谁知道数据库的几大范式

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问题描述:

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解析:

第一范式（1NF）：在关系模式R中的每一个具体关系r中，如果每个属性值 都是不可再分的最小数据单位，则称R是第一范式的关系。例：如职工号，姓名，电话号码组成一个表（一个人可能有一个办公室电话 和一个家里电话号码） 规范成为1NF有三种方法：

一是重复存储职工号和姓名。这样，关键字只能是电话号码。

二是职工号为关键字，电话号码分为单位电话和住宅电话两个属性

三是职工号为关键字，但强制每条记录只能有一个电话号码。

以上三个方法，第一种方法最不可取，按实际情况选取后两种情况。

第二范式（2NF）：如果关系模式R（U，F）中的所有非主属性都完全依赖于任意一个候选关键字，则称关系R 是属于第二范式的。

例：选课关系 SCI（SNO，CNO，GRADE，CREDIT）其中SNO为学号， CNO为课程号，GRADEGE 为成绩，CREDIT 为学分。 由以上条件，关键字为组合关键字（SNO，CNO）

在应用中使用以上关系模式有以下问题：

a数据冗余，假设同一门课由40个学生选修，学分就 重复40次。

b更新异常，若调整了某课程的学分，相应的元组CREDIT值都要更新，有可能会出现同一门课学分不同。

c插入异常，如计划开新课，由于没人选修，没有学号关键字，只能等有人选修才能把课程和学分存入。

d删除异常，若学生已经结业，从当前数据库删除选修记录。某些门课程新生尚未选修，则此门课程及学分记录无法保存。

原因：非关键字属性CREDIT仅函数依赖于CNO，也就是CREDIT部分依赖组合关键字（SNO，CNO）而不是完全依赖。

解决方法：分成两个关系模式 SC1（SNO，CNO，GRADE），C2（CNO，CREDIT）。新关系包括两个关系模式，它们之间通过SC1中的外关键字CNO相联系，需要时再进行自然联接，恢复了原来的关系

第三范式（3NF）：如果关系模式R（U，F）中的所有非主属性对任何候选关键字都不存在传递信赖，则称关系R是属于第三范式的。

例：如S1（SNO，SNAME，DNO，DNAME，LOCATION） 各属性分别代表学号，

姓名，所在系，系名称，系地址。

关键字SNO决定各个属性。由于是单个关键字，没有部分依赖的问题，肯定是2NF。但这关系肯定有大量的冗余，有关学生所在的几个属性DNO，DNAME，LOCATION将重复存储，插入，删除和修改时也将产生类似以上例的情况。

原因：关系中存在传递依赖造成的。即SNO -> DNO。 而DNO -> SNO却不存在，DNO -> LOCATION, 因此关键辽 SNO 对 LOCATION 函数决定是通过传递依赖 SNO -> LOCATION 实现的。也就是说，SNO不直接决定非主属性LOCATION。

解决目地：每个关系模式中不能留有传递依赖。

解决方法：分为两个关系 S（SNO，SNAME，DNO），D（DNO，DNAME，LOCATION）

注意：关系S中不能没有外关键字DNO。否则两个关系之间失去联系。

BCNF：如果关系模式R（U，F）的所有属性（包括主属性和非主属性）都不传递依赖于R的任何候选关键字，那么称关系R是属于BCNF的。或是关系模式R，如果每个决定因素都包含关键字（而不是被关键字所包含），则RCNF的关系模式。

例：配件管理关系模式 WPE（WNO，PNO，ENO，QNT）分别表仓库号，配件号，职工号，数量。有以下条件

a一个仓库有多个职工。

b一个职工仅在一个仓库工作。

c每个仓库里一种型号的配件由专人负责，但一个人可以管理几种配件。

d同一种型号的配件可以分放在几个仓库中。

分析：由以上得 PNO 不能确定QNT，由组合属性（WNO，PNO）来决定，存在函数依赖（WNO，PNO） -> ENO。由于每个仓库里的一种配件由专人负责，而一个人可以管理几种配件，所以有组合属性（WNO，PNO）才能确定负责人，有（WNO，PNO）-> ENO。因为 一个职工仅在一个仓库工作，有ENO -> WNO。由于每个仓库里的一种配件由专人负责，而一个职工仅在一个仓库工作，有 （ENO，PNO）-> QNT。

