范式介绍
數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)范式是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)所需要滿足的規(guī)范，滿足這些規(guī)范的數(shù)據(jù)庫(kù)是簡(jiǎn)潔的、結(jié)構(gòu)明晰的，同時(shí)，不會(huì)發(fā)生插入（ insert ）、刪除（ delete ）和更新（ update ）操作異常。反之則是亂七八糟，不僅給數(shù)據(jù)庫(kù)的編程人員制造麻煩，而且面目可憎，可能存儲(chǔ)了大量不需要的冗余信息。
第一范式：關(guān)系模式中，每個(gè)屬性不可再分。屬性原子性
第二范式：非主屬性完全依賴于主屬性，即消除非主屬性對(duì)主屬性的部分函數(shù)依賴關(guān)系。
第三范式：非主屬性對(duì)主屬性不存在傳遞函數(shù)依賴關(guān)系。
BNCF范式：在第三范式的基礎(chǔ)上，消除主屬性之間的部分函數(shù)依賴
第四范式：每個(gè)表只有一個(gè)多值依賴集合
范式說(shuō)明
1.1 第一范式（ 1NF ）無(wú)重復(fù)的列
所謂第一范式（ 1NF ）是指數(shù)據(jù)庫(kù)表的每一列都是不可分割的基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，同一列中不能有多個(gè)值，即實(shí)體中的某個(gè)屬性不能有多個(gè)值或者不能有重復(fù)的屬性。如果出現(xiàn)重復(fù)的屬性，就可能需要定義一個(gè)新的實(shí)體，新的實(shí)體由重復(fù)的屬性構(gòu)成，新實(shí)體與原實(shí)體之間為一對(duì)多關(guān)系。在第一范式（ 1NF ）中表的每一行只包含一個(gè)實(shí)例的信息。簡(jiǎn)而言之，第一范式就是無(wú)重復(fù)的列。
說(shuō)明：在任何一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，第一范式（ 1NF ）是對(duì)關(guān)系模式的基本要求，不滿足第一范式（ 1NF ）的數(shù)據(jù)庫(kù)就不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。
例如，如下的數(shù)據(jù)庫(kù)表是符合第一范式的：
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字段 1 |
字段 2 |
字段 3 |
字段 4 |
而這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)表是不符合第一范式的：
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字段 1 |
字段 2 |
字段 3 |
字段 4 |
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字段 3.1 |
字段 3.2 |
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數(shù)據(jù)庫(kù)表中的字段都是單一屬性的，不可再分。這個(gè)單一屬性由基本類型構(gòu)成，包括整型、實(shí)數(shù)、字符型、邏輯型、日期型等。很顯然，在當(dāng)前的任何關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（ DBMS ）中，傻瓜也不可能做出不符合第一范式的數(shù)據(jù)庫(kù)，因?yàn)檫@些DBMS 不允許你把數(shù)據(jù)庫(kù)表的一列再分成二列或多列。因此，你想在現(xiàn)有的 DBMS 中設(shè)計(jì)出不符合第一范式的數(shù)據(jù)庫(kù)都是不可能的。
1.2 第二范式（ 2NF ）屬性完全依賴于主鍵 [ 消除部分子函數(shù)依賴 ]
如果關(guān)系模式 R 為第一范式，并且 R 中每一個(gè)非主屬性完全函數(shù)依賴于 R 的某個(gè)候選鍵， 則稱為第二范式模式。
第二范式（ 2NF ）是在第一范式（ 1NF ）的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，即滿足第二范式（ 2NF ）必須先滿足第一范式（1NF ）。第二范式（ 2NF ）要求數(shù)據(jù)庫(kù)表中的每個(gè)實(shí)例或行必須可以被惟一地區(qū)分。為實(shí)現(xiàn)區(qū)分通常需要為表加上一個(gè)列，以存儲(chǔ)各個(gè)實(shí)例的惟一標(biāo)識(shí)。這個(gè)惟一屬性列被稱為主關(guān)鍵字或主鍵、主碼。
例如員工信息表中加上了員工編號(hào)（ emp_id ）列，因?yàn)槊總€(gè)員工的員工編號(hào)是惟一的，因此每個(gè)員工可以被惟一區(qū)分。
簡(jiǎn)而言之，第二范式（ 2NF ）就是非主屬性完全依賴于主關(guān)鍵字。
