数据库三范式.docx
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数据库三范式
数据库三范式经典实例解析database
数据结构编程制造
数据库三范式经典实例解析
引言
数据库的设计范式是数据库设计所需要满足的规范，满足这些规范的数据库是简洁的、结构明晰的，同时，不会发生插入（insert）、删除（delete）和更新（update）操作异常。
反之则是乱七八糟，不仅给数据库的编程人员制造麻烦，而且面目可憎，可能存储了大量不需要的冗余信息。
设计范式是不是很难懂呢？
非也，大学教材上给我们一堆数学公式我们当然看不懂，也记不住。
所以我们很多人就根本不按照范式来设计数据库。
实质上，设计范式用很形象、很简洁的话语就能说清楚，道明白。
本文将对范式进行通俗地说明，并以笔者曾经设计的一个简单论坛的数据库为例来讲解怎样将这些范式应用于实际工程。
范式说明
第一范式（1NF）：
数据库表中的字段都是单一属性的，不可再分。
这个单一属性由基本类型构成，包括整型、实数、字符型、逻辑型、日期型等。
例如，如下的数据库表是符合第一范式：
字段1
字段2
字段3
字段4
?
?
?
?
而这样的数据库表是不符合第一范式的：
字段1
字段2
字段3
字段4
?
?
字段3.1
字段3.2
?
很显然，在当前的任何关系数据库管理系统（DBMS）中，傻瓜也不可能做出不符合第一范式的数据库，因为这些DBMS不允许你把数据库表的一列再分成二列或多列。
因此，你想在现有的DBMS中设计出不符合第一范式的数据库都是不可能的。
第二范式（2NF）：
数据库表中不存在非关键字段对任一候选关键字段的部分函数依赖（部分函数依赖指的是存在组合关键字中的某些字段决定非关键字段的情况），也即所有非关键字段都完全依赖于任意一组候选关键字。
假定选课关系表为SelectCourse（学号,姓名,年龄,课程名称,成绩,学分），关键字为组合关键字（学号,课程名称），因为存在如下决定关系：
（学号,课程名称）→（姓名,年龄,成绩,学分）
这个数据库表不满足第二范式，因为存在如下决定关系：
（课程名称）→（学分）
（学号）→（姓名,年龄）
即存在组合关键字中的字段决定非关键字的情况。
由于不符合2NF，这个选课关系表会存在如下问题：
（1）数据冗余：
同一门课程由n个学生选修，"学分"就重复n-1次；同一个学生选修了m门课程，姓名和年龄就重复了m-1次。
（2）更新异常：
若调整了某门课程的学分，数据表中所有行的"学分"值都要更新，否则会出现同一门课程学分不同的情况。
（3）插入异常：
假设要开设一门新的课程，暂时还没有人选修。
这样，由于还没有"学号"关键字，课程名称和学分也无法记录入数据库。
（4）删除异常：
假设一批学生已经完成课程的选修，这些选修记录就应该从数据库表中删除。
但是，与此同时，课程名称和学分信息也被删除了。
很显然，这也会导致插入异常。
把选课关系表SelectCourse改为如下三个表：
学生：
Student（学号,姓名,年龄）；
课程：
Course（课程名称,学分）；
选课关系：
SelectCourse（学号,课程名称,成绩）。
这样的数据库表是符合第二范式的，消除了数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常。
另外，所有单关键字的数据库表都符合第二范式，因为不可能存在组合关键字。
第三范式（3NF）：
在第二范式的基础上，数据表中如果不存在非关键字段对任一候选关键字段的传递函数依赖则符合第三范式。
所谓传递函数依赖，指的是如果存在"A→B→C"的决定关系，则C传递函数依赖于A。
因此，满足第三范式的数据库表应该不存在如下依赖关系：
关键字段→非关键字段x→非关键字段y
假定学生关系表为Student（学号,姓名,年龄,所在学院,学院地点,学院电话），关键字为单一关键字"学号"，因为存在如下决定关系：
（学号）→（姓名,年龄,所在学院,学院地点,学院电话）
这个数据库是符合2NF的，但是不符合3NF，因为存在如下决定关系：
（学号）→（所在学院）→（学院地点,学院电话）
即存在非关键字段"学院地点"、"学院电话"对关键字段"学号"的传递函数依赖。
它也会存在数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常的情况，读者可自行分析得知。
把学生关系表分为如下两个表：
学生：
