東西很多 要慢慢看。。大概整合了三篇文章
設(shè)計(jì)范式（范式,數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)范式,數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)范式）是符合某一種級(jí)別的關(guān)系模式的集合。構(gòu)造數(shù)據(jù)庫必須遵循一定的規(guī)則。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，這種規(guī)則就是范式。關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的關(guān)系必須滿足一定的要求，即滿足不同的范式。目前關(guān)系數(shù)據(jù)庫有六種范式：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、第四范式（4NF）、第五范式（5NF）和第六范式（6NF）。滿足最低要求的范式是第一范式（1NF）。在第一范式的基礎(chǔ)上進(jìn)一步滿足更多要求的稱為第二范式（2NF），其余范式以次類推。一般說來，數(shù)據(jù)庫只需滿足第三范式（3NF）就行了。下面我們舉例介紹第一范式（1NF）、第二范式（2NF）和第三范式（3NF）。
在創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫的過程中，范化是將其轉(zhuǎn)化為一些表的過程，這種方法可以使從數(shù)據(jù)庫得到的結(jié)果更加明確。這樣可能使數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生重復(fù)數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致創(chuàng)建多余的表。范化是在識(shí)別數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)元素、關(guān)系，以及定義所需的表和各表中的項(xiàng)目這些初始工作之后的一個(gè)細(xì)化的過程。
下面是范化的一個(gè)例子
Customer Item purchased Purchase price
Thomas Shirt $40
Maria Tennis shoes $35
Evelyn Shirt $40
Pajaro Trousers $25
如果上面這個(gè)表用于保存物品的價(jià)格，而你想要?jiǎng)h除其中的一個(gè)顧客，這時(shí)你就必須同時(shí)刪除一個(gè)價(jià)格。范化就是要解決這個(gè)問題，你可以將這個(gè)表化為兩個(gè)表，一個(gè)用于存儲(chǔ)每個(gè)顧客和他所買物品的信息，另一個(gè)用于存儲(chǔ)每件產(chǎn)品和其價(jià)格的信息，這樣對(duì)其中一個(gè)表做添加或刪除操作就不會(huì)影響另一個(gè)表。
關(guān)系數(shù)據(jù)庫的幾種設(shè)計(jì)范式介紹
1 第一范式（1NF）
在任何一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，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)庫就不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫。
所謂第一范式（1NF）是指數(shù)據(jù)庫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。例如，對(duì)于圖3-2 中的員工信息表，不能將員工信息都放在一列中顯示，也不能將其中的兩列或多列在一列中顯示；員工信息表的每一行只表示一個(gè)員工的信息，一個(gè)員工的信息在表中只出現(xiàn)一次。簡而言之，第一范式就是無重復(fù)的列。
2 第二范式（2NF）
第二范式（2NF）是在第一范式（1NF）的基礎(chǔ)上建立起來的，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)。如圖3-2 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。這個(gè)惟一屬性列被稱為主關(guān)鍵字或主鍵、主碼。
第二范式（2NF）要求實(shí)體的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，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。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)。簡而言之，第二范式就是非主屬性必須依賴于整個(gè)主關(guān)鍵字。
3 第三范式（3NF）