找一下候选关键字，因为（WNO，PNO） -> QNT，（WNO，PNO）-> ENO ，因此 （WNO，PNO）可以决定整个元组，是一个候选关键字。根据ENO->WNO，（ENO，PNO）->QNT，故（ENO，PNO）也能决定整个元组，为另一个候选关键字。属性ENO，WNO，PNO 均为主属性，只有一个非主属性QNT。它对任何一个候选关键字都是完全函数依赖的，并且是直接依赖，所以该关系模式是3NF。

分析一下主属性。因为ENO->WNO，主属性ENO是WNO的决定因素，但是它本身不是关键字，只是组合关键字的一部分。这就造成主属性WNO对另外一个候选关键字（ENO，PNO）的部 分依赖，因为（ENO，PNO）-> ENO但反过来不成立，而P->WNO，故（ENO，PNO）-> WNO 也是传递依赖。

虽然没有非主属性对候选关键辽的传递依赖，但存在主属性对候选关键字的传递依赖，同样也会带来麻烦。如一个新职工分配到仓库工作，但暂时处于实习阶段，没有独立负责对某些配件的管理任务。由于缺少关键字的一部分PNO而无法插入到该关系中去。又如某个人改成不管配件了去负责安全，则在删除配件的同时该职工也会被删除。

解决办法：分成管理EP（ENO，PNO，QNT），关键字是（ENO，PNO）工作EW（ENO，WNO）其关键字是ENO

缺点：分解后函数依赖的保持性较差。如此例中，由于分解,函数依赖（WNO，PNO）-> ENO 丢失了, 因而对原来的语义有所破坏。没有体现出每个仓库里一种部件由专人负责。有可能出现 一部件由两个人或两个以上的人来同时管理。因此，分解之后的关系模式降低了部分完整性约束。

一个关系分解成多个关系，要使得分解有意义，起码的要求是分解后不丢失原来的信息。这些信息不仅包括数据本身，而且包括由函数依赖所表示的数据之间的相互制约。进行分解的目标是达到更高一级的规范化程度，但是分解的同时必须考虑两个问题：无损联接性和保持函数依赖。有时往往不可能做到既有无损联接性，又完全保持函数依赖。需要根据需要进行权衡。

1NF直到BCNF的四种范式之间有如下关系：

BCNF包含了3NF包含2NF包含1NF

第一范式定义是指数据库表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。

第二范式定义是属性完全依赖于主键，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，以存储各个实例的惟一标识。

第三范式定义是要求一个数据库表中不包含已在其它表中已包含的非主关键字信息。

第一范式第二范式第三范式的要求

第一范式要求消除拆分字段至原子字段，即不可再拆分；第二范式要求消除部分函数依赖，实现完全函数依赖；第三范式要求消除传递函数依赖。

每个属性不可再分。相近或一样的属性要尽量合并在一起确保不会产生冗余数据。是对关系模型的基本要求，不满足第一范式的关系，不能称之为关系型数据库。符合第一范式的关系，每个属性都不可以再分割。

这个只能根据每一层范式的特点逐个对照，从第一层开始。

如有一张表，一个单元格里有多个值。那么它还没达到第一范式的要求。

如有一张表，每个单元格里只有单个值，但是不是所有的键都依赖于他的主键，或者叫存在部分依赖。那么他就满足第一层，而不满足第二层范式。

如有一张表，每个单元格里只有单个值，而且没有部分依赖，但是存在传递依赖，那么它就满足第一，第二层，而不满足第三层。

还有就是： 所谓达到n层范式要求：就是要已经满足n层范式要求，但是不满足(n+1)层范式要求。

1NF:存在非主属性对码的部分依赖,如:R(A,B,C),AB为码,B->C,则为1NF2NF:存在非主属性对码的传递函数依赖,如:R(A,B,C),A->B,B->C,A为码,则为2NF3NF:不存在非主属性对码的部分和传递函数依赖,如R(A,B,C),AB->C,C->B,码为AB和AC,A,B,C均为主属性,为3NFBCNF:消除任何属性对码的部分和传递函数依赖,即每个函数依赖的左部都包含码,如R(A,B,C),A->C,A->B,则为BCNF4NF:关系中每个非平凡的多值依赖的左部都包含码,即消除非平凡且非函数依赖的多值依赖,如R(A,B,C),A->C,A->B,则为BCNF也为4NF,但如R(A,B,C),A->C,A->B,B-->C则为BCNF,非4NF,因为B-->C,B非码,且B-->C为非平凡的多值依赖,存在B-->A(多值依赖是对称的)

