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簡潔、明晰！數(shù)據(jù)庫設(shè)計三大范式應(yīng)用實例剖析

引言OL~eR{q ?
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　　數(shù)據(jù)庫的設(shè)計范式是數(shù)據(jù)庫設(shè)計所需要滿足的規(guī)范，滿足這些規(guī)范的數(shù)據(jù)庫是簡潔的、結(jié)構(gòu)明晰的，同時，不會發(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)庫的編程人員制造麻煩，而且面目可憎，可能存儲了大量不需要的冗余信息。gmMA ?
zXKm:W-[ ?
　　設(shè)計范式是不是很難懂呢？非也，大學(xué)教材上給我們一堆數(shù)學(xué)公式我們當(dāng)然看不懂，也記不住。所以我們很多人就根本不按照范式來設(shè)計數(shù)據(jù)庫。}WGN),, ?
>$mt`d~> ?
　　實質(zhì)上，設(shè)計范式用很形象、很簡潔的話語就能說清楚，道明白。本文將對范式進(jìn)行通俗地說明，并以筆者曾經(jīng)設(shè)計的一個簡單論壇的數(shù)據(jù)庫為例來講解怎樣將這些范式應(yīng)用于實際工程。T'?!a]If{ ?
w%N%Q;)3u ?
　　范式說明k%G< ?
_gM)3/ X ?
　　第一范式（1NF）：數(shù)據(jù)庫表中的字段都是單一屬性的，不可再分。這個單一屬性由基本類型構(gòu)成，包括整型、實數(shù)、字符型、邏輯型、日期型等。+yKv\2Ij) ?
M&IWo9}0 ?
+Iv5O ?
　　很顯然，在當(dāng)前的任何關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）中，傻瓜也不可能做出不符合第一范式的數(shù)據(jù)庫，因為這些DBMS不允許你把數(shù)據(jù)庫表的一列再分成二列或多列。因此，你想在現(xiàn)有的DBMS中設(shè)計出不符合第一范式的數(shù)據(jù)庫都是不可能的。w'uZiXqT$ ?
to!5M\&Z ?
　　第二范式（2NF）：數(shù)據(jù)庫表中不存在非關(guān)鍵字段對任一候選關(guān)鍵字段的部分函數(shù)依賴（部分函數(shù)依賴指的是存在組合關(guān)鍵字中的某些字段決定非關(guān)鍵字段的情況），也即所有非關(guān)鍵字段都完全依賴于任意一組候選關(guān)鍵字。 ? <_EGSOcAZ ?
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[k iO|?%| ?
　　假定選課關(guān)系表為SelectCourse(學(xué)號, 姓名, 年齡, 課程名稱, 成績, 學(xué)分)，關(guān)鍵字為組合關(guān)鍵字(學(xué)號, 課程名稱)，因為存在如下決定關(guān)系：p XHSJNfF ?
XC1kr\y`` ?
　　(學(xué)號, 課程名稱) → (姓名, 年齡, 成績, 學(xué)分)w^GnEM ?
R&l"wUt3A ?
　　這個數(shù)據(jù)庫表不滿足第二范式，因為存在如下決定關(guān)系：''?I+"z= ?
e>:kzoiz ?
　　(課程名稱) → (學(xué)分)|$3, %:V5 ?
@OO?tI:\]| ?
　　(學(xué)號) → (姓名, 年齡)iI"aL& ?
iGKA<O ?
　　即存在組合關(guān)鍵字中的字段決定非關(guān)鍵字的情況。7tz0py5 ?
LGunR1r; ?
　　由于不符合2NF，這個選課關(guān)系表會存在如下問題：(#2lR ?
ABrU1. ?
　　(1) 數(shù)據(jù)冗余：| mz@" ?
GA->]r ?
　　同一門課程由n個學(xué)生選修，"學(xué)分"就重復(fù)n-1次；同一個學(xué)生選修了m門課程，姓名和年齡就重復(fù)了m-1次。o[3HwYy8R ?
^aGr"kj@ ?
　　(2) 更新異常：B!o y1k ?
OIv,.#QBg ?
　　若調(diào)整了某門課程的學(xué)分，數(shù)據(jù)表中所有行的"學(xué)分"值都要更新，否則會出現(xiàn)同一門課程學(xué)分不同的情況。tTiw91~$ ?
|N43hosk ?
　　(3) 插入異常：:}B64 {z ?
vk kx~8 ?