滿足第三范式（3NF）必須先滿足第二范式（2NF）。簡而言之，第三范式（3NF）要求一個(gè)數(shù)據(jù)庫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)部門信息表，其中每個(gè)部門有部門編號(hào)（dept_id）、部門名稱、部門簡介等信息。那么在圖3-2的員工信息表中列出部門編號(hào)后就不能再將部門名稱、部門簡介等與部門有關(guān)的信息再加入員工信息表中。如果不存在部門信息表，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。簡而言之，第三范式就是屬性不依賴于其它非主屬性。
數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)三大范式應(yīng)用實(shí)例剖析
數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)范式是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)所需要滿足的規(guī)范，滿足這些規(guī)范的數(shù)據(jù)庫是簡潔的、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。
設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)據(jù)庫。
實(shí)質(zhì)上，設(shè)計(jì)范式用很形象、很簡潔的話語就能說清楚，道明白。本文將對(duì)范式進(jìn)行通俗地說明，并以筆者曾經(jīng)設(shè)計(jì)的一個(gè)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(shí)際工程。
范式說明
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(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。
例如，如下的數(shù)據(jù)庫表是符合第一范式的：
字段1 字段2 字段3 字段4
而這樣的數(shù)據(jù)庫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?yàn)檫@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(jì)出不符合第一范式的數(shù)據(jù)庫都是不可能的。
第二范式（2NF）：數(shù)據(jù)庫表中不存在非關(guān)鍵字段對(duì)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。
假定選課關(guān)系表為SelectCourse(學(xué)號(hào), 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(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, 學(xué)分)
這個(gè)數(shù)據(jù)庫表不滿足第二范式，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)存在如下問題：
(1) 數(shù)據(jù)冗余：
同一門課程由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)同一門課程學(xué)分不同的情況。
(3) 插入異常：
假設(shè)要開設(shè)一門新的課程，暫時(shí)還沒有人選修。這樣，由于還沒有"學(xué)號(hào)"關(guān)鍵字，課程名稱和學(xué)分也無法記錄入數(shù)據(jù)庫。
(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)。
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。
另外，所有單關(guān)鍵字的數(shù)據(jù)庫表都符合第二范式，因?yàn)椴豢赡艽嬖诮M合關(guān)鍵字。
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。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：
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。
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(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。
假設(shè)倉庫管理關(guān)系表為StorehouseManage(倉庫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)倉庫工作；一個(gè)倉庫可以存儲(chǔ)多種物品。這個(gè)數(shù)據(jù)庫表中存在如下決定關(guān)系：
(倉庫ID, 存儲(chǔ)物品ID) →(管理員ID, 數(shù)量)
(管理員ID, 存儲(chǔ)物品ID) → (倉庫ID, 數(shù)量)
所以，(倉庫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：
(倉庫ID) → (管理員ID)
