理解數(shù)據(jù)庫(kù)范式
系統(tǒng)是短暫的
數(shù)據(jù)是永恒的
數(shù) 據(jù)庫(kù)范式是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中必不可少的知識(shí)，沒(méi)有對(duì)范式的理解，就無(wú)法設(shè)計(jì)出高效率、優(yōu)雅的數(shù)據(jù)庫(kù)。甚至設(shè)計(jì)出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)庫(kù)。而想要理解并掌握范式卻并不是那 么容易。教科書(shū)中一般以關(guān)系代數(shù)的方法來(lái)解釋數(shù)據(jù)庫(kù)范式。這樣做雖然能夠十分準(zhǔn)確的表達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)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(yǔ)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(mén)。我寫(xiě)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(guò)頭來(lái)看看自己寫(xiě)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(kāi)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(kù)，如果你不知道，我可以簡(jiǎn)單的不能再簡(jiǎn)單的說(shuō)一下：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)就是用二維表來(lái)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(shū)”、“一門(mén)課”等等。值得強(qiáng)調(diào)的是這里所說(shuō)的“事物”不僅僅是看得見(jiàn)摸得著的“東西”，它也可以是虛擬的，不如說(shuō)“老師與學(xué)校的關(guān)系”。

 
屬性：教科書(shū)上解釋為：“實(shí)體所具有的某一特性”，由此可見(jiàn)，屬性一開(kāi)始是個(gè)邏輯概念，比如說(shuō)，“性別”是“人”的一個(gè)屬性。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)中，它是一個(gè)操作原子，即關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(lái)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(guò)，這個(gè)屬性就是主屬性。

 
非主屬性：與上面相反，沒(méi)有在任何候選碼中出現(xiàn)過(guò)，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(lái)講范式。首先要明白，范式的包含關(guān)系。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)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(shuō)，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(kù)，不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)！所以，我們?cè)谌魏侮P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，做不出這樣的“表”來(lái)。

 
 
 
第二范式（2NF）：符合1NF，并且，非主屬性完全依賴于碼。
聽(tīng)起來(lái)好像很神秘，其實(shí)真的沒(méi)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(méi)有問(wèn)題。那么數(shù)據(jù)庫(kù)怎么設(shè)計(jì)？（學(xué)生上課表）

學(xué)生
 課程
 老師
 老師職稱(chēng)
 教材
 教室
 上課時(shí)間
 
小明
 一年級(jí)語(yǔ)文（上）
 大寶
 副教授
 《小學(xué)語(yǔ)文1》
 101
 14：30
 

一個(gè)學(xué)生上一門(mén)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(mén)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(mén)課，他老師的職稱(chēng)可以確定。所以有（學(xué)生，課程）－>老師職稱(chēng)

一個(gè)學(xué)生上一門(mén)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(mén)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(yǔ)文肯定用的是《小學(xué)語(yǔ)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(shuō)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(zhǎng)要新增加一門(mén)課程叫“微積分”，教材是《大學(xué)數(shù)學(xué)》，怎么辦？學(xué)生還沒(méi)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(méi)學(xué)生學(xué)一年級(jí)語(yǔ)文（上）了，學(xué)一年級(jí)語(yǔ)文（下）去了，那么表中將不存在一年級(jí)語(yǔ)文（上），也就沒(méi)了《小學(xué)語(yǔ)文1》。這時(shí)候，校長(zhǎng)問(wèn)：一年級(jí)語(yǔ)文（上）用的什么教材啊？……郁悶了吧?(刪除異常)

3、             校長(zhǎng)說(shuō)：一年級(jí)語(yǔ)文（上）換教材，換成《大學(xué)語(yǔ)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(chēng)
 教室
 上課時(shí)間
 
小明
 一年級(jí)語(yǔ)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(yǔ)文（上）
 《小學(xué)語(yǔ)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(wèn)題就出在“老師”和“老師職稱(chēng)”這里。一個(gè)老師一定能確定一個(gè)老師職稱(chēng)。

有什么問(wèn)題嗎？想想：

1、  老師升級(jí)了，變教授了，要改數(shù)據(jù)庫(kù)，表中有N條，改了N次……（修改異常）

2、  沒(méi)人選這個(gè)老師的課了，老師的職稱(chēng)也沒(méi)了記錄……（刪除異常）
3、  新來(lái)一個(gè)老師，還沒(méi)分配教什么課，他的職稱(chēng)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(yǔ)文（上）
 大寶
 101
 14：30
 

 
老師
 老師職稱(chēng)
 
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(shuō)：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(kù)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(guò)于范式化甚至?xí)?duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯可讀性和使用效率起到阻礙。數(shù)據(jù)庫(kù)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(zhuān)業(yè)教材，從頭學(xué)起，并且忘記我說(shuō)的一切，以免對(duì)你產(chǎn)生誤導(dǎo)。