　　假設(shè)要開設(shè)一門新的課程，暫時還沒有人選修。這樣，由于還沒有"學(xué)號"關(guān)鍵字，課程名稱和學(xué)分也無法記錄入數(shù)據(jù)庫。aY(]Id2 ?
wz&v|}Y ; ?
　　(4) 刪除異常：Tasc\f]J ?
X 0 Gz ?
　　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)庫表中刪除。但是，與此同時，課程名稱和學(xué)分信息也被刪除了。很顯然，這也會導(dǎo)致插入異常。 ~[}|:fMd ?
cw{;piM( ?
　　把選課關(guān)系表SelectCourse改為如下三個表：aD_G[S' ?
qYzUG3 ?
　　學(xué)生：Student(學(xué)號, 姓名, 年齡)；yVbO@g0 ?
M7H72=z ?
　　課程：Course(課程名稱, 學(xué)分)；b{.E[) ?
5GY-H\+T ?
　　選課關(guān)系：SelectCourse(學(xué)號, 課程名稱, 成績)。E{Er3ITl ?
>j71KE6 ?
　　這樣的數(shù)據(jù)庫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。~x'0?nlC ?
+Z?q=k7 ?
　　另外，所有單關(guān)鍵字的數(shù)據(jù)庫表都符合第二范式，因為不可能存在組合關(guān)鍵字。c+A\0+xn ?
.[,K1WD@P ?
　　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)鍵字段對任一候選關(guān)鍵字段的傳遞函數(shù)依賴則符合第三范式。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)庫表應(yīng)該不存在如下依賴關(guān)系：WbU,~.Z ?
V*x:nUaB, ?
　　關(guān)鍵字段 → 非關(guān)鍵字段x → 非關(guān)鍵字段yulej ?
2,A.zg] ?
　　假定學(xué)生關(guān)系表為Student(學(xué)號, 姓名, 年齡, 所在學(xué)院, 學(xué)院地點, 學(xué)院電話)，關(guān)鍵字為單一關(guān)鍵字"學(xué)號"，因為存在如下決定關(guān)系：#3EmtJ<GC ?
}sAJko"u3 ?
　　(學(xué)號) → (姓名, 年齡, 所在學(xué)院, 學(xué)院地點, 學(xué)院電話)\5R889 ?
FFD9=j_^ ?
　　這個數(shù)據(jù)庫是符合2NF的，但是不符合3NF，因為存在如下決定關(guān)系：Q|#l\} ?
cj_w 'X: ?
　　(學(xué)號) → (所在學(xué)院) → (學(xué)院地點, 學(xué)院電話)gR?/: + ?
1w-h KyNt ?
　　即存在非關(guān)鍵字段"學(xué)院地點"、"學(xué)院電話"對關(guān)鍵字段"學(xué)號"的傳遞函數(shù)依賴。( ((gT< ?
4$b]ksX ?
　　它也會存在數(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。My5]90D ?
sAM1P@ 5 ?
　　把學(xué)生關(guān)系表分為如下兩個表："q""X)sT ?
n=aq ?5D- ?
　　學(xué)生：(學(xué)號, 姓名, 年齡, 所在學(xué)院)；gTp)D Y ?
RRa=}Nx' ?
　　學(xué)院：(學(xué)院, 地點, 電話)。@ u)[eK"> ?
}Ae]H| ?
　　這樣的數(shù)據(jù)庫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。.M 0y ?
ZZ)RJ\BN ?
　　鮑依斯-科得范式（BCNF）：在第三范式的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)庫表中如果不存在任何字段對任一候選關(guān)鍵字段的傳遞函數(shù)依賴則符合第三范式。M.6^eNN ?
}ah&?Ve;g ?
　假設(shè)倉庫管理關(guān)系表為StorehouseManage(倉庫ID, 存儲物品ID, 管理員ID, 數(shù)量)，且有一個管理員只在一個倉庫工作；一個倉庫可以存儲多種物品。這個數(shù)據(jù)庫表中存在如下決定關(guān)系：&;v,COEdn ?
YGI_6-' ?
　　(倉庫ID, 存儲物品ID) →(管理員ID, 數(shù)量)Gd'O2ZT ?
"tZBoYib ?
　　(管理員ID, 存儲物品ID) → (倉庫ID, 數(shù)量)HPBf)nf ?
-|2N-,/94 ?