所謂完全依賴是指不能存在僅依賴主關(guān)鍵字一部分的屬性（設(shè)有函數(shù)依賴 W→A ，若存在 XW ，有 X→A 成立，那么稱 W→A 是局部依賴，否則就稱 W→A 是完全函數(shù)依賴）。如果存在，那么這個(gè)屬性和主關(guān)鍵字的這一部分應(yīng)該分離出來(lái)形成一個(gè)新的實(shí)體，新實(shí)體與原實(shí)體之間是一對(duì)多的關(guān)系。
假定選課關(guān)系表為 SelectCourse( 學(xué)號(hào) , 姓名 , 年齡 , 課程名稱 , 成績(jī) , 學(xué)分 ) ，關(guān)鍵字為組合關(guān)鍵字 ( 學(xué)號(hào) , 課程名稱 ) ，因?yàn)榇嬖谌缦聸Q定關(guān)系：
( 學(xué)號(hào) , 課程名稱 ) → ( 姓名 , 年齡 , 成績(jī) , 學(xué)分 )
這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表不滿足第二范式，因?yàn)榇嬖谌缦聸Q定關(guān)系：
( 課程名稱 ) → ( 學(xué)分 )
( 學(xué)號(hào) ) → ( 姓名 , 年齡 )
即存在組合關(guān)鍵字中的字段決定非關(guān)鍵字的情況。
由于不符合 2NF ，這個(gè)選課關(guān)系表會(huì)存在如下問(wèn)題：
(1) 數(shù)據(jù)冗余：
同一門(mén)課程由 n 個(gè)學(xué)生選修， " 學(xué)分 " 就重復(fù) n-1 次；同一個(gè)學(xué)生選修了 m 門(mén)課程，姓名和年齡就重復(fù)了 m-1 次。
(2) 更新異常：
若調(diào)整了某門(mén)課程的學(xué)分，數(shù)據(jù)表中所有行的 " 學(xué)分 " 值都要更新，否則會(huì)出現(xiàn)同一門(mén)課程學(xué)分不同的情況。
(3) 插入異常：
假設(shè)要開(kāi)設(shè)一門(mén)新的課程，暫時(shí)還沒(méi)有人選修。這樣，由于還沒(méi)有 " 學(xué)號(hào) " 關(guān)鍵字，課程名稱和學(xué)分也無(wú)法記錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。
(4) 刪除異常：
假設(shè)一批學(xué)生已經(jīng)完成課程的選修，這些選修記錄就應(yīng)該從數(shù)據(jù)庫(kù)表中刪除。但是，與此同時(shí)，課程名稱和學(xué)分信息也被刪除了。很顯然，這也會(huì)導(dǎo)致插入異常。
把選課關(guān)系表 SelectCourse 改為如下三個(gè)表：
學(xué)生： Student( 學(xué)號(hào) , 姓名 , 年齡 ) ；
課程： Course( 課程名稱 , 學(xué)分 ) ；
選課關(guān)系： SelectCourse( 學(xué)號(hào) , 課程名稱 , 成績(jī) ) 。
這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)表是符合第二范式的， 消除了數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常和刪除異常。
另外，所有單關(guān)鍵字的數(shù)據(jù)庫(kù)表都符合第二范式，因?yàn)椴豢赡艽嬖诮M合關(guān)鍵字。
1.3 第三范式（ 3NF ）屬性不依賴于其它非主屬性 [ 消除傳遞依賴 ]
如果關(guān)系模式 R 是第二范式，且每個(gè)非主屬性都不傳遞依賴于 R 的候選鍵，則稱 R 為第三范式模式。
滿足第三范式（ 3NF ）必須先滿足第二范式（ 2NF ）。第三范式（ 3NF ）要求一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表中不包含已在其它表中已包含的非主關(guān)鍵字信息。
例如，存在一個(gè)部門(mén)信息表，其中每個(gè)部門(mén)有部門(mén)編號(hào)（ dept_id ）、部門(mén)名稱、部門(mén)簡(jiǎn)介等信息。那么在的員工信息表中列出部門(mén)編號(hào)后就不能再將部門(mén)名稱、部門(mén)簡(jiǎn)介等與部門(mén)有關(guān)的信息再加入員工信息表中。如果不存在部門(mén)信息表，則根據(jù)第三范式（ 3NF ）也應(yīng)該構(gòu)建它，否則就會(huì)有大量的數(shù)據(jù)冗余。
第三范式（ 3NF ）：在第二范式的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)表中如果不存在非關(guān)鍵字段對(duì)任一候選關(guān)鍵字段的傳遞函數(shù)依賴則符合第三范式。簡(jiǎn)而言之，第三范式就是屬性不依賴于其它非主屬性。
所謂傳遞函數(shù)依賴，指的是如果存在 "A → B → C" 的決定關(guān)系，則 C 傳遞函數(shù)依賴于 A 。
因此，滿足第三范式的數(shù)據(jù)庫(kù)表應(yīng)該不存在如下依賴關(guān)系：
關(guān)鍵字段 → 非關(guān)鍵字段 x → 非關(guān)鍵字段 y
