理解數(shù)據(jù)庫范式
系統(tǒng)是短暫的數(shù)據(jù)是永恒的
轉(zhuǎn)自：http://blog.csdn.net/jianxiong8814/archive/2008/03/03/2142442.aspx
數(shù)據(jù)庫范式是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中必不可少的知識(shí)，沒有對(duì)范式的理解，就無法設(shè)計(jì)出高效率、優(yōu)雅的數(shù)據(jù)庫。甚至設(shè)計(jì)出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)庫。而想要理解并掌握范式卻并不是那 么容易。教科書中一般以關(guān)系代數(shù)的方法來解釋數(shù)據(jù)庫范式。這樣做雖然能夠十分準(zhǔn)確的表達(dá)數(shù)據(jù)庫范式，但比較抽象，不太直觀，不便于理解，更難以記憶。
本文用較為直白的語言介紹范式，旨在便于理解和記憶，這樣做可能會(huì)出現(xiàn)一些不精確的表述。但對(duì)于初學(xué)者應(yīng)該是個(gè)不錯(cuò)的入門。我寫下這些的目的主要是為了加
強(qiáng) 記憶，其實(shí)我也比較菜，我希望當(dāng)我對(duì)一些概念生疏的時(shí)候，回過頭來看看自己寫的筆記，可以快速地進(jìn)入狀態(tài)。如果你發(fā)現(xiàn)其中用錯(cuò)誤，請(qǐng)指正。
下面開始進(jìn)入正題：
一、基礎(chǔ)概念
要理解范式，首先必須對(duì)知道什么是關(guān)系數(shù)據(jù)庫，如果你不知道，我可以簡單的不能再簡單的說一下：關(guān)系數(shù)據(jù)庫就是用二維表來保存數(shù)據(jù)。表和表之間可以……（省略10W字）。
然后你應(yīng)該理解以下概念：
- 實(shí)體：現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在并可以被區(qū)別的事物。比如“一個(gè)學(xué)生”、“一本書”、“一門課”等等。值得強(qiáng)調(diào)的是這里所說的“事物”不僅僅是看得見摸得著的“東西”，它也可以是虛擬的，不如說“老師與學(xué)校的關(guān)系”。
- 屬性：教科書上解釋為：“實(shí)體所具有的某一特性”，由此可見，屬性一開始是個(gè)邏輯概念，比如說，“性別”是“人”的一個(gè)屬性。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，屬性又是個(gè)物理概念，屬性可以看作是“表的一列”。
- 元組：表中的一行就是一個(gè)元組。
- 分量：元組的某個(gè)屬性值。在一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，它是一個(gè)操作原子，即關(guān)系數(shù)據(jù)庫在做任何操作的時(shí)候，屬性是“不可分的”。否則就不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫了。
- 碼：表中可以唯一確定一個(gè)元組的某個(gè)屬性（或者屬性組），如果這樣的碼有不止一個(gè)，那么大家都叫候選碼，我們從候選碼中挑一個(gè)出來做老大，它就叫主碼。
- 全碼：如果一個(gè)碼包含了所有的屬性，這個(gè)碼就是全碼。
- 主屬性：一個(gè)屬性只要在任何一個(gè)候選碼中出現(xiàn)過，這個(gè)屬性就是主屬性。
- 非主屬性：與上面相反，沒有在任何候選碼中出現(xiàn)過，這個(gè)屬性就是非主屬性。
- 外碼：一個(gè)屬性（或?qū)傩越M），它不是碼，但是它別的表的碼，它就是外碼。
二、6個(gè)范式
好了，上面已經(jīng)介紹了我們掌握范式所需要的全部基礎(chǔ)概念，下面我們就來講范式。首先要明白，范式的包含關(guān)系。一個(gè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)如果符合第二范式，一定也符合第一范式。如果符合第三范式，一定也符合第二范式…
第一范式（1NF）：屬性不可分。
在前面我們已經(jīng)介紹了屬性值的概念，我們說，它是“不可分的”。而第一范式要求屬性也不可分。那么它和屬性值不可分有什么區(qū)別呢？給一個(gè)例子：
| name |
tel |
age |
| 大寶 |
13612345678 |
22 |
| 小明 |
13988776655 |
010－1234567 |
21 |
Ps：這個(gè)表中，屬性值“分”了。
| name |
tel |
age |
| 手機(jī) |
座機(jī) |
| 大寶 |
13612345678 |
021－9876543 |
22 |
| 小明 |
13988776655 |
010－1234567 |
21 |
Ps：這個(gè)表中，屬性 “分”了。
這兩種情況都不滿足第一范式。不滿足第一范式的數(shù)據(jù)庫，不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫！所以，我們?cè)谌魏侮P(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，做不出這樣的“表”來。
第二范式（2NF）：符合1NF，并且，非主屬性完全依賴于碼。