　　所以，(倉庫ID, 存儲物品ID)和(管理員ID, 存儲物品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：ZQr:%.M ?
LlQtc1Z@C ?
　　(倉庫ID) → (管理員ID)Tps9sMZ8 ?
RED],Gn} ?
　　(管理員ID) → (倉庫ID)yW$9KL ?
K7@6{i ?
　　即存在關(guān)鍵字段決定關(guān)鍵字段的情況，所以其不符合BCNF范式。它會出現(xiàn)如下異常情況：_! Y{5 ?
znjuy " ?
　　(1) 刪除異常：$F!KV s%( ?
PNhM"`d:w ?
　　當(dāng)倉庫被清空后，所有"存儲物品ID"和"數(shù)量"信息被刪除的同時，"倉庫ID"和"管理員ID"信息也被刪除了。E>2 p"7 ?
p&.>y,c ?
　　(2) 插入異常：8nrqJkQ|g ?
E#@_VrR< o ?
　　當(dāng)倉庫沒有存儲任何物品時，無法給倉庫分配管理員。Z4yy@q| ?
BpVuc;; : ?
　　(3) 更新異常：Ki'uKO`8 ?
JTFtNd ` ?
　　如果倉庫換了管理員，則表中所有行的管理員ID都要修改。;!~(Ks~E ?
;E3!0G ?
　　把倉庫管理關(guān)系表分解為二個關(guān)系表：brBFg86/ ?
R!ZMp C ?
　　倉庫管理：StorehouseManage(倉庫ID, 管理員ID)；X/I]4PA_ ?
yvxT?8~ ?
　　倉庫：Storehouse(倉庫ID, 存儲物品ID, 數(shù)量)。uRc|X?T ?
1jI_W^4 ?
　　這樣的數(shù)據(jù)庫表是符合BCNF范式的，消除了刪除異常、插入異常和更新異常。 tiPcu Z11 ?
zEZ=nYn ?
XQuDaih ?
C "e.2 ?
范式應(yīng)用_V &dt1} ?
LO?b#mxSJ ?
　　我們來逐步搞定一個論壇的數(shù)據(jù)庫，有如下信息：Wv;VA4(N ?
#< NV&b ?
　　（1） 用戶：用戶名，email，主頁，電話，聯(lián)系地址S)ShU{ ?
b}t[fO!h ?
　　（2） 帖子：發(fā)帖標(biāo)題，發(fā)帖內(nèi)容，回復(fù)標(biāo)題，回復(fù)內(nèi)容 fujt%bR ?
h}&Gs6re ?
　　第一次我們將數(shù)據(jù)庫設(shè)計為僅僅存在表：(,)43_e T ?
a5y!(8Ng ?
　　 用戶名 email 主頁 電話 聯(lián)系地址 發(fā)帖標(biāo)題 發(fā)帖內(nèi)容 回復(fù)標(biāo)題 回復(fù)內(nèi)容 2A#D0j ?
50l 5}^ ?
　　這個數(shù)據(jù)庫表符合第一范式，但是沒有任何一組候選關(guān)鍵字能決定數(shù)據(jù)庫表的整行，唯一的關(guān)鍵字段用戶名也不能完全決定整個元組。我們需要增加"發(fā)帖ID"、"回復(fù)ID"字段，即將表修改為：Zc"VY(F~he ?
?Ee@VEVM ?
用戶名 email 主頁 電話 聯(lián)系地址 發(fā)帖ID 發(fā)帖標(biāo)題 發(fā)帖內(nèi)容 回復(fù)ID 回復(fù)標(biāo)題 回復(fù)內(nèi)容 tN#}Z\ @ ?
"opJSh ?
　　這樣數(shù)據(jù)表中的關(guān)鍵字(用戶名，發(fā)帖ID，回復(fù)ID)能決定整行：# ovZAe= ?
@#LjGMu-* ?
　　(用戶名,發(fā)帖ID,回復(fù)ID) → (email,主頁,電話,聯(lián)系地址,發(fā)帖標(biāo)題,發(fā)帖內(nèi)容,回復(fù)標(biāo)題,回復(fù)內(nèi)容)>%-Eh+ uC ?
]:?kEjt: ?
　　但是，這樣的設(shè)計不符合第二范式，因為存在如下決定關(guān)系：cq@Py#YQ ?
!vrx St ?
　　(用戶名) → (email,主頁,電話,聯(lián)系地址)#`v WcmS ?
i7w4@6D ?