(管理員ID) → (倉庫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)倉庫被清空后，所有"存儲(chǔ)物品ID"和"數(shù)量"信息被刪除的同時(shí)，"倉庫ID"和"管理員ID"信息也被刪除了。
(2) 插入異常：
當(dāng)倉庫沒有存儲(chǔ)任何物品時(shí)，無法給倉庫分配管理員。
(3) 更新異常：
如果倉庫換了管理員，則表中所有行的管理員ID都要修改。
把倉庫管理關(guān)系表分解為二個(gè)關(guān)系表：
倉庫管理：StorehouseManage(倉庫ID, 管理員ID)；
倉庫：Storehouse(倉庫ID, 存儲(chǔ)物品ID, 數(shù)量)。
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。
范式應(yīng)用
我們來逐步搞定一個(gè)論壇的數(shù)據(jù)庫，有如下信息：
（1） 用戶：用戶名，email，主頁，電話，聯(lián)系地址
（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
第一次我們將數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)為僅僅存在表：
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
這個(gè)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(gè)元組。我們需要增加"發(fā)帖ID"、"回復(fù)ID"字段，即將表修改為：
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
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：
(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)
但是，這樣的設(shè)計(jì)不符合第二范式，因?yàn)榇嬖谌缦聸Q定關(guān)系：
(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)
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(gè)設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)冗余和操作異常。
我們將數(shù)據(jù)庫表分解為（帶下劃線的為關(guān)鍵字）：
（1） 用戶信息：用戶名，email，主頁，電話，聯(lián)系地址
（2） 帖子信息：發(fā)帖ID，標(biāo)題，內(nèi)容
（3） 回復(fù)信息：回復(fù)ID，標(biāo)題，內(nèi)容
（4） 發(fā)貼：用戶名，發(fā)帖ID
（5） 回復(fù)：發(fā)帖ID，回復(fù)ID
這樣的設(shè)計(jì)是滿足第1、2、3范式和BCNF范式要求的，但是這樣的設(shè)計(jì)是不是最好的呢？
不一定。
觀察可知，第4項(xiàng)"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(xiàng)的"帖子信息"中；第5項(xiàng)"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(xiàng)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(jì)為：
（1） 用戶信息：用戶名，email，主頁，電話，聯(lián)系地址
（2） 帖子信息：用戶名，發(fā)帖ID，標(biāo)題，內(nèi)容
（3） 回復(fù)信息：發(fā)帖ID，回復(fù)ID，標(biāo)題，內(nèi)容
數(shù)據(jù)庫表1顯然滿足所有范式的要求；
數(shù)據(jù)庫表2中存在非關(guān)鍵字段"標(biāo)題"、"內(nèi)容"對(duì)關(guān)鍵字段"發(fā)帖ID"的部分函數(shù)依賴，即不滿足第二范式的要求，但是這一設(shè)計(jì)并不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余和操作異常；
數(shù)據(jù)庫表3中也存在非關(guān)鍵字段"標(biāo)題"、"內(nèi)容"對(duì)關(guān)鍵字段"回復(fù)ID"的部分函數(shù)依賴，也不滿足第二范式的要求，但是與數(shù)據(jù)庫表2相似，這一設(shè)計(jì)也不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余和操作異常。
由此可以看出，并不一定要強(qiáng)行滿足范式的要求，對(duì)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(jì)反而比較好！
對(duì)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(huì)導(dǎo)致不符合范式要求，同時(shí)導(dǎo)致操作異常和數(shù)據(jù)冗余。