（学号,姓名,年龄,所在学院）；
学院：
（学院,地点,电话）。
这样的数据库表是符合第三范式的，消除了数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常。
鲍依斯-科得范式（BCNF）：
在第三范式的基础上，数据库表中如果不存在任何字段对任一候选关键字段的传递函数依赖则符合第三范式。
假设仓库管理关系表为StorehouseManage（仓库ID,存储物品ID,管理员ID,数量），且有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。
这个数据库表中存在如下决定关系：
（仓库ID,存储物品ID）→（管理员ID,数量）
（管理员ID,存储物品ID）→（仓库ID,数量）
所以，（仓库ID,存储物品ID）和（管理员ID,存储物品ID）都是StorehouseManage的候选关键字，表中的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ID）→（管理员ID）
（管理员ID）→（仓库ID）
即存在关键字段决定关键字段的情况，所以其不符合BCNF范式。
它会出现如下异常情况：
（1）删除异常：
当仓库被清空后，所有"存储物品ID"和"数量"信息被删除的同时，"仓库ID"和"管理员ID"信息也被删除了。
（2）插入异常：
当仓库没有存储任何物品时，无法给仓库分配管理员。
（3）更新异常：
如果仓库换了管理员，则表中所有行的管理员ID都要修改。
把仓库管理关系表分解为二个关系表：
仓库管理：
StorehouseManage（仓库ID,管理员ID）；
仓库：
Storehouse（仓库ID,存储物品ID,数量）。
这样的数据库表是符合BCNF范式的，消除了删除异常、插入异常和更新异常。
范式应用
我们来逐步搞定一个论坛的数据库，有如下信息：
（1）用户：
用户名，email，主页，电话，联系地址
（2）帖子：
发帖标题，发帖内容，回复标题，回复内容
第一次我们将数据库设计为仅仅存在表：
用户名
email
主页
电话
联系地址
发帖标题
发帖内容
回复标题
回复内容
这个数据库表符合第一范式，但是没有任何一组候选关键字能决定数据库表的整行，唯一的关键字段用户名也不能完全决定整个元组。
我们需要增加"发帖ID"、"回复ID"字段，即将表修改为：
用户名
email
主页
电话
联系地址
发帖ID
发帖标题
发帖内容
回复ID
回复标题
回复内容
这样数据表中的关键字（用户名，发帖ID，回复ID）能决定整行：
（用户名,发帖ID,回复ID）→（email,主页,电话,联系地址,发帖标题,发帖内容,回复标题,回复内容）
但是，这样的设计不符合第二范式，因为存在如下决定关系：
（用户名）→（email,主页,电话,联系地址）
（发帖ID）→（发帖标题,发帖内容）
（回复ID）→（回复标题,回复内容）
即非关键字段部分函数依赖于候选关键字段，很明显，这个设计会导致大量的数据冗余和操作异常。
我们将数据库表分解为（带下划线的为关键字）：
（1）用户信息：
用户名，email，主页，电话，联系地址
（2）帖子信息：
发帖ID，标题，内容
（3）回复信息：
回复ID，标题，内容
（4）发贴：
用户名，发帖ID
（5）回复：
发帖ID，回复ID
这样的设计是满足第1、2、3范式和BCNF范式要求的，但是这样的设计是不是最好的呢？
不一定。
观察可知，第4项"发帖"中的"用户名"和"发帖ID"之间是1：
N的关系，因此我们可以把"发帖"合并到第2项的"帖子信息"中；第5项"回复"中的"发帖ID"和"回复ID"之间也是1：
N的关系，因此我们可以把"回复"合并到第3项的"回复信息"中。
这样可以一定量地减少数据冗余，新的设计为：
（1）用户信息：
用户名，email，主页，电话，联系地址
（2）帖子信息：
用户名，发帖ID，标题，内容
（3）回复信息：
发帖ID，回复ID，标题，内容
数据库表1显然满足所有范式的要求；
数据库表2中存在非关键字段"标题"、"内容"对关键字段"发帖ID"的部分函数依赖，即不满足第二范式的要求，但是这一设计并不会导致数据冗余和操作异常；
数据库表3中也存在非关键字段"标题"、"内容"对关键字段"回复ID"的部分函数依赖，也不满足第二范式的要求，但是与数据库表2相似，这一设计也不会导致数据冗余和操作异常。
由此可以看出，并不一定要强行满足范式的要求，对于1：
