【轉載】關系型數據庫設計範式
為了建立冗余較小、結構合理的關系數據庫，設計關系數據庫時必須遵循一定的規則， 即關系數據庫的設計範式。
第一範式(First Normal Form, 1NF)
關系型數據庫的第一範式要求：
- 所有字段都是不可分割的
舉例來說，客戶數據表中包含客戶名和地址，地址由城市和街道組成。應用經常需要分別訪問城市或街道字段。
數據表customers(name,city, street)是符合第一範式的，而數據表customers(name,address)則不滿足第一範式的要求。
定義一個滿足第一範式的數據表：
courses(student_id, course_id, school_name, president, credit)
primary key(student_id, course_id) 上表仍然存在四個問題：
-
數據冗余： school_name, president屬性重復出現
-
插入異常： 若一個新建school沒有開始招生則不能加入數據表中
-
刪除異常： 若一學院所有學生均畢業，則該學院信息消失
-
修改異常： 若一學院院長更換，則需修改該學院所有學生的數據；
若一學生轉院則需修改其所選所有課程的數據。
第二範式(Second Normal Form, 2NF)
第二範式是在第一範式的基礎上定義的，它要求：
-
表的設計滿足第一範式
-
除主鍵外所有屬性完全函數依賴於主鍵
候選碼是函數決定所有非主屬性的最小集合，但不排除候選碼的真子集決定某些而非全部非主屬性的情況.
而2NF禁止候選碼的真子集函數決定任何非主屬性.
如上文數據表:
courses(student_id, course_id, school_name, president, credit)
primary key(student_id, course_id)school_name和president屬性依賴於student_id屬性，不依賴於course_id屬性。
也就是說school,president屬性部分函數依賴於主鍵，不滿足第二範式的要求。
若將上表拆分為兩個數據表：
courses(student_id, course_id, credit)
primary key(student_id, course_id)
students(student_id, school_name, president)
primary key(student_id) 拆分後的數據表滿足了第二範式的要求。
現在分析一下，第一範式沒有解決的四個問題：
-
數據冗余： 減少了school_name和president重復出現的次數
-
插入異常： 未解決
-
刪除異常： 未解決
-
修改異常： 解決了學生轉院的問題，未解決院長更換的問題
第三範式(Third Normal Form, 3NF)
第三範式定義在第二範式的基礎上：
-
表的設計滿足第二範式的要求
-
除非主屬性直接依賴於主鍵
看上文數據表的定義
students(student_id, school_name, president)
primary key(student_id)存在傳遞函數依賴student_id->school_name->president,不滿足第三範式。
進行進一步拆分：
courses(student_id, course_id, credit)
primary key(student_id, course_id)
students(student_id, school_name)
primary key(student_id)
schools(school_name, president)
primary key拆分後消除了傳遞函數依賴。
分析第三範式對上述四個問題處理。
-
數據冗余： 除了主鍵外所有屬性只出現一次
-
刪除異常： 允許刪除所有學生而保留學院信息
-
插入異常： 允許建立沒有學生的學院
-
更新異常： 更換院長，學生轉院均只需修改一條記錄
第三範式基本上可以解決上述問題。
BCNF
BC(Boyce-Codd)範式在3NF的基礎上進一步消除了傳遞依賴.
BCNF要求:
-
關系模式符合3NF
-
函數依賴集F中所有函數依賴X->F, 左部X必須包含R的所有候選碼.
即所有候選碼都直接決定所有非主屬性.
BCNF分解算法
給定關系模式R和其上的函數依賴集F, 將R進行滿足BCNF的無損連接分解:
-
置初值p = {R}
-
檢查p中的關系模式若均滿足BCNF則停止分解, 否則重復執行3.
-
在p中選出不滿足BCNF的關系模式S, 其中必有非平凡依賴B->C, 且B不是S的候選碼.將S分解為S1= {B,C}和S2 = R - {C}, 用S1,S2代替p中S的位置.
示例:
R = {A, B, C} F = {A->B, B->C}
候選碼A, 函數依賴B->C, 因為B不是Candidate Key所以要進行分解:
{B, C} {A, B}
第四範式(Forth Normal Form, 4NF)
4NF要求:
-
必須滿足BCNF
-
非主屬性不能存在多值
示例:
phone(user_id, phone, cell)若某用戶有多個phone同時又有多個cell時此表設計顯然不合理.
可以采用如下的拆分方案:
phone(user_id, phone, type)拆分後的數據表滿足了4NF.
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