聽起來好像很神秘，其實(shí)真的沒什么。
一 個(gè)候選碼中的主屬性也可能是好幾個(gè)。如果一個(gè)主屬性，它不能單獨(dú)做為一個(gè)候選碼，那么它也不能確定任何一個(gè)非主屬性。給一個(gè)反例：我們考慮一個(gè)小學(xué)的教務(wù) 管理系統(tǒng)，學(xué)生上課指定一個(gè)老師，一本教材，一個(gè)教室，一個(gè)時(shí)間，大家都上課去吧，沒有問題。那么數(shù)據(jù)庫怎么設(shè)計(jì)？（學(xué)生上課表）
| 學(xué)生 |
課程 |
老師 |
老師職稱 |
教材 |
教室 |
上課時(shí)間 |
| 小明 |
一年級(jí)語文（上） |
大寶 |
副教授 |
《小學(xué)語文1》 |
101 |
14：30 |
一個(gè)學(xué)生上一門課，一定在特定某個(gè)教室。所以有（學(xué)生，課程）－>教室
一個(gè)學(xué)生上一門課，一定是特定某個(gè)老師教。所以有（學(xué)生，課程）－>老師
一個(gè)學(xué)生上一門課，他老師的職稱可以確定。所以有（學(xué)生，課程）－>老師職稱
一個(gè)學(xué)生上一門課，一定是特定某個(gè)教材。所以有（學(xué)生，課程）－>教材
一個(gè)學(xué)生上一門課，一定在特定時(shí)間。所以有（學(xué)生，課程）－>上課時(shí)間
因此（學(xué)生，課程）是一個(gè)碼。
然而，一個(gè)課程，一定指定了某個(gè)教材，一年級(jí)語文肯定用的是《小學(xué)語文1》，那么就有課程－>教材。（學(xué)生，課程）是個(gè)碼，課程卻決定了教材，這就叫做不完全依賴，或者說部分依賴。出現(xiàn)這樣的情況，就不滿足第二范式！
有什么不好嗎？你可以想想：
1、校長要新增加一門課程叫“微積分”，教材是《大學(xué)數(shù)學(xué)》，怎么辦？學(xué)生還沒選課，而學(xué)生又是主屬性，主屬性不能空，課程怎么記錄呢，教材記到哪呢? ……郁悶了吧?(插入異常)
2、下學(xué)期沒學(xué)生學(xué)一年級(jí)語文（上）了，學(xué)一年級(jí)語文（下）去了，那么表中將不存在一年級(jí)語文（上），也就沒了《小學(xué)語文1》。這時(shí)候，校長問：一年級(jí)語文（上）用的什么教材啊？……郁悶了吧?(刪除異常)
3、校長說：一年級(jí)語文（上）換教材，換成《大學(xué)語文》。有10000個(gè)學(xué)生選了這么課，改動(dòng)好大啊！改累死了……郁悶了吧？（修改異常）
那應(yīng)該怎么解決呢？投影分解，將一個(gè)表分解成兩個(gè)或若干個(gè)表
| 學(xué)生 |
課程 |
老師 |
老師職稱 |
教室 |
上課時(shí)間 |
| 小明 |
一年級(jí)語文（上） |
大寶 |
副教授 |
101 |
14：30 |
學(xué)生上課表新
| 課程 |
教材 |
| 一年級(jí)語文（上） |
《小學(xué)語文1》 |
課程的表 第三范式（3NF）：符合2NF，并且，消除傳遞依賴
上面的“學(xué)生上課表新”符合2NF，可以這樣驗(yàn)證：兩個(gè)主屬性單獨(dú)使用，不用確定其它四個(gè)非主屬性的任何一個(gè)。但是它有傳遞依賴！
在哪呢？問題就出在“老師”和“老師職稱”這里。一個(gè)老師一定能確定一個(gè)老師職稱。
有什么問題嗎？想想：
1、老師升級(jí)了，變教授了，要改數(shù)據(jù)庫，表中有N條，改了N次……（修改異常）
2、沒人選這個(gè)老師的課了，老師的職稱也沒了記錄……（刪除異常）
3、新來一個(gè)老師，還沒分配教什么課，他的職稱記到哪？……（插入異常）
那應(yīng)該怎么解決呢？和上面一樣，投影分解：
| 學(xué)生 |
課程 |
老師 |
教室 |
上課時(shí)間 |
| 小明 |
一年級(jí)語文（上） |
大寶 |
101 |
14：30 |
BC范式（BCNF）：符合3NF，并且，主屬性不依賴于主屬性
若關(guān)系模式屬于第一范式，且每個(gè)屬性都不傳遞依賴于鍵碼，則R屬于BC范式。
通常
BC范式的條件有多種等價(jià)的表述：每個(gè)非平凡依賴的左邊必須包含鍵碼；每個(gè)決定因素必須包含鍵碼。
BC范式既檢查非主屬性，又檢查主屬性。當(dāng)只檢查非主屬性時(shí)，就成了第三范式。滿足BC范式的關(guān)系都必然滿足第三范式。
還可以這么說：若一個(gè)關(guān)系達(dá)到了第三范式，并且它只有一個(gè)候選碼，或者它的每個(gè)候選碼都是單屬性，則該關(guān)系自然達(dá)到BC范式。
一般，一個(gè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)符合3NF或BCNF就可以了。在BC范式以上還有第四范式、第五范式。
第四范式：要求把同一表內(nèi)的多對(duì)多關(guān)系刪除。
第五范式：從最終結(jié)構(gòu)重新建立原始結(jié)構(gòu)。
但在絕大多數(shù)應(yīng)用中不需要設(shè)計(jì)到這種程度。并且，某些情況下，過于范式化甚至?xí)?duì)數(shù)據(jù)庫的邏輯可讀性和使用效率起到阻礙。數(shù)據(jù)庫中一定程度的冗余并不一定是壞事情。如果你對(duì)第四范式、第五范式感興趣可以看一看專業(yè)教材，從頭學(xué)起，并且忘記我說的一切，以免對(duì)你產(chǎn)生誤導(dǎo)。