目前关系数据库有六种范式，即第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、巴斯−科德范式（BCNF）、第四范式（4NF）和第五范式（5NF，又称完美范式）。满足最低要求的范式是第一范式（1NF）。在第一范式的基础上进一步满足更多规范要求的称为第二范式（2NF），其余范式依次类推。一般来说，数据库只需满足第三范式（3NF）。

第一范式（1NF）第一范式（1NF）是指在关系模型中，对域添加的一个规范要求，所有的域都应该是原子性的，即数据库表的每一列都是不可分割的原子数据项，而不是集合、数组、记录等非原子数据项。即实体中的某个属性有多个值时，必须拆分为不同的属性。在符合第一范式（1NF）表中的每个域值只能是实体的一个属性或一个属性的一部分。

简而言之，第一范式（1NF）是最基本的范式，如果数据库表中的所有字段值都是不可分解的原子值，就说明该数据库表满足第一范式（1NF）。在任何一个关系数据库中，第一范式（1NF）是对关系模式设计的基本要求，所有设计的数据模型都必须满足第一范式（1NF）。

从上面的定义描述中，可以归纳出第一范式（1NF）具有如下几个显著特点：（（1)数据库表中的字段都是单一属性。

①字段不可再分。

②同一列中不能有多个值。

（2）单一属性由基本类型构成。

①整型。

②实数。

③字符型。

④逻辑型。

⑤日期型。

⑥其他类型。

满足以上两大特征的表就是符合第一范式（1NF）的表，不满足以上任一特征的表都是不符合第一范式（1NF）的表。

例如，图字段可再分的表所示的“电话”字段可以再拆分成“手机”与“座机”字段，不满足“字段不可再分”的要求，因此不符合第一范式（1NF）要求。

字段可再分的表

又如，图字段可再分的表所示的“姓名”字段包含“张伟”与“宋鑫”两个值，不满足“同一列中不能有多个值”的要求，因此也不符合第一范式（1NF）要求。

同一列中有多个值的表

第二范式（2NF）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记录必须可以被唯一地区分。选取一个能区分每个实体的属性或属性组，作为实体的唯一标识。例如，员工表中的身份z号码即可实现每个员工的区分，该身份z号码即候选键，任何一个候选键都可以被选作主键。在找不到候选键时，可额外增加属性以实现区分。如果在员工关系中没有对其身份z号码进行存储，而姓名可能会在数据库运行的某个时间重复，无法区分出实体时，设计身份z号码等不重复的编号以实现区分，被添加的编号选作主键。注意：该主键的添加是在ER设计时添加，不是在建库时随意添加。

第二范式（2NF）要求实体的属性完全依赖于主关键字。所谓完全依赖，是指不能存在仅依赖主关键字一部分的属性，如果存在，那么这个属性和主关键字的这一部分应该分离出来形成一个新的实体，新实体与原实体之间是一对多的关系。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。

简而言之，第二范式（2NF）在第一范式（1NF）的基础之上更进一层。第二范式（2NF）需要确保数据库表中的每一列都和主键相关，而不能只与主键的某一部分相关（主要针对联合主键而言）。也就是说在一个数据库表中，一个表中只能保存一种数据，不可以把多种数据保存在同一个数据库表中。

所谓联合主键，是指由两个或两个以上的字段共同组成数据表的主键。如图联合主键表所示，单凭“客户”字段无法确定表中唯一的记录，单凭“开户银行”字段也无法确定表中唯一的与“开户银行”一起组成数据表的联合主键。

