范式基本概念第一范式、第二范式、第三范式

范式理论概述

关系型数据库设计时，遵照一定的规范要求，目的在于降低数据的冗余性和数据的一致性，目前业界范式有：第一范式(1NF)、第二范式(2NF)、第三范式(3NF)、斯-科德范式(BCNF)、第四范式(4NF)、第五范式(5NF)。

范式的标准定义是：符合某一种级别的关系模式的集合，表示一个关系内部各属性之间的联系的合理化程度。通俗地讲，范式可以理解为一张数据表的表结构所符合的某种设计标准的级别。

使用范式的根本目的是：减少数据冗余，尽量让每个数据只出现一次，获取数据时通过 join 拼接出最后的数据。

范式基本概念

表 1-1 学生成绩表

学号	姓名	系名	系主任	课名	分数
20170901176	王小强	计算机系	马小腾	C 语言	95
20170901176	王小强	计算机系	马小腾	计算机基础	99
20170901176	王小强	计算机系	马小腾	高等数学	80
20170901179	李阳	经管系	王小石	经济学	95
20170901179	李阳	经管系	王小石	管理学	92
20170901186	张小俊	数学系	钱小森	高等数学	89
20170901186	张小俊	数学系	钱小森	线性代数	96

函数依赖

若在一张表中，在属性（或属性组）X 的值确定的情况下，必定能确定属性 Y 的值，那么就可以说 Y 函数依赖于 X，写作 X → Y。

也就是说，在数据表中，如果符合函数依赖，那么不存在任意两条记录，它们在 X 属性（或属性组）上的值相同，而在 Y 属性上的值不同。这也就是“函数依赖”名字的由来，类似于函数关系 y = f(x)，在 x 的值确定的情况下，y 的值一定是确定的。

例如，对于表 1-1 中的数据，找不到任何一条记录，它们的学号相同而对应的姓名不同。所以我们可以说姓名函数依赖于学号，写作学号 → 姓名。但是反过来，因为可能出现同名的学生，所以有可能不同的两条学生记录，它们在姓名上的值相同，但对应的学号不同，所以我们不能说学号函数依赖于姓名。

表中其他的函数依赖关系还有如：

系名 → 系主任

学号 → 系主任

（学号，课名） → 分数

以下函数依赖关系则不成立：学号 → 课名

学号 → 分数课名 → 系主任

（学号，课名） → 姓名

一、完全函数依赖

在一张表中，若 X → Y，且对于 X 的任何一个真子集（假如属性组 X 包含超过一个属性的话），X ' → Y 不成立，那么我们称 Y 对于 X 完全函数依赖，记做：

例如：

学号 F→ 姓名

（学号，课名） F→ 分数（注：因为同一个的学号对应的分数不确定，同一个课名对应的分数也不确定）

二、部分函数依赖

假如 Y 函数依赖于 X，但同时 Y 并不完全函数依赖于 X，那么我们就称 Y 部分函数依赖于 X，记做：

简单来说，（学号，课名）→ 系名，学号 → 系名，那么（学号，课名）p→ 系名。

三、传递函数依赖

假如 Z 函数依赖于 Y，且 Y 函数依赖于 X ，且 Y 不包含于 X，X 不函数依赖于 Y，那么我们就称 Z 传递函数依赖于 X，记做：

简单来说，系名 → 系主任，学号 → 系名，那么学号 T→ 系主任。

一范式

一范式（1NF）：域应该是原子性的，即数据库表的每一列都是不可分割的原子数据项。
域：域就是列的取值范围，比如性别的域就是（男，女）

表 1-2 不符合一范式的表格设计

ID	商品	商家ID	用户ID
001	5 台电脑	XXX旗舰店	0000

很明显如图 1-1 所示的表格设计是不符合第一范式的，商品列中的数据不是原子数据项，是可以进行分割的，因此对表格进行修改，让表格符合第一范式的要求，修改结果如图1-2 所示：

表 1-3 符合一范式的表格设计

ID	商品	数量	商家ID	用户ID
001	电脑	5	XXX旗舰店	00001

实际上， 1NF 是所有关系型数据库的最基本要求，你在关系型数据库管理系统

（RDBMS），例如 SQL Server，Oracle，MySQL 中创建数据表的时候，如果数据表的设计不符合这个最基本的要求，那么操作一定是不能成功的。也就是说，只要在 RDBMS 中已经存在的数据表，一定是符合 1NF 的。

二范式

二范式（2NF）：在 1NF 的基础上，实体的属性完全函数依赖于主关键字（混合主键）， 不能存在部分函数依赖于主关键字（混合主键）。

如果存在某些属性只依赖混合主键中的部分属性，那么不符合二范式。

表 1-4 不符合二范式的表格设计

学生 ID	姓名	所属系	系主任	所修课程	分数
20170901176	王小强	计算机系	马小腾	000001	95
20170901176	王小强	计算机系	马小腾	000002	99

上述表格中是混合主键（学生 ID + 所修课程），但是所属系和系主任这两个属性只依赖于混合主键中的学生 ID 这一个属性，因此，不符合第二范式。

如果有一天学生的所属系要调整，那么所属系和系主任这两列都需要修改，如果这个学生修了多门课程，那么表中的多行数据都要修改，这是非常麻烦的，不符合第二范式。

为了消除这种部分依赖，只有一个办法，就是将大数据表拆分成两个或者更多个更小的数据表。

表 1-5 符合二范式的表格设计（1）

学生 ID	所修课程	分数
20170901176	000001	95
20170901176	000002	99

学生 ID	所属系	系主任
20170901176	计算机系	马小腾
20170901176	计算机系	马小腾

学生 ID	姓名
20170901176	王小强
20170901176	王小强

通过上述的修改，当一个学生的所属系需要调整时，不管学生修了多少门课程，都只需要改变表 1-5 中的一行数据即可。

三范式

3NF 在 2NF 的基础之上，消除了非主属性对于主键（复合主键）的传递依赖。

表 1-6 不符合三范式的表格设计

订单ID	商品ID	商品颜色	商品尺寸	商家ID	用户ID
001	0001	深空灰	30027040	XXX旗舰店	00001

很明显，表 1-7 中，商品颜色依赖于商品 ID，商品 ID 依赖于订单 ID，那么非主属性商品颜色就传递依赖于订单 ID，因此不符合三范式，解决方案是将大数据表拆分成两个或者更多个更小的数据表。

表 1-7 符合三范式的表格设计（1）

订单ID	商品ID	商家ID	用户ID
001	0001	XXX旗舰店	00001

商品ID	商品颜色	商品尺寸
0001	深空灰	30027040

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