論數(shù)據庫的三大(dà)範式

發表日期：2016-04-19 文章編輯：重慶網站(zhàn)建設小(xiǎo)編浏覽次數(shù)：17 标簽：

第一範式(1NF)：

　　在關系模式R中的每一個(gè)具體(tǐ)關系r中，如果每個(gè)屬性值都是不可(kě)再分的最小(xiǎo)數(shù)據單位，則稱R是第一範式的關系。

例：如職工号，姓名，電(diàn)話(huà)号碼組成一個(gè)表(一個(gè)人(rén)可(kě)能有(yǒu)一個(gè)辦公室電(diàn)話(huà) 和(hé)一個(gè)家(jiā)裏電(diàn)話(huà)号碼)

規範成為(wèi)1NF有(yǒu)三種方法：

　　一是重複存儲職工号和(hé)姓名。這樣，關鍵字隻能是電(diàn)話(huà)号碼。

　　二是職工号為(wèi)關鍵字，電(diàn)話(huà)号碼分為(wèi)單位電(diàn)話(huà)和(hé)住宅電(diàn)話(huà)兩個(gè)屬性

　　三是職工号為(wèi)關鍵字，但(dàn)強制(zhì)每條記錄隻能有(yǒu)一個(gè)電(diàn)話(huà)号碼。

　　以上(shàng)三個(gè)方法，第一種方法最不可(kě)取，按實際情況選取後兩種情況。

第二範式(2NF)：

　　如果關系模式R(U，F)中的所有(yǒu)非主屬性都完全依賴于任意一個(gè)候選關鍵字，則稱關系R 是屬于第二範式的。

　　例：選課關系 SCI(SNO，CNO，GRADE，CREDIT)其中SNO為(wèi)學号， CNO為(wèi)課程号，GRADEGE 為(wèi)成績，CREDIT 為(wèi)學分。

　　由以上(shàng)條件，關鍵字為(wèi)組合關鍵字(SNO，CNO)

在應用中使用以上(shàng)關系模式有(yǒu)以下問題：

　　a.數(shù)據冗餘，假設同一門(mén)課由40個(gè)學生(shēng)選修，學分就重複40次。

　　b.更新異常，若調整了某課程的學分，相應的元組CREDIT值都要更新，有(yǒu)可(kě)能會(huì)出現同一門(mén)課學分不同。

　　c.插入異常，如計(jì)劃開(kāi)新課，由于沒人(rén)選修，沒有(yǒu)學号關鍵字，隻能等有(yǒu)人(rén)選修才能把課程和(hé)學分存入。

　　d.删除異常，若學生(shēng)已經結業，從當前數(shù)據庫删除選修記錄。某些(xiē)門(mén)課程新生(shēng)尚未選修，則此門(mén)課程及學分記錄無法保存。

　　原因：非關鍵字屬性CREDIT僅函數(shù)依賴于CNO，也就是CREDIT部分依賴組合關鍵字(SNO，CNO)而不是完全依賴。

　　解決方法：分成兩個(gè)關系模式 SC1(SNO，CNO，GRADE)，C2(CNO，CREDIT)。新關系包括兩個(gè)關系模式，它們之間(jiān)通(tōng)過SC1中的外關鍵字CNO相聯系，需要時(shí)再進行(xíng)自然聯接，恢複了原來(lái)的關系

第三範式(3NF)：

　　如果關系模式R(U，F)中的所有(yǒu)非主屬性對任何候選關鍵字都不存在傳遞信賴，則稱關系R是屬于第三範式的。

　　例：如S1(SNO，SNAME，DNO，DNAME，LOCATION) 各屬性分别代表學号，姓名，所在系，系名稱，系地址。

　　關鍵字SNO決定各個(gè)屬性。由于是單個(gè)關鍵字，沒有(yǒu)部分依賴的問題，肯定是2NF。但(dàn)這關系肯定有(yǒu)大(dà)量的冗餘，有(yǒu)關學生(shēng)所在的幾個(gè)屬性DNO，DNAME，LOCATION将重複存儲，插入，删除和(hé)修改時(shí)也将産生(shēng)類似以上(shàng)例的情況。