假定學(xué)生關(guān)系表為 Student( 學(xué)號(hào) , 姓名 , 年齡 , 所在學(xué)院 , 學(xué)院地點(diǎn) , 學(xué)院電話 ) ，關(guān)鍵字為單一關(guān)鍵字 " 學(xué)號(hào) " ，因?yàn)榇嬖谌缦聸Q定關(guān)系：
( 學(xué)號(hào) ) → ( 姓名 , 年齡 , 所在學(xué)院 , 學(xué)院地點(diǎn) , 學(xué)院電話 )
這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)是符合 2NF 的，但是不符合 3NF ，因?yàn)榇嬖谌缦聸Q定關(guān)系：
( 學(xué)號(hào) ) → ( 所在學(xué)院 ) → ( 學(xué)院地點(diǎn) , 學(xué)院電話 )
即存在非關(guān)鍵字段 " 學(xué)院地點(diǎn) " 、 " 學(xué)院電話 " 對(duì)關(guān)鍵字段 " 學(xué)號(hào) " 的傳遞函數(shù)依賴。
它也會(huì)存在數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常和刪除異常的情況，讀者可自行分析得知。
把學(xué)生關(guān)系表分為如下兩個(gè)表：
學(xué)生： ( 學(xué)號(hào) , 姓名 , 年齡 , 所在學(xué)院 ) ；
學(xué)院： ( 學(xué)院 , 地點(diǎn) , 電話 ) 。
這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)表是符合第三范式的，消除了數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常和刪除異常。
1.4 鮑依斯 - 科得范式（ BCNF 是 3NF 的改進(jìn)形式）
若關(guān)系模式 R 是第一范式，且每個(gè)屬性都不傳遞依賴于 R 的候選鍵。這種關(guān)系模式就是 BCNF 模式。即在第三范式的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)庫(kù)表中如果不存在任何字段對(duì)任一候選關(guān)鍵字段的傳遞函數(shù)依賴則符合鮑依斯 - 科得范式。
假設(shè)倉(cāng)庫(kù)管理關(guān)系表為 StorehouseManage( 倉(cāng)庫(kù) ID, 存儲(chǔ)物品 ID, 管理員 ID, 數(shù)量 ) ，且有一個(gè)管理員只在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)工作；一個(gè)倉(cāng)庫(kù)可以存儲(chǔ)多種物品。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表中存在如下決定關(guān)系：
( 倉(cāng)庫(kù) ID, 存儲(chǔ)物品 ID) → ( 管理員 ID, 數(shù)量 )
( 管理員 ID, 存儲(chǔ)物品 ID) → ( 倉(cāng)庫(kù) ID, 數(shù)量 )
所以， ( 倉(cāng)庫(kù) ID, 存儲(chǔ)物品 ID) 和 ( 管理員 ID, 存儲(chǔ)物品 ID) 都是 StorehouseManage 的候選關(guān)鍵字，表中的唯一非關(guān)鍵字段為數(shù)量，它是符合第三范式的。但是，由于存在如下決定關(guān)系：
( 倉(cāng)庫(kù) ID) → ( 管理員 ID)
( 管理員 ID) → ( 倉(cāng)庫(kù) ID)
即存在關(guān)鍵字段決定關(guān)鍵字段的情況，所以其不符合 BCNF 范式。它會(huì)出現(xiàn)如下異常情況：
(1) 刪除異常：
當(dāng)倉(cāng)庫(kù)被清空后，所有 " 存儲(chǔ)物品 ID" 和 " 數(shù)量 " 信息被刪除的同時(shí)， " 倉(cāng)庫(kù) ID" 和 " 管理員 ID" 信息也被刪除了。
(2) 插入異常：
當(dāng)倉(cāng)庫(kù)沒(méi)有存儲(chǔ)任何物品時(shí)，無(wú)法給倉(cāng)庫(kù)分配管理員。
(3) 更新異常：
如果倉(cāng)庫(kù)換了管理員，則表中所有行的管理員 ID 都要修改。
把倉(cāng)庫(kù)管理關(guān)系表分解為二個(gè)關(guān)系表：
倉(cāng)庫(kù)管理： StorehouseManage( 倉(cāng)庫(kù) ID, 管理員 ID) ；
倉(cāng)庫(kù)： Storehouse( 倉(cāng)庫(kù) ID, 存儲(chǔ)物品 ID, 數(shù)量 ) 。
這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)表是符合 BCNF 范式的，消除了刪除異常、插入異常和更新異常。
四種范式之間存在如下關(guān)系：
總結(jié)
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