?　　　　　　　　　　　　　　　 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)范式深入淺出

　　關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)之時(shí)是要遵守一定的規(guī)則的。尤其是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)范式 現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹 1NF （第一范式）， 2NF （第二范式）， 3NF （第三范式）和 BCNF ，另有第四范式和第五范式留到以后再介紹。 在你設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)之時(shí)，若能符合這幾個(gè)范式，你就是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的高手。

第一范式（ 1NF ）： 在關(guān)系模式 R 中的每一個(gè)具體關(guān)系 r 中，如果每個(gè)屬性值 都是不可再分的最小數(shù)據(jù)單位，則稱 R 是第一范式的關(guān)系。例：如職工號(hào)，姓名，電話號(hào)碼組成一個(gè)表（一個(gè)人可能有一個(gè)辦公室電話 和一個(gè)家里電話號(hào)碼） 規(guī)范成為 1NF 有三種方法：

一是重復(fù)存儲(chǔ)職工號(hào)和姓名。這樣，關(guān)鍵字只能是電話號(hào)碼。

二是職工號(hào)為關(guān)鍵字，電話號(hào)碼分為單位電話和住宅電話兩個(gè)屬性

三是職工號(hào)為關(guān)鍵字，但強(qiáng)制每條記錄只能有一個(gè)電話號(hào)碼。

以上三個(gè)方法，第一種方法最不可取，按實(shí)際情況選取后兩種情況。

第二范式（ 2NF ）： 如果關(guān)系模式 R （ U ， F ）中的所有非主屬性都完全依賴于任意一個(gè)候選關(guān)鍵字，則稱關(guān)系 R 是屬于第二范式的。

例：選課關(guān)系 SCI （ SNO ， CNO ， GRADE ， CREDIT ）其中 SNO 為學(xué)號(hào)， CNO 為課程號(hào)， GRADEGE 為成績(jī)， CREDIT 為學(xué)分。 由以上條件，關(guān)鍵字為組合關(guān)鍵字（ SNO ， CNO ）

在應(yīng)用中使用以上關(guān)系模式有以下問(wèn)題：

a. 數(shù)據(jù)冗余，假設(shè)同一門課由 40 個(gè)學(xué)生選修，學(xué)分就 重復(fù) 40 次。

b. 更新異常，若調(diào)整了某課程的學(xué)分，相應(yīng)的元組 CREDIT 值都要更新，有可能會(huì)出現(xiàn)同一門課學(xué)分不同。

c. 插入異常，如計(jì)劃開(kāi)新課，由于沒(méi)人選修，沒(méi)有學(xué)號(hào)關(guān)鍵字，只能等有人選修才能把課程和學(xué)分存入。

d. 刪除異常，若學(xué)生已經(jīng)結(jié)業(yè)，從當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)刪除選修記錄。某些門課程新生尚未選修，則此門課程及學(xué)分記錄無(wú)法保存。

原因：非關(guān)鍵字屬性 CREDIT 僅函數(shù)依賴于 CNO ，也就是 CREDIT 部分依賴組合關(guān)鍵字（ SNO ， CNO ）而不是完全依賴。

解決方法：分成兩個(gè)關(guān)系模式 SC1 （ SNO ， CNO ， GRADE ）， C2 （ CNO ， CREDIT ）。新關(guān)系包括兩個(gè)關(guān)系模式，它們之間通過(guò) SC1 中的外關(guān)鍵字 CNO 相聯(lián)系，需要時(shí)再進(jìn)行自然聯(lián)接，恢復(fù)了原來(lái)的關(guān)系

第三范式（ 3NF ）： 如果關(guān)系模式 R （ U ， F ）中的所有非主屬性對(duì)任何候選關(guān)鍵字都不存在傳遞信賴，則稱關(guān)系 R 是屬于第三范式的。

例：如 S1 （ SNO ， SNAME ， DNO ， DNAME ， LOCATION ） 各屬性分別代表學(xué)號(hào)，

姓名，所在系，系名稱，系地址。

關(guān)鍵字 SNO 決定各個(gè)屬性。由于是單個(gè)關(guān)鍵字，沒(méi)有部分依賴的問(wèn)題，肯定是 2NF 。但這關(guān)系肯定有大量的冗余，有關(guān)學(xué)生所在的幾個(gè)屬性 DNO ， DNAME ， LOCATION 將重復(fù)存儲(chǔ)，插入，刪除和修改時(shí)也將產(chǎn)生類似以上例的情況。