N关系，当1的一边合并到N的那边后，N的那边就不再满足第二范式了，但是这种设计反而比较好！
对于M：
N的关系，不能将M一边或N一边合并到另一边去，这样会导致不符合范式要求，同时导致操作异常和数据冗余。
对于1：
1的关系，我们可以将左边的1或者右边的1合并到另一边去，设计导致不符合范式要求，但是并不会导致操作异常和数据冗余。
结论
满足范式要求的数据库设计是结构清晰的，同时可避免数据冗余和操作异常。
这并意味着不符合范式要求的设计一定是错误的，在数据库表中存在1：
1或1：
N关系这种较特殊的情况下，合并导致的不符合范式要求反而是合理的。
在我们设计数据库的时候，一定要时刻考虑范式的要求。
数据库三范式，轻松理解
来源：
互联网作者：
古嗣小井发表于：
2009-09-2910:
59 点击：
34414
网上搜罗了一大堆关于数据库范式理解的文章，都是千律一篇的复制粘贴，连例子都是一模一样，拜托有点创意好不，实在看不下去，自己写一篇个人理解三范式的文章。
如果有理解上的不正确之处，请联系我：
279537592＃（#=@）官方定义：
第一范式（1NF）：
数
网上搜罗了一大堆关于数据库范式理解的文章，都是千律一篇的复制粘贴，连例子都是一模一样，拜托有点创意好不，实在看不下去，自己写一篇个人理解三范式的文章。
如果有理解上的不正确之处，请联系我：
279537592＃（#=>@）
官方定义：
第一范式（1NF）：
数据库表中的字段都是单一属性的，不可再分。
我的理解：
第一范式这个不用說了，只要是关系数据库都满足第一范式
官方定义：
第二范式（2NF）：
数据库表中不存在非关键字段对任一候选关键字段的部分函数依赖
我的理解：
在第二范式中组合主键（AB）【注明：
也叫做复合主键】里面的A或者B与其他字段不能存在组合重复，为解决这个问题，通常的做法是咱们不用组合主键，添加一个ID，做为单一主键即可满足第二范式。
如果不想添加ID，请满足组合主键（AB）里面的A或者B与其他字段不能存在组合重复。
如:
不满足第二范式,复合主键中的A与字段C组合重复
+------------+-----------+-------------------+
pkpkrow
+------------+-----------+-------------------+
ABC
+------------+-----------+-------------------+
ADC
+------------+-----------+-------------------+
AEC
+------------+-----------+-------------------+
改为这样满足第二范式（但是不满足第三范式,字段A与字段C是组合重复）:
+---------+------------+-----------+-------------------+
pkrowrowrow
+---------+------------+-----------+-------------------+
1ABC
+---------+------------+-----------+-------------------+
2ADC
+---------+------------+-----------+-------------------+
3AEC
+---------+------------+-----------+-------------------+
官方定义：
第三范式（3NF）：
在第二范式的基础上，数据表中如果不存在非关键字段对任一候选关键字段的传递函数依赖则符合第三范式。
我的理解：
在第三范式中字段与字段之间不能存在组合重复
如:
不满足第三范式,字段A与字段C组合重复
+---------+------------+-----------+-------------------+---------------+
pkrowrowrowrow
+---------+------------+-----------+-------------------+---------------+
1ABCF
+---------+------------+-----------+-------------------+---------------+
2ADCG
+---------+------------+-----------+-------------------+---------------+