對(duì)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(jì)導(dǎo)致不符合范式要求，但是并不會(huì)導(dǎo)致操作異常和數(shù)據(jù)冗余。
結(jié)論
滿足范式要求的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)清晰的，同時(shí)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(jì)一定是錯(cuò)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。
理解數(shù)據(jù)庫范式
系統(tǒng)是短暫的
數(shù)據(jù)是永恒的
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?。?#8230;…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??！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
老師
老師職稱
大寶
副教授
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)。
關(guān)系模式的范式
主要有4種范式，1NF，2NF，3NF，BCNF，按從左至右的順序一種比一種要求更嚴(yán)格。要符合某一種范式必須也滿足它前邊的所有范式。一般項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)達(dá)到3NF就可以了，而且可根據(jù)具體情況適當(dāng)增加冗余，不必教條地遵守所謂規(guī)范。
簡單而言，1NF就是要求一張表里只放相互關(guān)聯(lián)的字段，一個(gè)字段里只放一條信息，這只是最基本的要求。至于2NF，3NF，BCNF雖然描述的內(nèi)容不同，但表現(xiàn)在數(shù)據(jù)特點(diǎn)上很相似，就好比在說不要為了向某廠訂購一批貨記下來，就把的廠的面積、電話等都放在同一張表里，而應(yīng)該用兩張表，以盡量避免浪費(fèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。因?yàn)楹屯粋€(gè)廠可能會(huì)交易好幾次，但沒必要每次交易都記錄全部的信息。
從范式所允許的函數(shù)依賴方面進(jìn)行比較，四種范式之間的關(guān)聯(lián)如下圖所示。
以下對(duì)每種范式作一一說明。
2.3.4.2 第一范式
在關(guān)系模式R中的每一個(gè)具體關(guān)系r中，如果每個(gè)屬性值 都是不可再分的最小數(shù)據(jù)單位，則稱R是第一范式的關(guān)系。
例：如職工號(hào)，姓名，電話號(hào)碼組成一個(gè)表（一個(gè)人可能有一個(gè)辦公室電話 和一個(gè)家里電話號(hào)碼） 規(guī)范成為1NF有三種方法：
一是重復(fù)存儲(chǔ)職工號(hào)和姓名。這樣，關(guān)鍵字只能是電話號(hào)碼。
二是職工號(hào)為關(guān)鍵字，電話號(hào)碼分為單位電話和住宅電話兩個(gè)屬性
三是職工號(hào)為關(guān)鍵字，但強(qiáng)制每條記錄只能有一個(gè)電話號(hào)碼。
以上三個(gè)方法，第一種方法最不可取，按實(shí)際情況選取后兩種情況。
2.3.4.3 第二范式
關(guān)系的第二范式(2NF)定義： 如果關(guān)系模式R為1NF，并且R中的每一個(gè)非主屬性都完全依賴于R的某個(gè)候選關(guān)鍵字，則稱R是第二范式的，簡記為2NF。
【例2.40】 設(shè)有關(guān)系模式R(學(xué)號(hào)S#,課程號(hào)C#,成績G,任課教師TN,教師專長TS)，基于R的函數(shù)依賴集F={(S#,C#)→G,C#→TN,TN→TS},判斷R是否為2NF。
解：
(1) 容易看出，關(guān)系模式R是1NF。因?yàn)镽符合關(guān)系的定義，R的所有屬性值都是不可再分的原子值。
R是否為2NF，應(yīng)根據(jù)2NF的定義來判斷。
首先要確定關(guān)系模式R中各屬性間的函數(shù)依賴情況。如果沒有直接給出R的函數(shù)依賴集，就要按照語義把它確定下來。在本例中，已直接給出基于R的函數(shù)依賴集F，我們可使用阿氏推理規(guī)則并結(jié)合下面介紹的方法，進(jìn)一步確定R中哪些是主屬性、哪些是非主屬性、侯選關(guān)鍵字由哪些屬性構(gòu)成。
方法① 寫出函數(shù)依賴集F中的各個(gè)函數(shù)依賴以幫助分析。方法①的特點(diǎn)是直接。
F={(S#,C#)→G，
C#→TN，
TN→TS
}
方法② 用有向圖表示屬性間函數(shù)依賴，結(jié)點(diǎn)表示屬性，方框包含若干個(gè)結(jié)點(diǎn)表示屬性組合，有向箭頭表示函數(shù)依賴。本例的函數(shù)依賴圖如圖2.9所示。方法②的特點(diǎn)是直觀。
圖2.9 函數(shù)依賴圖例子