原因：關(guān)系中存在傳遞依賴造成的。即 SNO -> DNO 。 而 DNO -> SNO 卻不存在， DNO -> LOCATION, 因此關(guān)鍵遼 SNO 對(duì) LOCATION 函數(shù)決定是通過(guò)傳遞依賴 SNO -> LOCATION 實(shí)現(xiàn)的。也就是說(shuō)， SNO 不直接決定非主屬性 LOCATION 。

解決目地：每個(gè)關(guān)系模式中不能留有傳遞依賴。

解決方法：分為兩個(gè)關(guān)系 S （ SNO ， SNAME ， DNO ）， D （ DNO ， DNAME ， LOCATION ）

注意：關(guān)系 S 中不能沒(méi)有外關(guān)鍵字 DNO 。否則兩個(gè)關(guān)系之間失去聯(lián)系。

BCNF ：如果關(guān)系模式 R （ U ， F ）的所有屬性（包括主屬性和非主屬性）都不傳遞依賴于 R 的任何候選關(guān)鍵字，那么稱關(guān)系 R 是屬于 BCNF 的。或是關(guān)系模式 R ，如果每個(gè)決定因素都包含關(guān)鍵字（而不是被關(guān)鍵字所包含），則 RCNF 的關(guān)系模式。

例：配件管理關(guān)系模式 WPE （ WNO ， PNO ， ENO ， QNT ）分別表倉(cāng)庫(kù)號(hào)，配件號(hào)，職工號(hào)，數(shù)量。有以下條件

a. 一個(gè)倉(cāng)庫(kù)有多個(gè)職工。

b. 一個(gè)職工僅在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)工作。

c. 每個(gè)倉(cāng)庫(kù)里一種型號(hào)的配件由專人負(fù)責(zé)，但一個(gè)人可以管理幾種配件。

d. 同一種型號(hào)的配件可以分放在幾個(gè)倉(cāng)庫(kù)中。

分析：由以上得 PNO 不能確定 QNT ，由組合屬性（ WNO ， PNO ）來(lái)決定，存在函數(shù)依賴（ WNO ， PNO ） -> ENO 。由于每個(gè)倉(cāng)庫(kù)里的一種配件由專人負(fù)責(zé)，而一個(gè)人可以管理幾種配件，所以有組合屬性（ WNO ， PNO ）才能確定負(fù)責(zé)人，有（ WNO ， PNO ） -> ENO 。因?yàn)? 一個(gè)職工僅在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)工作，有 ENO -> WNO 。由于每個(gè)倉(cāng)庫(kù)里的一種配件由專人負(fù)責(zé)，而一個(gè)職工僅在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)工作，有 （ ENO ， PNO ） -> QNT 。

找一下候選關(guān)鍵字，因?yàn)椋? WNO ， PNO ） -> QNT ，（ WNO ， PNO ） -> ENO ，因此 （ WNO ， PNO ）可以決定整個(gè)元組，是一個(gè)候選關(guān)鍵字。根據(jù) ENO->WNO ，（ ENO ， PNO ） ->QNT ，故（ ENO ， PNO ）也能決定整個(gè)元組，為另一個(gè)候選關(guān)鍵字。屬性 ENO ， WNO ， PNO 均為主屬性，只有一個(gè)非主屬性 QNT 。它對(duì)任何一個(gè)候選關(guān)鍵字都是完全函數(shù)依賴的，并且是直接依賴，所以該關(guān)系模式是 3NF 。

分析一下主屬性。因?yàn)? ENO->WNO ，主屬性 ENO 是 WNO 的決定因素，但是它本身不是關(guān)鍵字，只是組合關(guān)鍵字的一部分。這就造成主屬性 WNO 對(duì)另外一個(gè)候選關(guān)鍵字（ ENO ， PNO ）的部 分依賴，因?yàn)椋? ENO ， PNO ） -> ENO 但反過(guò)來(lái)不成立，而 P->WNO ，故（ ENO ， PNO ） -> WNO 也是傳遞依賴。

雖然沒(méi)有非主屬性對(duì)候選關(guān)鍵遼的傳遞依賴，但存在主屬性對(duì)候選關(guān)鍵字的傳遞依賴，同樣也會(huì)帶來(lái)麻煩。如一個(gè)新職工分配到倉(cāng)庫(kù)工作，但暫時(shí)處于實(shí)習(xí)階段，沒(méi)有獨(dú)立負(fù)責(zé)對(duì)某些配件的管理任務(wù)。由于缺少關(guān)鍵字的一部分 PNO 而無(wú)法插入到該關(guān)系中去。又如某個(gè)人改成不管配件了去負(fù)責(zé)安全，則在刪除配件的同時(shí)該職工也會(huì)被刪除。

