數據庫的範式(1NF、2NF、3NF、BNCF)

第一範式:關係模式中,每個屬性不可再分。屬性原子性

第二範式:非主屬性完全依賴於主屬性,即消除非主屬性對主屬性的部分函數依賴關係。
第三範式:非主屬性對主屬性不存在傳遞函數依賴關係。
BNCF範式:在第三範式的基礎上,消除主屬性之間的部分函數依賴

 

第一範式(1NF:在關係模式R中的每一個具體關係r中,如果每個屬性值都是不可再分的最小數據單位,則稱R是第一範式的關係。

:如職工號,姓名,電話號碼組成一個表(一個人可能有多個電話號碼) 規範成爲1NF有三種方法: 
  一是重複存儲職工號和姓名。這樣,關鍵字只能是電話號碼。 
  二是職工號爲關鍵字,電話號碼分爲單位電話和住宅電話兩個屬性 
  三是職工號爲關鍵字,但強制每條記錄只能有一個電話號碼。 
以上三個方法,第一種方法最不可取,按實際情況選取後兩種情況。


備註:第一範式(1NF,臺灣譯作第一正規化)是數據庫規範化中所使用的一種正規形式。第一範式是爲了要排除 重複組 的出現,所採用的方法是要求數據庫的每個字段都只能存放單一值,而且每筆記錄都要能利用一個惟一的主鍵來加以識別。

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%AC%AC%E4%B8%80%E6%AD%A3%E8%A6%8F%E5%8C%96

 

第二範式(2NF:如果關係模式RUF)中的所有非主屬性完全依賴任意候選關鍵字,則稱關係是屬於第二範式的。 

:選課關係 sc(sid,cid,grade,credit)其中sid爲學號, cid爲課程號,grade爲成績,credit爲學分。 由以上條件,關鍵字爲組合關鍵字(sid,cid) 
在應用中使用以上關係模式有以下問題: 
  a.數據冗餘,假設同一門課由40個學生選修,學分就重複40次。 
  b.更新異常,若調整了某課程的學分,相應的元組credit值都要更新,有可能會出現同一門課學分不同。 
  c.插入異常,如計劃開新課,由於沒人選修,沒有學號關鍵字,只能等有人選修才能把課程和學分存入。 
  d.刪除異常,若學生已經結業,從當前數據庫刪除選修記錄。某些門課程新生尚未選修,則此門課程及學分記錄無法保存。 
原因:非關鍵字屬性credit僅函數依賴於cid,也就是credit部分依賴組合關鍵字(sid,cid)而不是完全依賴。 
解決方法:分成兩個關係模式sc(sid,cid,grade),c(cid,credit)。新關係包括兩個關係模式,它們之間通過sc中的外關鍵字cid相聯繫,需要時再進行自然聯接,恢復了原來的關係

 

第三範式(3NF:如果關係模式RUF)中的所有非主屬性任何候選關鍵字存在傳遞依賴,則稱關係R是屬於第三範式的。 

:如ssidsnamediddnamelocation) 各屬性分別代表學號,姓名,所在系,系名稱,系地址。 
  關鍵字sid決定各個屬性。由於是單個關鍵字,沒有部分依賴的問題,肯定是2NF。但這關係肯定有大量的冗餘,有關學生所在的幾個屬性diddnamelocation將重複存儲,插入,刪除和修改時也將產生類似以上例的情況。 
  原因:關係中存在傳遞依賴造成的。即sid -> did。 而did ->sid卻不存在,did -> location, 因此關鍵字sid對location函數決定是通過傳遞依賴did->location實現的。也就是說,sid不直接決定非主屬性location。 
  解決目地:每個關係模式中不能留有傳遞依賴。 
  解決方法:分爲兩個關係 ssidsnamedid),ddnodnamelocation) 
  注意:關係s中必須有外關鍵字did。否則兩個關係之間失去聯繫。

 

BCNF:如果關係模式RUF)的所有屬性(包括主屬性和非主屬性)都不傳遞依賴於R的任何候選關鍵字,那麼稱關係R是屬於BCNF的。或是關係模式R中,每個決定因素都包含關鍵字(而不是被關鍵字所包含)。 

