數據庫之六大範式詳解
關係數據庫中的關係滿足一定要求的，滿足不同程度要求的爲不同的範式。滿足最低要求的叫第一範式，簡稱1NF；在第一範式的基礎上滿足進一步要求的稱爲第二範式，簡稱2NF，其餘範式以此類推。對於各種範式之間有如下關係：
如下圖所示：
1. 第一範式 1NF
定義： 屬於第一範式關係的所有屬性都不可再分，即數據項不可分。
理解： 第一範式強調數據表的原子性，是其他範式的基礎。如下圖所示數據庫就不符合第一範式：
上表將商品這一數據項又劃分爲名稱和數量兩個數據項，故不符合第一範式關係。改正之後如下圖所示：
上表就符合第一範式關係。
但日常生活中僅用第一範式來規範表格是遠遠不夠的，依然會存在數據冗餘過大、刪除異常、插入異常、修改異常的問題，此時就需要引入規範化概念，將其轉化爲更標準化的表格，減少數據依賴。
規範化： 一個低一級的關係模式通過模式分解可以轉化爲若干個高一級範式的關係模式的集合，這個過程叫做規範化。
2. 第二範式 2NF
定義： 若某關係R屬於第一範式，且每一個非主屬性完全函數依賴於任何一個候選碼，則關係R屬於第二範式。
此處我們需要理解非主屬性、候選碼和完全函數依賴的概念。
候選碼： 若關係中的某一屬性組的值能唯一地標識一個元組，而其子集不能，則稱該屬性組爲候選碼。若一個關係中有多個候選碼，則選定其中一個爲主碼。
以下所有內容中，主碼或候選碼都簡稱爲碼。
例如下圖所示的學生表中，學號和姓名都可以唯一標識一個元組，故該表的候選碼爲學號和姓名，主碼我們可以隨便選定其中一個，則選學號爲主碼。
| 學號 | 姓名 | 年齡 | 性別 |
|---|---|---|---|
| 101 | 劉晨 | 19 | 女 |
| 102 | 王琪 | 21 | 男 |
| 103 | 張宇 | 20 | 男 |
| 104 | 李琛 | 19 | 女 |
| 105 | 歐陽慧 | 20 | 女 |
主屬性： 所有候選碼的屬性稱爲主屬性。不包含在任何候選碼中的屬性稱爲非主屬性或非碼屬性。
在上面的學生表中，學號和姓名就是該關係的主屬性，年齡和性別就是非主屬性。
函數依賴： 設R(U)是屬性集U上的關係模式，X、Y是U的子集。若對於R(U)的任意一個可能的關係r，r中不可能存在兩個元組在X上的屬性值相等，而在Y上的屬性值不等，則稱Y函數依賴於X或X函數確定Y。
完全函數依賴： 設R(U)是屬性集U上的關係模式，X、Y是U的子集。如果Y函數依賴於X，且對於X的任何一個真子集X’，都有Y不函數依賴於X’，則稱Y對X完全函數依賴。記作：如果Y函數依賴於X，但Y不完全函數依賴於X，則稱Y對X部分函數依賴。
理解： 第二範式是指每個表必須有一個（有且僅有一個）數據項作爲關鍵字或主鍵（primary key），其他數據項與關鍵字或者主鍵一一對應，即其他數據項完全依賴於關鍵字或主鍵。由此可知單主屬性的關係均屬於第二範式。
判斷一個關係是否屬於第二範式：
- 找出數據表中的所有碼；
- 找出所有主屬性和非主屬性；
- 判斷所有的非主屬性對碼的部分函數依賴。
以上面的學生表爲例，表中的碼爲學號（碼可以爲學號或者姓名，此處假定碼爲學號），非主屬性爲性別、年齡（其餘都爲主屬性），當學號確定時，性別、年齡也都惟一的被確定爲，故學生表的設計滿足第二範式（學生表爲單主屬性的關係）。
下面舉一個不滿足第二範式的關係。
有關係模式S-L-C(Sno, Sdept, Sloc, Cno, Grade)，其中Sno, Sdept, Sloc, Cno, Grade依次表示學生的學號、所在的系、住處、課程號、班級，並且每個系的學生住在同一個地方。可知S-L-C的碼爲（Sno, Cno），則存在以下函數依賴：
可以看到，非主屬性Sloc、Sdept並不完全函數依賴於碼，因此關係模式S-L-C(Sno, Sdept, Sloc, Cno, Grade)不符合第二範式。
3. 第三範式 3NF
定義： 非主屬性既不傳遞依賴於碼，也不部分依賴於碼。
首先我們要理解傳遞函數依賴的概念。
理解： 第三範式要求在滿足第二範式的基礎上，任何非主屬性不依賴於其他非主屬性，即在第二範式的基礎上，消除了傳遞依賴。
在下圖S-L關係中，Sloc對Sno傳遞函數依賴，故該關係不屬於第三範式。
4. BC範式 BCFN
定義： 關係模式R<U,F>中，若每一個決定因素都包含碼，則R<U,F>屬於BCFN。
理解： 根據定義我們可以得到結論，一個滿足BC範式的關係模式有：
- 所有非主屬性對每一個碼都是完全函數依賴；
- 所有主屬性對每一個不包含它的碼也是完全函數依賴；
- 沒有任何屬性完全函數依賴於非碼的任何一組屬性。
例如有關係模式C(Cno, Cname, Pcno)，Cno, Cname, Pcno依次表示課程號、課程名、先修課。可知關係C只有一個碼Cno，且沒有任何屬性對Cno部分函數依賴或傳遞函數依賴，所以關係C屬於第三範式，同時Cno是C中的唯一決定因素，所以C也屬於BC範式。
5. 第四範式 4NF
定義： 限制關係模式的屬性之間不允許有非平凡且非函數依賴的多值依賴。
理解： 顯然一個關係模式是4NF，則必爲BCNF。也就是說，當一個表中的非主屬性互相獨立時（3NF），這些非主屬性不應該有多值，若有多值就違反了4NF。
6. 第五範式 5NF
第五範式有以下要求：
（1）必須滿足第四範式；
（2）表必須可以分解爲較小的表，除非那些表在邏輯上擁有與原始表相同的主鍵。
第五範式是在第四範式的基礎上做的進一步規範化。第四範式處理的是相互獨立的多值情況，而第五範式則處理相互依賴的多值情況。