数据库入门（一）范式理解：1NF,2NF,3NF,BCNF,4NF详析

引言
范式种类
第一范式（1NF）
- 符合1NF的关系中的每个属性都不可再分
- 存在问题
第二范式（2NF）
- 在1NF基础上消除了非主属性对码的部分函数依赖
- 二范式判断步骤
- 优缺点
第三范式（3NF）
- 在2NF基础上消除非主属性对码的传递函数依赖
- 优缺点
BCNF范式（3NF的改进形式）
- BCNF条件
- 为什么引入BCNF
- 解决方法
第四范式（4NF）
- 相关概念介绍
- - 多值依赖
  - - Teaching模式中存在的问题
  - 平凡函数依赖和非平凡的函数依赖
  - 多值依赖与函数依赖的区别
- 了解4NF
- - Point
总结

引言

Normal Form范式是“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”。一脸懵逼的我们如何理解这句话呢，简单地说可以把他理解为一张数据表的表结构所符合的设计标准级别，像英语的四六级，相对代表了英语水平的高低。
满足这些规范的数据库是简洁的，结构明晰的，同时不会发生插入(insert)，删除(delete)和更新(update)操作的异常

范式种类

数据库范式分为1NF，2NF，3NF，BCNF，4NF，5NF。一般在我们设计关系型数据库的时候，最多考虑到BCNF就够。符合高一级范式的设计，必定符合低一级范式

第一范式（1NF）

符合1NF的关系中的每个属性都不可再分

在使用数据库管理系统的时候比如mysql,sqlserver等数据表都必须满足第一范式。
属性不可再分的意思是每一个字段都是最小的，不包含其他字段，不重复，原子性。

存在问题

如上例，第一范式的不全面性造成了许多问题。

数据冗余：如学号、姓名、系名、系主任这些数据重复多次。
插入异常：如学校新建了一个系，但是暂未招生学生无法将系插入表内(缺少主键)。
删除异常：如将某个系中所有学生相关的记录都删除，那么所有系与系主任的数据也就随之消失了。

第二范式（2NF）

在1NF基础上消除了非主属性对码的部分函数依赖

码(候选码)：一个表里面，可以惟一决定一个元组属性的集合。
主属性：码里面的属性。
非主属性：不是码里面的属性。
函数依赖：若在一张表中，在属性（或属性组）XXX的值确定的情况下，必定能确定属性YYY的值，那么就可以说YYY函数依赖于XXX，写作 X→YX → YX→Y。
完全函数依赖：在一张表中，若X→YX → YX→Y，且对于 X 的任何一个真子集（假如属性组XXX包含超过一个属性的话）X’→YX ’ → YX’→Y不成立，那么我们称YYY对于XXX完全函数依赖，记作 X⟶FYX\stackrel{F}{\longrightarrow} YX⟶FY，如：
部分函数依赖：假如YYY函数依赖于XXX，但同时YYY并不完全函数依赖于 XXX，那么我们就称YYY部分函数依赖于XXX，记作 X⟶PYX\stackrel{P}{\longrightarrow} YX⟶PY，如：

二范式判断步骤

找出数据表中所有的码
找出主属性和非主属性
查看是否存在非主属性对码的部分函数依赖。
将表拆分使每一个非主属性都完全函数依赖于候选码

优缺点

优：

减少数据冗余
修改异常解决。
缺：
插入异常
删除异常

第三范式（3NF）

在2NF基础上消除非主属性对码的传递函数依赖

传递函数依赖：设X,Y,ZX,Y,ZX,Y,Z是关系RRR中互不相同的属性集合，存在X→Y(Y!→X),Y→Z(如果Y依赖于X，Z又依赖于Y)，X→Y(Y !→X),Y→Z(如果Y依赖于X，Z又依赖于Y)，X→Y(Y!→X),Y→Z(如果Y依赖于X，Z又依赖于Y)，则称ZZZ传递函数依赖于XXX。

对于原学生表，主码为学号，主属性为学号，非主属性为姓名、系名和系主任。因为学号 → 系名，同时系名 → 系主任，所以存在非主属性系主任对于码学号的传递函数依赖，所以学生表的设计，继续拆分修改使其满足3NF的要求：

优缺点

优点
基本上解决了数据冗余过大，插入异常，修改异常，删除异常的问题，作为数据库设计人员，至少应该知道，3NF的要求是怎样的。
缺点
查询耗时间，可能要查好几张表。

BCNF范式（3NF的改进形式）

BCNF条件

1.所有非主属性对每一个码都是完全函数依赖。
2.所有的主属性对每一个不包含它的码,也是完全函数依赖。
3.没有任何属性完全函数依赖于非码的任何一组属性。

为什么引入BCNF

下面看看这样一个问题，假设仓库管理关系表(仓库号，存储物品号，管理员号，数量)，满足一个管理员只在一个仓库工作；一个仓库可以存储多种物品，则存在如下关系：
(仓库号，存储物品号)→(管理员号，数量)(仓库号，存储物品号)\rightarrow(管理员号，数量)(仓库号，存储物品号)→(管理员号，数量)

(管理员号，存储物品号)→(仓库号，数量)(管理员号，存储物品号)\rightarrow(仓库号，数量)(管理员号，存储物品号)→(仓库号，数量)