　　(發(fā)帖ID) → (發(fā)帖標(biāo)題,發(fā)帖內(nèi)容)XP"C6Sujb ?
x?PW>^_g ?
　　(回復(fù)ID) → (回復(fù)標(biāo)題,回復(fù)內(nèi)容)f~+&? ?
{?AY{El ?
　　即非關(guān)鍵字段部分函數(shù)依賴于候選關(guān)鍵字段，很明顯，這個設(shè)計會導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)冗余和操作異常。 ? 'yOJ1`s(,H ?
+7 t-^{t ?
>=mT%QX,SE ?
`VBIOx ?
　　我們將數(shù)據(jù)庫表分解為（帶下劃線的為關(guān)鍵字）：Lf% 3C: ?
AXtpmaZ ?
　　（1） 用戶信息：用戶名，email，主頁，電話，聯(lián)系地址7K $c?k ?
<h[S!`'w ?
　　（2） 帖子信息：發(fā)帖ID，標(biāo)題，內(nèi)容e ;BQ$R`9C ?
J[&2lb ?
　　（3） 回復(fù)信息：回復(fù)ID，標(biāo)題，內(nèi)容x<!njw<y ?
]IiSj `37Y ?
　　（4） 發(fā)貼：用戶名，發(fā)帖ID_'ikR3* ?
:@ fKC ?
　　（5） 回復(fù)：發(fā)帖ID，回復(fù)ID(yaTw*Z2% ?
b0pSuK\7e ?
　　這樣的設(shè)計是滿足第1、2、3范式和BCNF范式要求的，但是這樣的設(shè)計是不是最好的呢？不一定。=(cG[`(wD ?
w~G%/R>] ?
　　觀察可知，第4項"發(fā)帖"中的"用戶名"和"發(fā)帖ID"之間是1：N的關(guān)系，因此我們可以把"發(fā)帖"合并到第2項的"帖子信息"中；第5項"回復(fù)"中的"發(fā)帖ID"和"回復(fù)ID"之間也是1：N的關(guān)系，因此我們可以把"回復(fù)"合并到第3項的"回復(fù)信息"中。這樣可以一定量地減少數(shù)據(jù)冗余，新的設(shè)計為：f(91.U> ?
s0Im|Ox( ?
　　（1） 用戶信息：用戶名，email，主頁，電話，聯(lián)系地址kVYzR Cp<8 ?
Zg8vT:DPf ?
　　（2） 帖子信息：用戶名，發(fā)帖ID，標(biāo)題，內(nèi)容vj?94]a ?
d*N@<ux ?
　　（3） 回復(fù)信息：發(fā)帖ID，回復(fù)ID，標(biāo)題，內(nèi)容lLO^W F.$ ?
Zfw|zf ?
MI!,GEP ?
　　由此可以看出，并不一定要強(qiáng)行滿足范式的要求，對于1：N關(guān)系，當(dāng)1的一邊合并到N的那邊后，N的那邊就不再滿足第二范式了，但是這種設(shè)計反而比較好！{rSKUtEG\ ?
P5^9I#U ?
　　對于M：N的關(guān)系，不能將M一邊或N一邊合并到另一邊去，這樣會導(dǎo)致不符合范式要求，同時導(dǎo)致操作異常和數(shù)據(jù)冗余。 56Or9e8{* ?
對于1：1的關(guān)系，我們可以將左邊的1或者右邊的1合并到另一邊去，設(shè)計導(dǎo)致不符合范式要求，但是并不會導(dǎo)致操作異常和數(shù)據(jù)冗余。:yy=Y/q0 ?
4nES." ?
　　結(jié)論IT> Z [Ig ?
q!H`smFo= ?
　　滿足范式要求的數(shù)據(jù)庫設(shè)計是結(jié)構(gòu)清晰的，同時可避免數(shù)據(jù)冗余和操作異常。這并意味著不符合范式要求的設(shè)計一定是錯誤的，在數(shù)據(jù)庫表中存在1：1或1：N關(guān)系這種較特殊的情況下，合并導(dǎo)致的不符合范式要求反而是合理的。3arA.B<T ?
ZE]"E~* ?
　　在我們設(shè)計數(shù)據(jù)庫的時候，一定要時刻考慮范式的要求

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的（转载）简洁、明晰！数据库设计三大范式应用实例剖析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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