　　原因：關系中存在傳遞依賴造成的。即SNO -> DNO。而DNO -> SNO卻不存在，DNO -> LOCATION, 因此關鍵遼 SNO 對 LOCATION 函數(shù)決定是通(tōng)過傳遞依賴 SNO -> LOCATION 實現的。也就是說，SNO不直接決定非主屬性LOCATION。

　　解決目地：每個(gè)關系模式中不能留有(yǒu)傳遞依賴。

　　解決方法：分為(wèi)兩個(gè)關系 S(SNO，SNAME，DNO)，D(DNO，DNAME，LOCATION)

　　注意：關系S中不能沒有(yǒu)外關鍵字DNO。否則兩個(gè)關系之間(jiān)失去聯系。

　　BCNF：如果關系模式R(U，F)的所有(yǒu)屬性(包括主屬性和(hé)非主屬性)都不傳遞依賴于R的任何候選關鍵字，那(nà)麽稱關系R是屬于BCNF的。或是關系模式R，如果每個(gè)決定因素都包含關鍵字(而不是被關鍵字所包含)，則RCNF的關系模式。

　　例：配件管理(lǐ)關系模式 WPE(WNO，PNO，ENO，QNT)分别表倉庫号，配件号，職工号，數(shù)量。有(yǒu)以下條件

　　a.一個(gè)倉庫有(yǒu)多(duō)個(gè)職工。

　　b.一個(gè)職工僅在一個(gè)倉庫工作(zuò)。

　　c.每個(gè)倉庫裏一種型号的配件由專人(rén)負責，但(dàn)一個(gè)人(rén)可(kě)以管理(lǐ)幾種配件。

　　d.同一種型号的配件可(kě)以分放在幾個(gè)倉庫中。

　　分析：由以上(shàng)得(de) PNO 不能确定QNT，由組合屬性(WNO，PNO)來(lái)決定，存在函數(shù)依賴(WNO，PNO) -> ENO。由于每個(gè)倉庫裏的一種配件由專人(rén)負責，而一個(gè)人(rén)可(kě)以管理(lǐ)幾種配件，所以有(yǒu)組合屬性(WNO，PNO)才能确定負責人(rén)，有(yǒu)(WNO，PNO)-> ENO。因為(wèi) 一個(gè)職工僅在一個(gè)倉庫工作(zuò)，有(yǒu)ENO -> WNO。由于每個(gè)倉庫裏的一種配件由專人(rén)負責，而一個(gè)職工僅在一個(gè)倉庫工作(zuò)，有(yǒu) (ENO，PNO)-> QNT。

　　找一下候選關鍵字，因為(wèi)(WNO，PNO) -> QNT，(WNO，PNO)-> ENO ，因此 (WNO，PNO)可(kě)以決定整個(gè)元組，是一個(gè)候選關鍵字。根據ENO->WNO，(ENO，PNO)->QNT，故(ENO，PNO)也能決定整個(gè)元組，為(wèi)另一個(gè)候選關鍵字。屬性ENO，WNO，PNO 均為(wèi)主屬性，隻有(yǒu)一個(gè)非主屬性QNT。它對任何一個(gè)候選關鍵字都是完全函數(shù)依賴的，并且是直接依賴，所以該關系模式是3NF。

　　分析一下主屬性。因為(wèi)ENO->WNO，主屬性ENO是WNO的決定因素，但(dàn)是它本身不是關鍵字，隻是組合關鍵字的一部分。這就造成主屬性WNO對另外一個(gè)候選關鍵字(ENO，PNO)的部分依賴，因為(wèi)(ENO，PNO)-> ENO但(dàn)反過來(lái)不成立，而P->WNO，故(ENO，PNO)-> WNO 也是傳遞依賴。

