數(shù)據(jù)庫復習資料數(shù)據(jù)庫范式詳解

數(shù)據(jù)庫范式（INF2NF3NFBCNF）詳解數(shù)據(jù)結(jié)構設計模式編程制造數(shù)據(jù)庫的設計范式是數(shù)據(jù)庫設計所需要滿足的規(guī)范，滿足這些規(guī)范的數(shù)據(jù)庫是簡潔的、結(jié)構明晰的，同時，不會發(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，可能存儲了大量不需要的冗余信息。范式說明1.1第一范式（1NF）無重復的列所謂第一范式（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，同一列中不能有多個值，即實體中的某個屬性不能有多個值或者不能有重復的屬性。如果出現(xiàn)重復的屬性，就可能需要定義一個新的實體，新的實體由重復的屬性構成，新實體與原實體之間為一對多關系。在第一范式（1NF）中表的每一行只包含一個實例的信息。簡而言之，第一范式就是無重復的列。說明：在任何一個關系數(shù)據(jù)庫中，第一范式（1NF）是對關系模式的基本要求，不滿足第一范式（1NF）的數(shù)據(jù)庫就不是關系數(shù)據(jù)庫。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數(shù)據(jù)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(shù)、字符型、邏輯型、日期型等。很顯然，在當前的任何關系數(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，因為這些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中設計出不符合第一范式的數(shù)據(jù)庫都是不可能的。1.2第二范式（2NF）屬性完全依賴于主鍵［消除部分子函數(shù)依賴］如果關系模式R為第一范式，并且R中每一個非主屬性完全函數(shù)依賴于R的某個候選鍵，則稱為第二范式模式。第二范式（2NF）是在第一范式（1NF）的基礎上建立起來的，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)庫表中的每個實例或行必須可以被惟一地區(qū)分。為實現(xiàn)區(qū)分通常需要為表加上一個列，以存儲各個實例的惟一標識。這個惟一屬性列被稱為主關鍵字或主鍵、主碼。例如員工信息表中加上了員工編號（emp_id）列，因為每個員工的員工編號是惟一的，因此每個員工可以被惟一區(qū)分。簡而言之，第二范式（2NF）就是非主屬性完全依賴于主關鍵字。所謂完全依賴是指不能存在僅依賴主關鍵字一部分的屬性（設有函數(shù)依賴W-A，若存在XW，有X-A成立，那么稱W-A是局部依賴，否則就稱W-A是完全函數(shù)依賴）。如果存在，那么這個屬性和主關鍵字的這一部分應該分離出來形成一個新的實體，新實體與原實體之間是一對多的關系。假定選課關系表為SelectCourse（學號，姓名，年齡，課程名稱，成績，學分），關鍵字為組合關鍵字（學號，課程名稱），因為存在如下決定關系：（學號，課程名稱）一（姓名，年齡，成績，學分）這個數(shù)據(jù)庫表不滿足第二范式，因為存在如下決定關系：（課程名稱）f（學分）（學號）f（姓名，年齡）即存在組合關鍵字中的字段決定非關鍵字的情況。由于不符合2NF，這個選課關系表會存在如下問題：（1） 數(shù)據(jù)冗余：同一門課程由n個學生選修，〃學分〃就重復n-1次；同一個學生選修了m門課程，姓名和年齡就重復了m-1次。（2） 更新異常：若調(diào)整了某門課程的學分，數(shù)據(jù)表中所有行的〃學分〃值都要更新，否則會出現(xiàn)同一門課程學分不同的情況。（3） 插入異常：假設要開設一門新的課程，暫時還沒有人選修。這樣，由于還沒有〃學號〃關鍵字，課程名稱和學分也無法記錄入數(shù)據(jù)庫。（4） 刪除異常：假設一批學生已經(jīng)完成課程的選修，這些選修記錄就應該從數(shù)據(jù)庫表中刪除。但是，與此同時，課程名稱和學分信息也被刪除了。很顯然，這也會導致插入異常。把選課關系表SelectCourse改為如下三個表：學生：Student（學號，姓名，年齡）；課程：Course（課程名稱，學分）；選課關系：SelectCourse（學號，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，所有單關鍵字的數(shù)據(jù)庫表都符合第二范式，因為不可能存在組合關鍵字。1.3第三范式（3NF）屬性不依賴于其它非主屬性［消除傳遞依賴］如果關系模式R是第二范式，且每個非主屬性都不傳遞依賴于R的候選鍵，則稱R為第三范式模式。滿足第三范式（3NF）必須先滿足第二范式（2NF）。第三范式（3NF）要求一個數(shù)據(jù)庫表中不包含已在其它表中已包含的非主關鍵字信息。例如，存在一個部門信息表，其中每個部門有部門編號（dept_id）、部門名稱、部門簡介等信息。那么在的員工信息表中列出部門編號后就不能再將部門名稱、部門簡介等與部門有關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）也應該構建它，否則就會有大量的數(shù)據(jù)冗余。第三范式（3NF）:在第二范式的基礎上，數(shù)據(jù)表中如果不存在非關鍵字段對任一候選關鍵字段的傳遞函數(shù)依賴則符合第三范式。簡而言之，第三范式就是屬性不依賴于其它非主屬性。所謂傳遞函數(shù)依賴，指的是如果存在〃AfBfC〃的決定關系，則C傳遞函數(shù)依賴于A。因此，滿足第三范式的數(shù)據(jù)庫表應該不存在如下依賴關系：關鍵字段f非關鍵字段xf非關鍵字段y假定學生關系表為Student（學號，姓名，年齡，所在學院，學院地點，學院電話），關鍵字為單一關鍵字〃學號〃，因為存在如下決定關系：（學號）f（姓名，年齡，所在學院，學院地點，學院電話）這個數(shù)據(jù)庫是符合2NF的，但是不符合3NF，因為存在如下決定關系：（學號）f（所在學院）f（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(shù)依賴。它也會存在數(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。把學生關系表分為如下兩個表：學生：（學號，姓名，年齡，所在學院）；學院：（學院，地點，電話）。這樣的數(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。1.4鮑依斯-科得范式（BCNF是3邱的改進形式）若關系模式R是第一范式，且每個屬性都不傳遞依賴于R的候選鍵。這種關系模式就是BCNF模式。即在第三范式的基礎上，數(shù)據(jù)庫表中如果不存在任何字段對任一候選關鍵字段的傳遞函數(shù)依賴則符合鮑依斯-科得范式。假設倉庫管理關系表為StorehouseManage（倉庫ID,存儲物品ID,管理員ID,數(shù)量），且有一個管理員只在一個倉庫工作；一個倉庫可以存儲多種物品。這個數(shù)據(jù)庫表中存在如下決定關系：（倉庫ID,存儲物品ID）f（管理員ID,數(shù)量）（管理員ID,存儲物品ID）f（倉庫ID,數(shù)量）所以，（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，表中的唯一非關鍵字段為數(shù)量，它是符合第三范式的。但是，由于存在如下決定關系：（倉庫ID）f（管理員ID）（管理員ID）f（倉庫ID）即存在關鍵字段決定關鍵字段的情況，所以其不符合BCNF范式。它會出現(xiàn)如下異常情況：（1） 刪除異常：當倉庫被清空后，所有〃存儲物品ID〃和〃數(shù)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，無法給倉