:配件管理關係模式 wpewidpideidqnt)分別表倉庫號,配件號,職工號,數量。有以下條件:
  a.一個倉庫有多個職工。 
  b.一個職工僅在一個倉庫工作。 
  c.每個倉庫裏一種型號的配件由專人負責,但一個人可以管理幾種配件。 
  d.同一種型號的配件可以分放在幾個倉庫中。 

  分析

  1. pid不能確定qnt,由組合屬性(widpid)來決定,存在函數依賴(widpid-> qnt

  2. 每個倉庫裏的一種配件由專人負責,而一個人可以管理幾種配件,所以有(widpid-> eid

  3. 一個職工僅在一個倉庫工作,有eid -> wid

  4. 每個倉庫裏的一種配件由專人負責,而一個職工僅在一個倉庫工作,有(eidpid-> qnt。 

  找一下候選關鍵字。因爲widpid-> qntwidpid-> eid,因此widpid可以決定整個元組,是一個候選關鍵字。根據eid -> wideidpid-> qnt,故eidpid也能決定整個元組,爲另一個候選關鍵字。屬性eideidpid均爲主屬性,只有一個非主屬性qnt。它對任何一個候選關鍵字都是完全函數依賴的,並且是直接依賴,所以該關係模式是3NF。 


  分析一下主屬性。因爲eid -> wid,主屬性eidwid的決定因素,但是它本身不是關鍵字,只是組合關鍵字的一部分。這就造成主屬性wid對另外一個候選關鍵字(eidpid)的部分依賴,因爲(eidpid-> eid但反過來不成立,而pid -> wid,故(eidpid-> wid 也是傳遞依賴。 

  雖然沒有非主屬性對候選關鍵字的傳遞依賴,但存在主屬性對候選關鍵字的傳遞依賴,同樣也會帶來麻煩。如一個新職工分配到倉庫工作,但暫時處於實習階段,沒有獨立負責對某些配件的管理任務。由於缺少關鍵字的一部分pid而無法插入到該關係中去。又如某個人改成不管配件了去負責安全,則在刪除配件的同時該職工也會被刪除。 
  解決辦法:分成管理epeidpidqnt),關鍵字是(eidpid)和工作eweidwid)其關鍵字是eid 
  缺點:分解後函數依賴的保持性較差。如此例中,由於分解函數依賴(widpid-> eid 丟失了因而對原來的語義有所破壞。沒有體現出每個倉庫裏一種部件由專人負責。有可能出現一部件由兩個人或兩個以上的人來同時管理。因此,分解之後的關係模式降低了部分完整性約束。

  

  一個關係分解成多個關係,要使得分解有意義,起碼的要求是分解後不丟失原來的信息。這些信息不僅包括數據本身,而且包括由函數依賴所表示的數據之間的相互制約。進行分解的目標是達到更高一級的規範化程度,但是分解的同時必須考慮兩個問題:無損聯接性保持函數依賴。有時往往不可能做到既有無損聯接性,又完全保持函數依賴。需要根據需要進行權衡。

1NF直到BCNF的四種範式之間有如下關係: 
BCNF包含了3NF包含2NF包含1NF

小結: 
  目的:規範化目的是使結構更合理,消除存儲異常,使數據冗餘儘量小,便於插入、刪除和更新 
  原則:遵從概念單一化原則,即一個關係模式描述一個實體或實體間的一種聯繫。規範的實質就是概念的單一化。 
  方法:將關係模式投影分解成兩個或兩個以上的關係模式。 
  要求:分解後的關係模式集合應當與原關係模式"等價",即經過自然聯接可以恢復原關係而不丟失信息,並保持屬性間合理的聯繫。

注意:一個關係模式接着分解可以得到不同關係模式集合,也就是說分解方法不是唯一的。最小冗餘的要求必須以分解後的數據庫能夠表達原來數據庫所有信息爲前提來實現。其根本目標是節省存儲空間,避免數據不一致性,提高對關係的操作效率,同時滿足應用需求。實際上,並不一定要求全部模式都達到BCNF不可。有時故意保留部分冗餘可能更方便數據查詢。尤其對於那些更新頻度不高,查詢頻度極高的數據庫系統更是如此。

 

整理自http://hi.baidu.com/haininghacker/blog/item/b36f4e53b25ef4000df3e341.html

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