　　雖然沒有(yǒu)非主屬性對候選關鍵遼的傳遞依賴，但(dàn)存在主屬性對候選關鍵字的傳遞依賴，同樣也會(huì)帶來(lái)麻煩。如一個(gè)新職工分配到倉庫工作(zuò)，但(dàn)暫時(shí)處于實習階段，沒有(yǒu)獨立負責對某些(xiē)配件的管理(lǐ)任務。由于缺少(shǎo)關鍵字的一部分PNO而無法插入到該關系中去。又如某個(gè)人(rén)改成不管配件了去負責安全，則在删除配件的同時(shí)該職工也會(huì)被删除。

　　解決辦法：分成管理(lǐ)EP(ENO，PNO，QNT)，關鍵字是(ENO，PNO)工作(zuò)EW(ENO，WNO)其關鍵字是ENO

　　缺點：分解後函數(shù)依賴的保持性較差。如此例中，由于分解,函數(shù)依賴(WNO，PNO)-> ENO 丢失了, 因而對原來(lái)的語義有(yǒu)所破壞。沒有(yǒu)體(tǐ)現出每個(gè)倉庫裏一種部件由專人(rén)負責。有(yǒu)可(kě)能出現一部件由兩個(gè)人(rén)或兩個(gè)以上(shàng)的人(rén)來(lái)同時(shí)管理(lǐ)。因此，分解之後的關系模式降低(dī)了部分完整性約束。

　　一個(gè)關系分解成多(duō)個(gè)關系，要使得(de)分解有(yǒu)意義，起碼的要求是分解後不丢失原來(lái)的信息。這些(xiē)信息不僅包括數(shù)據本身，而且包括由函數(shù)依賴所表示的數(shù)據之間(jiān)的相互制(zhì)約。進行(xíng)分解的目标是達到更高(gāo)一級的規範化程度，但(dàn)是分解的同時(shí)必須考慮兩個(gè)問題：無損聯接性和(hé)保持函數(shù)依賴。有(yǒu)時(shí)往往不可(kě)能做(zuò)到既有(yǒu)無損聯接性，又完全保持函數(shù)依賴。需要根據需要進行(xíng)權衡。

　　1NF直到BCNF的四種範式之間(jiān)有(yǒu)如下關系：

　　BCNF包含了3NF包含2NF包含1NF

小(xiǎo)結：

　　目地：規範化目的是使結構更合理(lǐ)，消除存儲異常，使數(shù)據冗餘盡量小(xiǎo)，便于插入、删除和(hé)更新

　　原則：遵從概念單一化 "一事一地"原則，即一個(gè)關系模式描述一個(gè)實體(tǐ)或實體(tǐ)間(jiān)的一種聯系。規範的實質就是概念的單一化。

　　方法：将關系模式投影(yǐng)分解成兩個(gè)或兩個(gè)以上(shàng)的關系模式。

　　要求：分解後的關系模式集合應當與原關系模式"等價"，即經過自然聯接可(kě)以恢複原關系而不丢失信息，并保持屬性間(jiān)合理(lǐ)的聯系。

　　注意：一個(gè)關系模式結這分解可(kě)以得(de)到不同關系模式集合，也就是說分解方法不是唯一的。最小(xiǎo)冗餘的要求必須以分解後的數(shù)據庫能夠表達原來(lái)數(shù)據庫所有(yǒu)信息為(wèi)前提來(lái)實現。其根本目标是節省存儲空(kōng)間(jiān)，避免數(shù)據不一緻性，提高(gāo)對關系的操作(zuò)效率，同時(shí)滿足應用需求。實際上(shàng)，并不一定要求全部模式都達到BCNF不可(kě)。有(yǒu)時(shí)故意保留部分冗餘可(kě)能更方便數(shù)據查詢。尤其對于那(nà)些(xiē)更新頻度不高(gāo)，查詢頻度極高(gāo)的數(shù)據庫系統更是如此。