联合主键表

从上面的定义描述中，可以归纳出第二范式（2NF）具有如下几个显著特点：（（1)数据库表满足第一范式（1NF）。

（2）数据库中每个表均有主键。

①单字段主键。

②联合主键。即不能存在单个主键字段决定非主键字段的情况。

例如，表中有A、B、C、D、E五个字段，若A与B为联合主键（A，B），如有A决定C的情况（A→C），则不符合第二范式（2NF）。

满足以上特征的表就是符合第二范式（2NF）的表，不满足以上任何一特征的表都是不符合第二范式（2NF）的表。

例如，如图所示，所有字段均不可再拆分，因而满足第一范式（1NF）的要求，但表中没有任何一个字段可以确定表中的唯一记录，即表中没有主键，因此其不满足“数据库中每张表均有主键”的要求，所以不符合第二范式（2NF）要求。

又如，如图所示，满足第一范式（1NF）的要求，并且在原来的基础上增加了“ID”字段作为表的主键，因此其符合第二范式（2NF）要求。

没有主键的数据表

增加了主键的数据表

重新分析图1−3所示的联合主键表，此表符合第一范式（1NF）“字段不可再拆分”的要求，并且有“客户”与“开户银行”两个字段作为表的联合主键（客户，开户银行），但其是否就是一个符合第二范式（2NF）的表呢？

进一步分析，就可以发现：“客户电话”字段由“客户”字段决定，“开户行地址”字段由“开户银行”字段决定；即存在如下依赖关系：客户→客户电话，开户银行→开户行地址。

（客户，开户银行）为主键字段，（客户电话，开户行地址）为非主键字段，因此，其不符合联合主键中“不能存在单个主键字段决定非主键字段”的情况，所以可以认定其并不是符合第二范式（2NF）的数据表。

例11判断如图所示的学生信息表是否符合第二范式（2NF）。

图所示中存在联合主键（学号，课程编号），但存在（学号→姓名）、（课程编号→课程名）的依赖关系，即存在某个主键字段决定非主键字段的情况，因此其不符合第二范式（2NF），不是第二范式（2NF）表。可考虑把此表拆成分数表（见图）、课程表（见图）和姓名表（见图），则此三个表是符合第二范式（2NF）的表。

图学生信息表

图分数表

图课程表

图姓名表

第三范式（3NF）第三范式（3NF）是第二范式（2NF）的一个子集，即满足第三范式（3NF）必须满足第二范式（2NF）。第三范式（3NF）要求一个关系中不包含已在其他关系包含的非主关键字信息。

第三范式（3NF）就是任何非主属性不依赖于其他非主属性，也就是在满足第二范式（2NF）的基础上，任何非主属性不得传递依赖于主属性。第三范式（3NF）需要确保数据表中的每一列数据都和主键直接相关，而不能间接相关。数据不能存在传递关系，即每个属性都跟主键有直接关系而不是间接关系。如属性之间含有A→B→C这样的关系，是不符合第三范式（3NF）的。

当数据表不符合第三范式（3NF）时，会有大量的冗余数据，还会存在插入异常、删除异常、数据冗余度大、修改复杂等问题。

从上面的定义描述中，可以归纳出第三范式（3NF）具有如下几个显著特点：（（1)数据库表满足第二范式。

（2）数据库表的非主键字段不存在传递依赖关系（即非主键字段不能决定其他非主键字段）。例如，表中有A、B、C、D、E五个字段，若A为主键，如有C决定D的情况（C→D）则不符合第三范式（3NF）。

满足以上特征的表就是符合第三范式（3NF）的表，不满足以上任何一特征的表都是不符合第三范式（3NF）的表。

如图所示，表中有主键（工号），因而满足第二范式（2NF）的要求；但表中非主键字段间存在传递依赖关系：非主键字段“部门”决定非主键字段“部门电话”和“部门主管”（部门→部门电话，部门→部门主管），因此不符合第三范式（3NF）的要求。

图非主键字段存在传递依赖关系的表

例12判断图所示的学生院属信息表是否符合第三范式（3NF）。

图学生院属信息表

图中有主键（学号），则满足第二范式（2NF）的要求，但存在（所在学院→学院电话）、（所在学院→学院地点），即存在非主键字段决定其他非主键字段的情况，因此其不符合第三范式（3NF）的要求，不是第三范式（3NF）表。可考虑把此表拆成学生表（见图）和学院表（见图），则两个表是符合第三范式（3NF）的表。

图学生表

图学院表

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