数据库范式通俗理解

基础概念要理解范式，首先必须对知道什么是关系数据库，如果你不知道，我可以简单的不能再简单的说一下：关系数据库就是用二维表来保存数据。（可以参看我给你发的数据库方面的资料）然后你应该理解以下概念：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，比如说“老师与学校的关系”（这一点可能一开始会不理解，不过先要有这个意识，知道实体可以是有形的，也可以是无形的，实体也可以是抽象的事物或联系）。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。（可以看出码其实是一种特殊的属性）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，它就是外码二、范式（为什么要提出范式概念，了解了范式你就能规范地设计数据库）首先要明白，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…第一范式（1NF）：属性不可分。在前面已经介绍了属性值的概念，我们说，它是“不可分的”。而第一范式要求属性也不可分。那么它和属性值不可分有什么区别呢？给一个例子：姓名电话年龄大宝1361234567822小明13988776655010－123456721这个表中，属性值“分”了。“电话”这个属性里对于“小明”属性值分成了两个。姓名电话年龄手机座机大宝13612345678021－987654322小明13988776655010－123456721这个表中，属性“分”了。也就是“电话”分为了“手机”和“座机”两个属性。这两种情况都不满足第一范式。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。针对上述情况可以做成这样的表：姓名手机座机年龄大宝1361234567822小明13988776655010－123456721第二范式（2NF）：符合1NF，并且，非主属性完全依赖于码。（注意是完全依赖不能是部分依赖，设有函数依赖W→A，若存在XW，有X→A成立，那么称W→A是局部依赖，否则就称W→A是完全函数依赖）听起来好像很神秘，其实真的没什么。一个候选码中的主属性也可能是好几个。如果一个主属性，它不能单独作为一个候选码，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）姓名课程老师老师职称教材教室上课时间小明一年级语文（上）赵宏伟副教授《小学语文1》10114：30一个学生上一门课，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个学生选了这门课，改动好大啊！改累死了……郁闷了吧？（修改/更新异常，在这里你可能觉得直接把教材《小学语文1》替换成《大学语文》不就可以了，但是替换操作虽然计算机运行速度很快，但是毕竟也要替换10000次，造成了很大的时间开销）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姓名课程老师老师职称教室上课时间小明一年级语文（上）赵宏伟副教授10114：30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（也就是每个非主属性都不传递依赖于候选键，判断传递函数依赖，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。）上面的“学生上课新表”符合2NF，但是它有传递依赖！在哪呢？问题就出在“老师”和“老师职称”这里。一个老师一定能确定一个老师职称。（学生，课程）-老师-职称。有什么问题吗？想想：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：姓名课程老师教室上课时间小明一年级语文（上）赵宏伟10114：30老师老师职称赵宏伟副教授BC范式（BCNF）：符合3NF，并且，主属性不依赖于主属性(也就是不存在任何字段对任一候选关键字段的传递函数依赖)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。给你举个例子：假设仓库管理关系表(仓库ID,存储物品ID,管理员ID,数量)，且有一个管理员只在一个仓库工作；一个仓库可以存储多种物品。这个数据库表中存在如下决定关系：(仓库ID,存储物品ID)→(管理员ID,数量)(管理员ID,存储物品ID)→(仓库ID,数量)所以，(仓库ID,存储物品ID)和(管理员ID,存储物品ID)都是StorehouseManage的候选关键字，表中的唯一非关键字段为数量，它是符合第三范式的。但是，由于存在如下决定关系：(仓库ID)→(管理员ID)(管理员ID)→(仓库ID)即存在关键字段决定关键字段的情况，所以其不符合BCNF范式。它会出现如下异常情况：(1)删除异常：当仓库被清空后，所有存储物品ID和数量信息被删除的同时，仓库ID和管理员ID信息也被删除了。(2)插入异常：当仓库没有存储任何物品时，无法给仓库分配管理员。(3)更新异常：如果仓库换了管理员，则表中所有行的管理员ID都要修改。把仓库管理关系表分解为二个关系表：仓库管理：StorehouseManage(仓库ID,管理员ID)；仓库：Storehouse(仓库ID,存储物品ID,数量)。这样的数据库表是符合BCNF范式的，消除了删除异常、插入异常和更新异常。一般，一个数据库设计符合3NF或BCNF就可以了。在BC范式以上还有第四范式、第五范式。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。其实数据库设计范式这方面重点掌握的就是1CF-2CF-3CF-BCNF四种范式之间存在如下关系：这里主要区别3NF和BCNF，一句话就是3NF是要满足不存在非主属性对候选码的传递函数依赖，BCNF是要满足不存在任一属性（包含非主属性和主属性）对候选码的传递函数依赖。