{码:(仓库号，存储物品号)(管理员号，存储物品号)主属性:仓库名,管理员,物品名非主属性：数量\left\{ \begin{aligned} &码:(仓库号，存储物品号)(管理员号，存储物品号)\\ &主属性:仓库名,管理员,物品名\\ &非主属性：数量 \end{aligned} \right. ⎩⎪⎨⎪⎧码:(仓库号，存储物品号)(管理员号，存储物品号)主属性:仓库名,管理员,物品名非主属性：数量
]#pic_center)
(仓库号，存储物品号)和(管理员号，存储物品号)都是仓库管理关系表的候选码，表中唯一非关键字段为数量，此关系模式已经属于了 3NF，那么这个关系模式是否存在问题呢？我们来看以下几种操作：

插入异常：新增加一个仓库，但尚未存放任何物品，无法为该仓库指派管理员——物品名也是主属性，根据实体完整性的要求，主属性不能为空。
删除异常：某仓库被清空后，需要删除所有与这个仓库相关的物品存放记录——仓库本身与管理员的信息也被随之删除。
更新异常：如果某仓库更换了管理员，这个仓库有几条物品存放记录，就要修改多少次管理员信息。

解决方法

我们可以得出结论，在某些特殊情况下，即使关系模式符合 3NF 的要求，仍然存在着插入异常，修改异常与删除异常的问题，仍然不是 ”好“ 的设计。这是由于存在如下决定关系：
{(仓库号)→(管理员号)(管理员号)→(仓库号)\left\{ \begin{aligned} &(仓库号)\rightarrow(管理员号)\\ &(管理员号)\rightarrow(仓库号)\\ \end{aligned} \right. {(仓库号)→(管理员号)(管理员号)→(仓库号)

即关键字段决定关键字段的情况。把仓库管理关系表分解为两个关系表仓库管理表(仓库号，管理员号)和仓库表(仓库号，存储物品号，数量)，这样这个数据库表是符合BCNF的，并消除了删除异常、插入异常和更新异常。

第四范式（4NF）

限制关系模式的属性之间不允许有非平凡且非函数依赖的多值依赖。下面介绍几个概念：

了解4NF

1）消除非平凡且非函数依赖的多值依赖
2）函数依赖是4NF
3）平凡的多值依赖是4NF

Point

4NF所允许的非平凡多值依赖实际上是函数依赖。
当一个表中的非主属性互相独立时（3NF），这些非主属性不应该有多值

总结

一范式：原子性。
二范式：非主属性不存在部分函数依赖。
三范式：非主属性不存在传递函数依赖。
BCNF范式：主属性对不包含它的码,不存在部分函数依赖。
四范式：不允许有非平凡且非函数依赖的多值依赖
更多学习链接(可以康康的资料)：
六大范式详解
数据库中的范式和多值依赖

【数据库】范式理解：1NF,2NF,3NF,BCNF,4NF详析相关推荐

数据库范式（1NF 2NF 3NF BCNF）详解
数据库的设计范式是数据库设计所需要满足的规范,满足这些规范的数据库是简洁的.结构明晰的,同时,不会发生插入(insert).删除(delete)和更新(update)操作异常.反之则是乱七八糟,不仅给 ...
数据库范式（1NF 2NF 3NF BCNF）详解一
数据库的设计范式是数据库设计所需要满足的规范,满足这些规范的数据库是简洁的.结构明晰的,同时,不会发生插入(insert).删除(delete)和更新(update)操作异常.反之则是乱七八糟,不仅给 ...
mysql bcnf_数据库范式（1NF 2NF 3NF BCNF）详解一
数据库的设计范式是数据库设计所需要满足的规范,满足这些规范的数据库是简洁的.结构明晰的,同时,不会发生插入(insert).删除(delete)和更新(update)操作异常.反之则是乱七八糟,不仅给 ...
mysql中bcnf_数据库范式（1NF 2NF 3NF BCNF）详解
@hxx: http://blog.sina.com.cn/u/3113060227 简介:一范式:每一列不可分割,二范式:每一列唯一(对应唯一对象):三范式:一列中的非主关键列不应该在其他表(或自己 ...
【转】数据库范式（1NF 2NF 3NF BCNF）详解二
以下内容转自:http://jacki6.iteye.com/blog/774889 -------------------------分割线----------------------------- ...
数据库六种范式详解（1NF/2NF/3NF/BCNF/4NF/5NF）
目录数据库的基本概念函数依赖函数依赖的定义函数依赖与属性的关系六种范式第一范式(1NF) 第二范式(2NF) 第三范式(3NF) 巴斯-科德范式(BCNF,Boyce-Codd Norma ...
关系数据库范式（1NF, 2NF, 3NF, BCNF）基本概念
定义: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. 关系模式的范式主要有4种,即第一范式(1NF).第二范式(2NF).第三范式(3NF)和BCNF范式.满足这些范式 ...
数据库范式解析（1NF 2NF 3NF BCNF）
数据库设计范式是关系型数据库的设计准则.其目的在于通过规划设计使得数据库结构合理,尽量减少数据冗余,消除存储异常,方便数据的插入.更新和删除操作.目前常用范式包括1NF(第一范式).2NF(第二范式) ...
数据库三大范式（1NF,2NF,3NF）及ER图
数据库三大范式(1NF,2NF,3NF)及ER图百度官方解释: 设计关系数据库时,遵从不同的规范要求,设计出合理的关系型数据库,这些不同的规范要求被称为不同的范式,各种范式呈递次规范,越高的范式数据 ...

【数据库】范式理解：1NF,2NF,3NF,BCNF,4NF详析