方法③ 把關(guān)系模式R與函數(shù)依賴集F結(jié)合起來，屬性組合用下劃線(或上劃線)表示，函數(shù)依賴用有向箭頭表示。本例的函數(shù)依賴簡圖如圖2.10所示。方法③的特點(diǎn)是簡單。
圖2.10函數(shù)依賴簡圖例子
用阿氏推理規(guī)則由F可推出：(S#,C#)→{S#,C#,G,TN,TS}，即屬性組合(S#,C#)是R的候選關(guān)鍵字(R只有這一個(gè)候選鍵)。(S#,C#)的一個(gè)值可惟一標(biāo)識(shí)R中的一個(gè)元組(并且沒有多余的屬性)。
在R中，S#,C#是主屬性；其余的屬性G,TN,TS為非主屬性。
借助上面的圖，我們可以看到，非主屬性G對(duì)鍵是完全依賴：(S#,C#)→G。但非主屬性TN,TS對(duì)鍵是部分依賴(他們僅依賴于鍵的真子集C#)。由于R中存在非主屬性對(duì)候選鍵的部分依賴，所以關(guān)系模式R不是2NF。
R中存在非主屬性對(duì)候選鍵的部分依賴，將會(huì)引起數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)操作異常等問題。可以把關(guān)系R無損聯(lián)接地分解成兩個(gè)2NF的關(guān)系模式：
ρ={R1,R2}，R1={S#.C#,G},R2={C#,TN,TS}。
【例2.41】選課關(guān)系 SCI（SNO，CNO，GRADE，CREDIT）其中SNO為學(xué)號(hào)， CNO為課程號(hào)，GRADEGE 為成績，CREDIT 為學(xué)分。
由以上條件，關(guān)鍵字為組合關(guān)鍵字（SNO，CNO）
在應(yīng)用中使用以上關(guān)系模式有以下問題：
a.數(shù)據(jù)冗余，假設(shè)同一門課由40個(gè)學(xué)生選修，學(xué)分就 重復(fù)40次。
b.更新異常，若調(diào)整了某課程的學(xué)分，相應(yīng)的元組CREDIT值都要更新，有可能會(huì)出現(xiàn)同一門課學(xué)分不同。
c.插入異常，如計(jì)劃開新課，由于沒人選修，沒有學(xué)號(hào)關(guān)鍵字，只能等有人選修才能把課程和學(xué)分存入。
d.刪除異常，若學(xué)生已經(jīng)結(jié)業(yè)，從當(dāng)前數(shù)據(jù)庫刪除選修記錄,就會(huì)可能連課程號(hào)及學(xué)分完全從數(shù)據(jù)庫中刪除，則此門課程及學(xué)分記錄無法保存。
原因：非關(guān)鍵字屬性CREDIT僅函數(shù)依賴于CNO，也就是CREDIT部分依賴組合關(guān)鍵字（SNO，CNO）而不是完全依賴。
解決方法：分成兩個(gè)關(guān)系模式 SC1（SNO，CNO，GRADE），C2（CNO，CREDIT）。新關(guān)系包括兩個(gè)關(guān)系模式，它們之間通過SC1中的外關(guān)鍵字CNO相聯(lián)系，需要時(shí)再進(jìn)行自然聯(lián)接，恢復(fù)了原來的關(guān)系
2.3.4.4 第三范式
關(guān)系的第三范式(3NF)定義： 如果關(guān)系模式R為2NF，并且R中的每一個(gè)非主屬性都不傳遞依賴于R的某個(gè)候選關(guān)鍵字，則稱R是第三范式的，簡記為3NF。
【例2.42】續(xù)上例2.40（R(學(xué)號(hào)S#,課程號(hào)C#,成績G,任課教師TN,教師專長TS)），判斷關(guān)系模式R1={S#.C#,G},R2={C#,TN,TS} 是否為3NF。
解：
(1) 在關(guān)系模式R1={S#,C#,G}，候選關(guān)鍵字是(S#,C#)，主屬性是S#,C#，非主屬性是G，函數(shù)依賴為(S#,C#)→G。 由于R1中不存在非主屬性對(duì)候選關(guān)鍵字的傳遞依賴，所以關(guān)系模式R1是3NF。
(2) 在關(guān)系模式R2={C#,TN,TS}，候選關(guān)鍵字是C#，主屬性是C#，非主屬性是TN,TS，函數(shù)依賴為C#→TN，TN→TS。由于R2中存在非主屬性對(duì)候選關(guān)鍵字的傳遞依賴C# TS，所以關(guān)系模式R2不是3NF。
可以把關(guān)系R2無損聯(lián)接地分解成兩個(gè)3NF的關(guān)系模式：
ρ={R3,R4}，R3={C#,TN},R4={TN,TS}。
【例2.43】如（SNO，SNAME，DNO，DNAME，LOCATION） 各屬性分別代表學(xué)號(hào)，
姓名，所在系，系名稱，系地址。 判斷關(guān)系模式S1是否為3NF。
關(guān)鍵字SNO決定各個(gè)屬性。由于是單個(gè)關(guān)鍵字，沒有部分依賴的問題，是2NF。
但這關(guān)系有大量的冗余，有關(guān)學(xué)生所在的幾個(gè)屬性DNO，DNAME，LOCATION將重復(fù)存儲(chǔ)，插入，刪除和修改時(shí)也將產(chǎn)生類似以上例的情況。
原因：關(guān)系中存在傳遞依賴造成的。關(guān)鍵字 SNO 對(duì) LOCATION 函數(shù)決定是通過傳遞依賴:SNO -> DNO，及DNO -> LOCATION實(shí)現(xiàn)的。也就是說，SNO不直接決定非主屬性LOCATION，不是3NF。
