冗余度越小。其实没有冗余的数据库设计是可以做到的。但是，没有冗余的数据库未必是最好的数据库，有时为了提高运行效率，就必须降低范式标准，适当保留冗余数据。具体做法是：在概念数据模型设计时遵守第三范式，降低范式标准的工作放到物理数据模型设计时考虑。降低范式就是增加字段，允许冗余。（最典型的就是在一些数据表中不仅存作为外键的user_id,同样存user_name,这样虽然违反数据库范式增加了user_name字段，但是却提高了效率，减少了获取user_id后再去user表中获取user name的操作）

      所以实际中，我们只需要考虑数据库满足第三范式就可以了,下面以最通俗的方式来解释数据库的范式。

 

第一范式（1NF）：属性不可分

          （1NF是对属性的原子性约束，要求属性具有原子性，不可再分解）

name       tel                                                   age

                手机                   座机

Josh        13612345678    021－9876543      22

 

Wang      13988776655    010－1234567      21

   很明显，tel这个属性还可以进行分解，分解成手机和座机这两个属性，不满足第一范式的数据库，不是关系数据库！所以，我们在任何关系数据库管理系统中，做不出这样的“表”来。

 

第二范式（2NF）：符合1NF，并且非主属性完全依赖于码。

          （2NF是对记录的惟一性约束，要求记录有惟一标识，即实体的惟一性，更通俗说有主键ID）

如果这都不能理解，只能看看如下科学的解释了：

      一个候选码中的主属性也可能是好几个。如果一个主属性，它不能单独做为一个候选码，那么它也不能确定任何一个非主属性。给一个反例：我们考虑一个小学的教务 管理系统，学生上课指定一个老师，一本教材，一个教室，一个时间，大家都上课去吧，没有问题。那么数据库怎么设计？（学生上课表）

 

学生       课程                       老师    老师职称         教材                     教室      上课时间

小明       一年级语文（上）  大宝     副教授          《小学语文1》      101        14：30

 

一个学生上一门课，一定在特定某个教室。所以有（学生，课程）－>教室

一个学生上一门课，一定是特定某个老师教。所以有（学生，课程）－>老师

一个学生上一门课，他老师的职称可以确定。所以有（学生，课程）－>老师职称

一个学生上一门课，一定是特定某个教材。所以有（学生，课程）－>教材

一个学生上一门课，一定在特定时间。所以有（学生，课程）－>上课时间

因此（学生，课程）是一个码。

 

        然而，一个课程，一定指定了某个教材，一年级语文肯定用的是《小学语文1》，那么就有课程－>教材。（学生，课程）是个码，课程却决定了教材，这就叫做不完全依赖，或者说部分依赖。出现这样的情况，就不满足第二范式！有什么不好吗？你可以想想：

       1、校长要新增加一门课程叫“微积分”，教材是《大学数学》，怎么办？学生还没选课，而学生又是主属性，主属性不能空，课程怎么记录呢，教材记到哪呢? ……郁闷了吧?(插入异常)

       2、下学期没学生学一年级语文（上）了，学一年级语文（下）去了，那么表中将不存在一年级语文（上），也就没了《小学语文1》。这时候，校长问：一年级语文（上）用的什么教材啊？……郁闷了吧?(删除异常)

       3、校长说：一年级语文（上）换教材，换成《大学语文》。有10000个学生选了这么课，改动好大啊！改累死了……郁闷了吧？（修改异常）

那应该怎么解决呢？投影分解，将一个表分解成两个或若干个表

 

学生     课程                      老师     老师职称     教室      上课时间

小明     一年级语文（上） 大宝      副教授        101       14：30

 

学生上课表

课程                           教材

一年级语文（上）     《小学语文1》

 

第三范式（3NF）：符合2NF，并且，消除传递依赖。

      （3NF是对字段冗余性的约束，即任何字段不能由其他字段派生出来，它要求字段没有冗余）

正如前面所说：没有数据冗余的数据库并不一定是最好的数据库，所以有没有冗余的设计，要综合来考虑。

 

上面的“学生上课表”符合2NF，可以这样验证：两个主属性单独使用，不用确定其它四个非主属性的任何一个。但是它有传递依赖！在“老师”和“老师职称”这里，一个老师一定能确定一个老师职称。

如果不消除这种传递依赖，有可能会出现：

1、老师升级了，变教授了，要改数据库，表中有N条，改了N次……（修改异常）

2、没人选这个老师的课了，老师的职称也没了记录……（删除异常）

3、新来一个老师，还没分配教什么课，他的职称记到哪？……（插入异常）

那应该怎么解决呢？和上面一样，投影分解：

学生      课程                        老师    教室        上课时间

小明      一年级语文（上）   大宝    101         14：30

 

老师      老师职称

大宝      副教授

 

BCNF：符合3NF，并且，主属性不依赖于主属性。

若关系模式属于第二范式，且每个属性都不传递依赖于键码，则R属于BC范式。

 

通常

BC范式的条件有多种等价的表述：每个非平凡依赖的左边必须包含键码；每个决定因素必须包含键码。

 

BC范式既检查非主属性，又检查主属性。当只检查非主属性时，就成了第三范式。满足BC范式的关系都必然满足第三范式。

还可以这么说：若一个关系达到了第三范式，并且它只有一个候选码，或者它的每个候选码都是单属性，则该关系自然达到BC范式。

 

一般，一个数据库设计符合3NF或BCNF就可以了。

 

第四范式：要求把同一表内的多对多关系删除。

 

第五范式：从最终结构重新建立原始结构。