3AECK
+---------+------------+-----------+-------------------+---------------+
改为这样满足第三范式:
表1
+---------+------------+-----------+
pkrowrow
+---------+------------+-----------+
1AB
+---------+------------+-----------+
2AD
+---------+------------+-----------+
3AE
+---------+------------+-----------+
和表2
+---------+-------------------+------------+
pkrowrow
+---------+-------------------+------------+
1CF
+---------+-------------------+------------+
2CG
+---------+-------------------+------------+
3CK
+---------+-------------------+------------+
原则:
当出现字段与字段的组合重复,如上的A和C的组合重复,首先要考虑的就是把他们拆分为2个表,具体是C拆到表1,还是A拆到表1,看情况而定.
关键要理解定义这种范式标准的主要目的是为了减少数据冗余，数据冗余产生的本质就是在一个表中存在字段与字段之间的一对多，或者多对多关系。
解决这个几对几的关系问题，就能轻易实现满足第三范式的数据库设计。
对数据库三大范式的理解
By 傅健发表于2008-8-2716:
49:
00
2
推荐
第一范式（1NF）：
字段不能划分成更多字段；
不符合第一范式的例子：
表：
字段1 字段2 字段3 字段4
字段3.1字段3.2
现有的DBMS中设计出不符合第一范式的数据库都是不可能的。
第二范式（2NF）：
单关键字的表，或者若为组合关键字则必须没有候选关键字段→非关键字段的表；
不符合第二范式的例子：
表：
学号,姓名,年龄,课程名称,成绩,学分
（课程名称）→（学分）
（学号）→（姓名,年龄）
存在问题：
数据冗余，每条记录都含有相同信息；
删除异常：
删除所有学生成绩，就把课程信息全删除了；
插入异常：
学生未选课，无法记录进数据库；
更新异常：
调整课程学分，所有行都调整。
修正：
学生：
Student（学号,姓名,年龄）；
课程：
Course（课程名称,学分）；
选课关系：
SelectCourse（学号,课程名称,成绩）。
第三范式（3NF）：
在第二范式的基础上，数据表中如果不存在传递函数依赖：
关键字段→非关键字段x→非关键字段y
不符合第三范式的例子：
学号,姓名,年龄,所在学院,学院地点,学院电话，关键字为单一关键字"学号"
这个数据库是符合2NF的，但是不符合3NF，因为存在如下决定关系：
（学号）→（所在学院）→（学院地点,学院电话）
修正：
学生：
（学号,姓名,年龄,所在学院）；
学院：
（学院,地点,电话）。
轻松理解数据库三范式
一范式1NF
1、 数据库表的每一行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。
2、 表的每一行包含一个实例的信息。
2.2. 第二范式2NF
1、 要求数据库表中的每个实例或行必须是唯一的。
为实现区分，通常需要为表加一个列，以存储各个实例的唯一标识（即主键）。
2、 实体的属性完全依赖于主关键字。
所谓完全依赖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。
总之第二范式就是非主属性非部分依赖于主关键字。
2.3. 第三范式3NF
一个数据库表中不包含已在其他表中已包含的非主关键字信息。
例如存在一个部门信息表，其中每个部门有部门编号DEPT_ID、部门名称、部门简介等信息。
那么在员工信息表中列出的部门编号DEPT_ID后，就不能再有关于部门的其他信息，否则就会造成数据冗余。
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
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