理解數據庫範式
系統是短暫的
數據是永恆的
數 據庫範式是數據庫設計中必不可少的知識，沒有對範式的理解，就無法設計出高效率、優雅的數據庫。甚至設計出錯誤的數據庫。而想要理解並掌握範式卻並不是那 麼容易。教科書中一般以關係代數的方法來解釋數據庫範式。這樣做雖然能夠十分準確的表達數據庫範式，但比較抽象，不太直觀，不便於理解，更難以記憶。
本 文用較爲直白的語言介紹範式，旨在便於理解和記憶，這樣做可能會出現一些不精確的表述。但對於初學者應該是個不錯的入門。我寫下這些的目的主要是爲了加強 記憶，其實我也比較菜，我希望當我對一些概念生疏的時候，回過頭來看看自己寫的筆記，可以快速地進入狀態。如果你發現其中用錯誤，請指正。
下面開始進入正題：
一、基礎概念
要理解範式，首先必須對知道什麼是關係數據庫，如果你不知道，我可以簡單的不能再簡單的說一下：關係數據庫就是用二維表來保存數據。表和表之間可以……（省略10W字）。
然後你應該理解以下概念：
實體：現實世界中客觀存在並可以被區別的事物。比如“一個學生”、“一本書”、“一門課”等等。值得強調的是這裏所說的“事物”不僅僅是看得見摸得着的“東西”，它也可以是虛擬的，不如說“老師與學校的關係”。
屬性：教科書上解釋爲：“實體所具有的某一特性”，由此可見，屬性一開始是個邏輯概念，比如說，“性別”是“人”的一個屬性。在關係數據庫中，屬性又是個物理概念，屬性可以看作是“表的一列”。
元組：表中的一行就是一個元組。
分量：元組的某個屬性值。在一個關係數據庫中，它是一個操作原子，即關係數據庫在做任何操作的時候，屬性是“不可分的”。否則就不是關係數據庫了。
碼：表中可以唯一確定一個元組的某個屬性（或者屬性組），如果這樣的碼有不止一個，那麼大家都叫候選碼，我們從候選碼中挑一個出來做老大，它就叫主碼。
全碼：如果一個碼包含了所有的屬性，這個碼就是全碼。
主屬性：一個屬性只要在任何一個候選碼中出現過，這個屬性就是主屬性。
非主屬性：與上面相反，沒有在任何候選碼中出現過，這個屬性就是非主屬性。
外碼：一個屬性（或屬性組），它不是碼，但是它別的表的碼，它就是外碼。
二、6個範式
好了，上面已經介紹了我們掌握範式所需要的全部基礎概念，下面我們就來講範式。首先要明白，範式的包含關係。一個數據庫設計如果符合第二範式，一定也符合第一範式。如果符合第三範式，一定也符合第二範式…
第一範式（1NF）：屬性不可分。
在前面我們已經介紹了屬性值的概念，我們說，它是“不可分的”。而第一範式要求屬性也不可分。那麼它和屬性值不可分有什麼區別呢？給一個例子：
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name |
tel |
age |
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|
大寶 |
13612345678 |
22 |
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小明 |
13988776655 |
010－1234567 |
21 |
Ps：這個表中，屬性值“分”了。
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name |
tel |
age |
|
|
手機 |
座機 |
||
|
大寶 |
13612345678 |
021－9876543 |
22 |
|
小明 |
13988776655 |
010－1234567 |
21 |
Ps：這個表中，屬性 “分”了。
這兩種情況都不滿足第一範式。不滿足第一範式的數據庫，不是關係數據庫！所以，我們在任何關係數據庫管理系統中，做不出這樣的“表”來。
第二範式（2NF）：符合1NF，並且，非主屬性完全依賴於碼。
聽起來好像很神祕，其實真的沒什麼。
一 個候選碼中的主屬性也可能是好幾個。如果一個主屬性，它不能單獨做爲一個候選碼，那麼它也不能確定任何一個非主屬性。給一個反例：我們考慮一個小學的教務 管理系統，學生上課指定一個老師，一本教材，一個教室，一個時間，大家都上課去吧，沒有問題。那麼數據庫怎麼設計？（學生上課表）
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學生 |
課程 |
老師 |
老師職稱 |
教材 |
教室 |
上課時間 |
|
