数据库原理-范式

1-5NF,BCNF

Posted by Kingtous on April 11, 2019

1NF(第一范式)

第一范式是指数据库表中的每一列都是不可分割的基本数据项,同一列中不能有多个值,即实体中的某个属性不能有多个值或者不能有重复的属性。

如果出现重复的属性,就可能需要定义一个新的实体,新的实体由重复的属性构成,新实体与原实体之间为一对多关系。第一范式的模式要求属性值不可再分裂成更小部分,即属性项不能是属性组合或是由一组属性构成。

简而言之,第一范式就是无重复的列。例如,由“职工号”“姓名”“电话号码”组成的表(一个人可能有一部办公电话和一部移动电话),这时将其规范化为1NF可以将电话号码分为“办公电话”和“移动电话”两个属性,即职工(职工号,姓名,办公电话,移动电话)。

2NF(第二范式)

第二范式(2NF)是在第一范式(1NF)的基础上建立起来的,即满足第二范式(2NF)必须先满足第一范式(1NF)。第二范式(2NF)要求数据库表中的每个实例或行必须可以被唯一地区分。为实现区分通常需要为表加上一个列,以存储各个实例的唯一标识。

如果关系模型R为第一范式,并且R中的每一个非主属性完全函数依赖于R的某个候选键,则称R为第二范式模式(如果A是关系模式R的候选键的一个属性,则称A是R的主属性,否则称A是R的非主属性)。

例子:在选课关系表(学号,课程号,成绩,学分),关键字为组合关键字(学号,课程号),但由于非主属性学分仅依赖于课程号,对关键字(学号,课程号)只是部分依赖,而不是完全依赖

问题:此种方式会导致数据冗余以及更新异常等问题

解决办法:将其分为两个关系模式:学生表(学号,课程号,分数)和课程表(课程号,学分),新关系通过学生表中的外关键字课程号联系,在需要时进行连接。

3NF(第三范式)

如果关系模型R是第二范式,且每个非主属性都不传递依赖于R的候选键,则称R是第三范式的模式。

以学生表(学号,姓名,课程号,成绩)为例,其中学生姓名无重名,所以该表有两个候选码(学号,课程号)和(姓名,课程号),故存在函数依赖:学号——>姓名,(学号,课程号)——>成绩,唯一的非主属性成绩对码不存在部分依赖,也不存在传递依赖,所以属性属于第三范式。

BCNF(BC范式)

它构建在第三范式的基础上,如果关系模型R是第一范式,且每个属性都不传递依赖于R的候选键,那么称R为BCNF的模式。

假设仓库管理关系表(仓库号,存储物品号,管理员号,数量),满足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,则存在如下关系:

(仓库号,存储物品号)——>(管理员号,数量)

(管理员号,存储物品号)——>(仓库号,数量)

所以,(仓库号,存储物品号)和(管理员号,存储物品号)都是仓库管理关系表的候选码,表中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:

(仓库号)——>(管理员号)

(管理员号)——>(仓库号)

即存在关键字段决定关键字段的情况,因此其不符合BCNF。把仓库管理关系表分解为两个关系表仓库管理表(仓库号,管理员号)和仓库表(仓库号,存储物品号,数量),这样这个数据库表是符合BCNF的,并消除了删除异常、插入异常和更新异常。

4NF(第四范式)

设R是一个关系模型,D是R上的多值依赖集合。如果D中存在凡多值依赖X->Y时,X必是R的超键,那么称R是第四范式的模式。

例如,职工表(职工编号,职工孩子姓名,职工选修课程),在这个表中,同一个职工可能会有多个职工孩子姓名,同样,同一个职工也可能会有多个职工选修课程,即这里存在着多值事实,不符合第四范式。如果要符合第四范式,只需要将上表分为两个表,使它们只有一个多值事实,例如职工表一(职工编号,职工孩子姓名),职工表二(职工编号,职工选修课程),两个表都只有一个多值事实,所以符合第四范式。

总结

  • 第一范式:不存在可以分割的属性(比如电话可分为工作电话和个人电话)
  • 第二范式:非主属性要完全依赖于主属性,不能存在主属性其中的一个就能决定非主属性的情况
  • 第三范式:消除传递依赖(允许出现 学生学号+课程号->课程号->老师号)
  • BCNF范式:主属性不依赖于主属性
  • 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。

参考