三大範式和BC範式

引言

數據庫的設計範式是數據庫設計所須要知足的規範，知足這些規範的數據庫是簡潔的、結構明晰的，同時，不會發生插入 （insert）、刪除（delete）和更新（update）操做異常。反之則是亂七八糟，不只給數據庫的編程人員製造麻煩，並且面目可憎，可能存儲了 大量不須要的冗餘信息。

設計範式是否是很難懂呢？非也，大學教材上給咱們一堆數學公式咱們固然看不懂，也記不住。因此咱們不少人就根本不按照範式來設計數據庫。

實質上，設計範式用很形象、很簡潔的話語就能說清楚，道明白。本文將對範式進行通俗地說明，並以筆者曾經設計的一個簡單論壇的數據庫爲例來說解怎樣將這些範式應用於實際工程。

 

範式說明

第一範式（1NF）：

數據庫表中的字段都是單一屬性的，不可再分。這個單一屬性由基本類型構成，包括整型、實數、字符型、邏輯型、日期型等。

例如，以下的數據庫表是符合第一範式的：

字段1	字段2	字段3	字段4

而這樣的數據庫表是不符合第一範式的：

字段1	字段2	字段3	字段4
		字段3.1	字段3.2

很顯然，在當前的任何關係數據庫管理系統（DBMS）中，傻瓜也不可能作出不符合第一範式的數據庫，由於這些DBMS不容許你把數據庫表的一列再分紅二列或多列。所以，你想在現有的DBMS中設計出不符合第一範式的數據庫都是不可能的。

第二範式（2NF）：

數據庫表中不存在非關鍵字段對任一候選關鍵字段的部分函數依賴（部分函數依賴指的是存在組合關鍵字中的某些字段決定非關鍵字段的狀況），也即全部非關鍵字段都徹底依賴於任意一組候選關鍵字。

假定選課關係表爲SelectCourse(學號, 姓名, 年齡, 課程名稱, 成績, 學分)，關鍵字爲組合關鍵字(學號, 課程名稱)，由於存在以下決定關係：

(學號, 課程名稱) → (姓名, 年齡, 成績, 學分)

這個數據庫表不知足第二範式，由於存在以下決定關係：

(課程名稱) → (學分)

(學號) → (姓名, 年齡)

即存在組合關鍵字中的字段決定非關鍵字的狀況。

因爲不符合2NF，這個選課關係表會存在以下問題：

(1) 數據冗餘：

同一門課程由n個學生選修，」學分」就重複n-1次；同一個學生選修了m門課程，姓名和年齡就重複了m-1次。

(2) 更新異常：

若調整了某門課程的學分，數據表中全部行的」學分」值都要更新，不然會出現同一門課程學分不一樣的狀況。

(3) 插入異常：

假設要開設一門新的課程，暫時尚未人選修。這樣，因爲尚未」學號」關鍵字，課程名稱和學分也沒法記錄入數據庫。

(4) 刪除異常：

假設一批學生已經完成課程的選修，這些選修記錄就應該從數據庫表中刪除。可是，與此同時，課程名稱和學分信息也被刪除了。很顯然，這也會致使插入異常。

把選課關係表SelectCourse改成以下三個表：

學生：Student(學號, 姓名, 年齡)；

課程：Course(課程名稱, 學分)；

選課關係：SelectCourse(學號, 課程名稱, 成績)。

這樣的數據庫表是符合第二範式的，消除了數據冗餘、更新異常、插入異常和刪除異常。

另外，全部單關鍵字的數據庫表都符合第二範式，由於不可能存在組合關鍵字。

第三範式（3NF）：

在第二範式的基礎上，數據表中若是不存在非關鍵字段對任一候選關鍵字段的傳遞函數依賴則符合第三範式。所謂傳遞函數依賴，指的是如 果存在」A → B → C」的決定關係，則C傳遞函數依賴於A。所以，知足第三範式的數據庫表應該不存在以下依賴關係：

關鍵字段 → 非關鍵字段x → 非關鍵字段y

假定學生關係表爲Student(學號, 姓名, 年齡, 所在學院, 學院地點, 學院電話)，關鍵字爲單一關鍵字」學號」，由於存在以下決定關係：

(學號) → (姓名, 年齡, 所在學院, 學院地點, 學院電話)

這個數據庫是符合2NF的，可是不符合3NF，由於存在以下決定關係：

(學號) → (所在學院) → (學院地點, 學院電話)

即存在非關鍵字段」學院地點」、」學院電話」對關鍵字段」學號」的傳遞函數依賴。

它也會存在數據冗餘、更新異常、插入異常和刪除異常的狀況，讀者可自行分析得知。

把學生關係表分爲以下兩個表：

學生：(學號, 姓名, 年齡, 所在學院)；

學院：(學院, 地點, 電話)。

這樣的數據庫表是符合第三範式的，消除了數據冗餘、更新異常、插入異常和刪除異常。

鮑依斯-科得範式（BCNF）：

在第三範式的基礎上，數據庫表中若是不存在任何字段對任一候選關鍵字段的傳遞函數依賴則符合BC範式。

假設倉庫管理關係表爲StorehouseManage(倉庫ID, 存儲物品ID, 管理員ID, 數量)，且有一個管理員只在一個倉庫工做；一個倉庫能夠存儲多種物品。這個數據庫表中存在以下決定關係：

(倉庫ID, 存儲物品ID) →(管理員ID, 數量)

(管理員ID, 存儲物品ID) → (倉庫ID, 數量)

因此，(倉庫ID, 存儲物品ID)和(管理員ID, 存儲物品ID)都是StorehouseManage的候選關鍵字，表中的惟一非關鍵字段爲數量，它是符合第三範式的。可是，因爲存在以下決定關係：

(倉庫ID) → (管理員ID)

(管理員ID) → (倉庫ID)

即存在關鍵字段決定關鍵字段的狀況，因此其不符合BCNF範式。它會出現以下異常狀況：

(1) 刪除異常：

當倉庫被清空後，全部」存儲物品ID」和」數量」信息被刪除的同時，」倉庫ID」和」管理員ID」信息也被刪除了。

(2) 插入異常：

當倉庫沒有存儲任何物品時，沒法給倉庫分配管理員。

(3) 更新異常：

若是倉庫換了管理員，則表中全部行的管理員ID都要修改。

把倉庫管理關係表分解爲二個關係表：

倉庫管理：StorehouseManage(倉庫ID, 管理員ID)；

倉庫：Storehouse(倉庫ID, 存儲物品ID, 數量)。

這樣的數據庫表是符合BCNF範式的，消除了刪除異常、插入異常和更新異常。