解決目地：每個(gè)關(guān)系模式中不能留有傳遞依賴。
解決方法：分為兩個(gè)關(guān)系 S（SNO，SNAME，DNO），D（DNO，DNAME，LOCATION）
注意：關(guān)系S中不能沒有外關(guān)鍵字DNO。否則兩個(gè)關(guān)系之間失去聯(lián)系。
2.3.4.5 Boyce-Codd范式
關(guān)系的Boyce-Codd范式(BCNF)定義： 如果關(guān)系模式R為1NF，并且R中的每一個(gè)函數(shù)依賴X→Y(YÏX),必有X是R的超關(guān)鍵字，則稱R是Boyce-Codd范式的，簡記為BCNF。
從BCNF的定義中，可以明顯地得出如下結(jié)論：
(1) 所有非主屬性對(duì)鍵是完全函數(shù)依賴；
(2) 所有主屬性對(duì)不包含它的鍵是完全函數(shù)依賴；
(3)沒有屬性完全函數(shù)依賴于非鍵的任何屬性組合。
與2NF,3NF的定義不同，BCNF的定義直接建立在1NF的基礎(chǔ)上。但實(shí)質(zhì)上BCNF是3NF的改進(jìn)形式。3NF僅考慮了非主屬性對(duì)鍵的依賴情況，BCNF把主屬性對(duì)鍵的依賴情況也包括進(jìn)去。BCNF要求滿足的條件比3NF所要求的更高。如果關(guān)系模式R是BCNF的，那么R必定是3NF，反之，則不一定成立。
【例2.43】 續(xù)前例2.42（學(xué)號(hào)S#,課程號(hào)C#,成績G,任課教師TN,教師專長TS）,判斷兩個(gè)3NF關(guān)系模式R3={C#,TN},R4={TN,TS}是否為BCNF。
解：在關(guān)系模式R3中有函數(shù)依賴C#→TN，決定因素C#是R3的鍵；
在關(guān)系模式R4中有函數(shù)依賴TN→TS，決定因素TN是R4的鍵；
R3,R4都滿足BCNF的定義，所以，這兩個(gè)關(guān)系模式都是BCNF。
【例2.44】配件管理關(guān)系模式 WPE（WNO，PNO，ENO，QNT）分別表倉庫號(hào)，配件號(hào)，職工號(hào)，數(shù)量。有以下條件
a.一個(gè)倉庫有多個(gè)職工。
b.一個(gè)職工僅在一個(gè)倉庫工作。
c.每個(gè)倉庫里一種型號(hào)的配件由專人負(fù)責(zé)，但一個(gè)人可以管理幾種配件。
d.同一種型號(hào)的配件可以分放在幾個(gè)倉庫中。
分析：由以上得 PNO 不能確定QNT，由組合屬性（WNO，PNO）來決定，存在函數(shù)依賴（WNO，PNO） -> ENO。由于每個(gè)倉庫里的一種配件由專人負(fù)責(zé)，而一個(gè)人可以管理幾種配件，所以有組合屬性（WNO，PNO）才能確定負(fù)責(zé)人，有（WNO，PNO）-> ENO。因?yàn)?一個(gè)職工僅在一個(gè)倉庫工作，有ENO -> WNO。由于每個(gè)倉庫里的一種配件由專人負(fù)責(zé)，而一個(gè)職工僅在一個(gè)倉庫工作，有 （ENO，PNO）-> QNT。
找一下候選關(guān)鍵字，因?yàn)椋╓NO，PNO） -> QNT，（WNO，PNO）-> ENO ，因此 （WNO，PNO）可以決定整個(gè)元組，是一個(gè)候選關(guān)鍵字。根據(jù)ENO->WNO，（ENO，PNO）->QNT，故（ENO，PNO）也能決定整個(gè)元組，為另一個(gè)候選關(guān)鍵字。屬性ENO，WNO，PNO 均為主屬性，只有一個(gè)非主屬性QNT。它對(duì)任何一個(gè)候選關(guān)鍵字都是完全函數(shù)依賴的，并且是直接依賴，所以該關(guān)系模式是3NF。
分析一下主屬性。因?yàn)镋NO->WNO，主屬性ENO是WNO的決定因素，但是它本身不是關(guān)鍵字，只是組合關(guān)鍵字的一部分。這就造成主屬性WNO對(duì)另外一個(gè)候選關(guān)鍵字（ENO，PNO）的部 分依賴，因?yàn)椋‥NO，PNO）-> ENO但反過來不成立，而P->WNO，故（ENO，PNO）-> WNO 也是傳遞依賴。
雖然沒有非主屬性對(duì)候選關(guān)鍵遼的傳遞依賴，但存在主屬性對(duì)候選關(guān)鍵字的傳遞依賴，同樣也會(huì)帶來麻煩。如一個(gè)新職工分配到倉庫工作，但暫時(shí)處于實(shí)習(xí)階段，沒有獨(dú)立負(fù)責(zé)對(duì)某些配件的管理任務(wù)。由于缺少關(guān)鍵字的一部分PNO而無法插入到該關(guān)系中去。又如某個(gè)人改成不管配件了去負(fù)責(zé)安全，則在刪除配件的同時(shí)該職工也會(huì)被刪除。
解決辦法：分成管理EP（ENO，PNO，QNT），關(guān)鍵字是（ENO，PNO）工作EW（ENO，WNO）其關(guān)鍵字是ENO
缺點(diǎn)：分解后函數(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 丟失了, 因而對(duì)原來的語義有所破壞。沒有體現(xiàn)出每個(gè)倉庫里一種部件由專人負(fù)責(zé)。有可能出現(xiàn) 一部件由兩個(gè)人或兩個(gè)以上的人來同時(shí)管理。因此，分解之后的關(guān)系模式降低了部分完整性約束。