　　在關系數(shù)據庫中，除了函數(shù)依賴之外還(hái)有(yǒu)多(duō)值依賴，聯接依賴的問題，從而提出了第四範式，第五範式等更高(gāo)一級的規範化要求。在此，以後再談。

　　各位朋友(yǒu)，你(nǐ)看過後有(yǒu)何感想，其實，任何一本數(shù)據庫基礎理(lǐ)論的書(shū)都會(huì)講這些(xiē)東西，考慮到很(hěn)多(duō)網友(yǒu)是半途出家(jiā)，來(lái)做(zuò)數(shù)據庫。特找一本書(shū)大(dà)抄特抄一把，各位有(yǒu)什麽問題，也别問我了，自已去找一本關系數(shù)據庫理(lǐ)論的書(shū)去看吧(ba)，說不定，對各位大(dà)有(yǒu)幫助。說是說以上(shàng)是基礎理(lǐ)論的東西，請(qǐng)大(dà)家(jiā)想想，你(nǐ)在做(zuò)數(shù)據庫設計(jì)的時(shí)候有(yǒu)沒有(yǒu)考慮過遵過以上(shàng)幾個(gè)範式呢，有(yǒu)沒有(yǒu)在數(shù)據庫設計(jì)做(zuò)得(de)不好之時(shí)，想一想，對比以上(shàng)所講，到底是違反了第幾個(gè)範式呢?

　　我見過的數(shù)據庫設計(jì)，很(hěn)少(shǎo)有(yǒu)人(rén)做(zuò)到很(hěn)符合以上(shàng)幾個(gè)範式的，一般說來(lái)，第一範式大(dà)家(jiā)都可(kě)以遵守，完全遵守第二第三範式的人(rén)很(hěn)少(shǎo)了，遵守的人(rén)一定就是設計(jì)數(shù)據庫的高(gāo)手了，BCNF的範式出現機會(huì)較少(shǎo)，而且會(huì)破壞完整性，你(nǐ)可(kě)以在做(zuò)設計(jì)之時(shí)不考慮它，當然在ORACLE中可(kě)通(tōng)過觸發器(qì)解決其缺點。以後我們共同做(zuò)設計(jì)之時(shí)，也希望大(dà)家(jiā)遵守以上(shàng)幾個(gè)範式。

　　那(nà)些(xiē)數(shù)據庫的書(shū)介紹的數(shù)據庫範式，實在是晦澀難懂，我在這裏給出一個(gè)通(tōng)俗的描述：

　　1NF：一個(gè)table中的列是不可(kě)再分的(即列的原子性)

　　2NF：一個(gè)table中的行(xíng)是可(kě)以唯一标示的，(即table中的行(xíng)是不可(kě)以有(yǒu)重複的)

　　3NF：一個(gè)table中列不依賴以另一個(gè)table中的非主鍵的列，還(hái)是不通(tōng)俗!巨寒!! 舉個(gè)例子吧(ba)：有(yǒu)一個(gè)部門(mén)的table，我們叫它tbl_department, 它有(yǒu)這麽幾列(dept_id(pk),dept_name,dept_memo...) 有(yǒu)一個(gè)員工table，我們叫它tbl_employee,在這個(gè)table中有(yǒu)一列dept_id(fk)描述關于部門(mén)的信息，若tbl_employee要滿足3NF，則在tbl_employee中就不得(de)再有(yǒu)除dept_id列的其它有(yǒu)關部門(mén)信息的列!

　　一般數(shù)據庫的設計(jì)滿足3NF即可(kě)!(個(gè)人(rén)覺得(de)應該盡可(kě)能的滿足3NF，一家(jiā)之言^_^)

　　BCNF：通(tōng)常認為(wèi)BCNF是修正的第三範式，它比3NF又進一步!

　　4NF：

　　5NF：将一個(gè)table盡可(kě)能的分割成小(xiǎo)的塊，以排除在table中所有(yǒu)冗餘的數(shù)據。

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