小明 |
一年級語文（上） |
大寶 |
副教授 |
《小學語文1》 |
101 |
14：30 |
一個學生上一門課，一定在特定某個教室。所以有（學生，課程）－>教室
一個學生上一門課，一定是特定某個老師教。所以有（學生，課程）－>老師
一個學生上一門課，他老師的職稱可以確定。所以有（學生，課程）－>老師職稱
一個學生上一門課，一定是特定某個教材。所以有（學生，課程）－>教材
一個學生上一門課，一定在特定時間。所以有（學生，課程）－>上課時間
因此（學生，課程）是一個碼。
然而，一個課程，一定指定了某個教材，一年級語文肯定用的是《小學語文1》，那麼就有課程－>教材。（學生，課程）是個碼，課程卻決定了教材，這就叫做不完全依賴，或者說部分依賴。出現這樣的情況，就不滿足第二範式！
有什麼不好嗎？你可以想想：
1、 校長要新增加一門課程叫“微積分”，教材是《大學數學》，怎麼辦？學生還沒選課，而學生又是主屬性，主屬性不能空，課程怎麼記錄呢，教材記到哪呢? ……鬱悶了吧?(插入異常)
2、 下學期沒學生學一年級語文（上）了，學一年級語文（下）去了，那麼表中將不存在一年級語文（上），也就沒了《小學語文1》。這時候，校長問：一年級語文（上）用的什麼教材啊？……鬱悶了吧?(刪除異常)
3、 校長說：一年級語文（上）換教材，換成《大學語文》。有10000個學生選了這麼課，改動好大啊！改累死了……鬱悶了吧？（修改異常）
那應該怎麼解決呢？投影分解，將一個表分解成兩個或若干個表
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學生 |
課程 |
老師 |
老師職稱 |
教室 |
上課時間 |
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小明 |
一年級語文（上） |
大寶 |
副教授 |
101 |
14：30 |
學生上課表新
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課程 |
教材 |
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一年級語文（上） |
《小學語文1》 |
課程的表
第三範式（3NF）：符合2NF，並且，消除傳遞依賴
上面的“學生上課表新”符合2NF，可以這樣驗證：兩個主屬性單獨使用，不用確定其它四個非主屬性的任何一個。但是它有傳遞依賴！
在哪呢？問題就出在“老師”和“老師職稱”這裏。一個老師一定能確定一個老師職稱。
有什麼問題嗎？想想：
1、 老師升級了，變教授了，要改數據庫，表中有N條，改了N次……（修改異常）
2、 沒人選這個老師的課了，老師的職稱也沒了記錄……（刪除異常）
3、 新來一個老師，還沒分配教什麼課，他的職稱記到哪？……（插入異常）
那應該怎麼解決呢？和上面一樣，投影分解：
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學生 |
課程 |
老師 |
教室 |
上課時間 |
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小明 |
一年級語文（上） |
大寶 |
101 |
14：30 |
|
老師 |
老師職稱 |
|
大寶 |
副教授 |
BC範式（BCNF）：符合3NF，並且，主屬性不依賴於主屬性
若關係模式屬於第一範式，且每個屬性都不傳遞依賴於鍵碼，則R屬於BC範式。
通常BC範式的條件有多種等價的表述：每個非平凡依賴的左邊必須包含鍵碼；每個決定因素必須包含鍵碼。
BC範式既檢查非主屬性，又檢查主屬性。當只檢查非主屬性時，就成了第三範式。滿足BC範式的關係都必然滿足第三範式。
還可以這麼說：若一個關係達到了第三範式，並且它只有一個候選碼，或者它的每個候選碼都是單屬性，則該關係自然達到BC範式。
一般，一個數據庫設計符合3NF或BCNF就可以了。在BC範式以上還有第四範式、第五範式。
第四範式：要求把同一表內的多對多關係刪除。
第五範式：從最終結構重新建立原始結構。
但在絕大多數應用中不需要設計到這種程度。並且，某些情況下，過於範式化甚至會對數據庫的邏輯可讀性和使用效率起到阻礙。數據庫中一定程度的冗餘並不一定是壞事情。如果你對第四範式、第五範式感興趣可以看一看專業教材，從頭學起，並且忘記我說的一切，以免對你產生誤導。