数据库的三大范式

概念

首先规范化是为了解决什么问题?
用来改造关系模式,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

插入异常
删除异常
更新异常
数据冗余

函数依赖: 若对于R(U)的任意一个可能的关系r,r中不可能存在两个元组在X上的属性值相等, 而在Y上的属性值不等, 则称 “X函数确定Y” 或 “Y函数依赖于X”,记作X→Y。也就是说 X 与 Y一一对应的 ,X 与Y 可能是单个属性,也可能是多个属性的集合

完全函数依赖在R(U)中,如果X→Y,并且对于X的任何一个真子集X’,都有X’→ Y, 则称Y对X完全函数依赖
若X→Y,但Y不完全函数依赖于X,则称Y对X**部分函数依赖**。

传递函数依赖在R(U)中,如果X→Y,(Y 不属于 X,且X不依赖于Y) Y→Z, 则称Z对X传递函数依赖。记为:X → Z

候选码: 能唯一决定一条记录的属性或者属性的组合
主码: 候选码中选一个就可以作为主码
主属性和非主属性 包含在任何一个候选码中的属性,称为主属性,不包含在任何码中的属性叫做非主属性
全码 整个属性组是码,称为全码


范式的种类:
第一范式(1NF)
第二范式(2NF)
第三范式(3NF)
BC范式(BCNF)
第四范式(4NF)
第五范式(5NF)
一个低一级范式的关系模式,通过模式分解可以转换为若干个高一级范式的关系模式的集合,这种过程就叫规范化

详细讲解

例子内容转载自 博客: http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=20466300&do=blog&id=1672908
第一范式: 满足一个关系模式的所有属性都是不可分的基本数据项,则称为第一范式,第一范式是对关系数据库的最起码的要求,不满足第一范式的数据库模式不能称为关系数据库,满足第一范式的关系模式并不一定是一个好的关系模式。
第二范式 满足第一范式,而且每一个非主属性完全函数依赖于码
举例说明:
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)
即存在组合关键字中的字段决定非关键字的情况。
认知: 如果关键字中的任意一种组合都可以唯一决定一条非主属性的记录,则满足第二范式。
比如 如果 (学号) 这个字段对应的 (姓名, 年龄, 成绩, 学分) 有多条记录,则其不满足第二范式

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。
鲍依斯-科得范式(BCNF):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和部分函数依赖则符合第三范式。
假设仓库管理关系表为StorehouseManage(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。

总结

  1. 范式的目的主要是为了尽量消除关系数据库中的更新异常、插入异常、删除异常、数据冗余问题

  2. 1NF
    ↓ 消除非主属性对码的部分函数依赖
    2NF
    ↓ 消除非主属性对码的传递函数依赖
    3NF
    ↓ 消除主属性对码的部分和传递函数依赖
    BCNF
  3. 不能说规范化程度越高的关系模式就越好,在设计数据库模式结构时必须对现实世界的实际情况和用户应用需求作进一步分析,确定一个合适的、能够反映现实世界的模式,上面的规范化步骤可以在其中任何一步终止

部分内容转载自 博客: http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=20466300&do=blog&id=1672908

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