解決辦法：分成管理 EP （ ENO ， PNO ， QNT ），關(guān)鍵字是（ ENO ， PNO ）工作 EW （ ENO ， WNO ）其關(guān)鍵字是 ENO

缺點(diǎn)：分解后函數(shù)依賴的保持性較差。如此例中，由于分解 , 函數(shù)依賴（ WNO ， PNO ） -> ENO 丟失了 , 因而對(duì)原來(lái)的語(yǔ)義有所破壞。沒(méi)有體現(xiàn)出每個(gè)倉(cāng)庫(kù)里一種部件由專人負(fù)責(zé)。有可能出現(xiàn) 一部件由兩個(gè)人或兩個(gè)以上的人來(lái)同時(shí)管理。因此，分解之后的關(guān)系模式降低了部分完整性約束。

一個(gè)關(guān)系分解成多個(gè)關(guān)系，要使得分解有意義，起碼的要求是分解后不丟失原來(lái)的信息。這些信息不僅包括數(shù)據(jù)本身，而且包括由函數(shù)依賴所表示的數(shù)據(jù)之間的相互制約。進(jìn)行分解的目標(biāo)是達(dá)到更高一級(jí)的規(guī)范化程度，但是分解的同時(shí)必須考慮兩個(gè)問(wèn)題：無(wú)損聯(lián)接性和保持函數(shù)依賴。有時(shí)往往不可能做到既有無(wú)損聯(lián)接性，又完全保持函數(shù)依賴。需要根據(jù)需要進(jìn)行權(quán)衡。

1NF 直到 BCNF 的四種范式之間有如下關(guān)系：

BCNF 包含了 3NF 包含 2NF 包含 1NF

小結(jié)：

目地：規(guī)范化目的是使結(jié)構(gòu)更合理，消除存儲(chǔ)異常，使數(shù)據(jù)冗余盡量小，便于插入、刪除和更新

原則：遵從概念單一化 ' 一事一地 ' 原則，即一個(gè)關(guān)系模式描述一個(gè)實(shí)體或?qū)嶓w間的一種聯(lián)系。規(guī)范的實(shí)質(zhì)就是概念的單一化。

方法：將關(guān)系模式投影分解成兩個(gè)或兩個(gè)以上的關(guān)系模式。

要求：分解后的關(guān)系模式集合應(yīng)當(dāng)與原關(guān)系模式 ' 等價(jià) ' ，即經(jīng)過(guò)自然聯(lián)接可以恢復(fù)原關(guān)系而不丟失信息，并保持屬性間合理的聯(lián)系。

注意：一個(gè)關(guān)系模式結(jié)這分解可以得到不同關(guān)系模式集合，也就是說(shuō)分解方法不是唯一的。最小冗余的要求必須以分解后的數(shù)據(jù)庫(kù)能夠表達(dá)原來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)所有信息為前提來(lái)實(shí)現(xiàn)。其根本目標(biāo)是節(jié)省存儲(chǔ)空間，避免數(shù)據(jù)不一致性，提高對(duì)關(guān)系的操作效率，同時(shí)滿足應(yīng)用需求。實(shí)際上，并不一定要求全部模式都達(dá)到 BCNF 不可。有時(shí)故意保留部分冗余可能更方便數(shù)據(jù)查詢。尤其對(duì)于那些更新頻度不高，查詢頻度極高的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)更是如此。

在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，除了函數(shù)依賴之外還有多值依賴，聯(lián)接依賴的問(wèn)題，從而提出了第四范式，第五范式等更高一級(jí)的規(guī)范化要求。在此，以后再談。

各位朋友，你看過(guò)后有何感想，其實(shí)，任何一本數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)理論的書都會(huì)講這些東西，考慮到很多網(wǎng)友是半途出家，來(lái)做數(shù)據(jù)庫(kù)。特找一本書大抄特抄一把，各位有什么問(wèn)題，也別問(wèn)我了，自已去找一本關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理論的書去看吧，說(shuō)不定，對(duì)各位大有幫助。說(shuō)是說(shuō)以上是基礎(chǔ)理論的東西，請(qǐng)大家想想，你在做數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的時(shí)候有沒(méi)有考慮過(guò)遵過(guò)以上幾個(gè)范式呢，有沒(méi)有在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)做得不好之時(shí)，想一想，對(duì)比以上所講，到底是違反了第幾個(gè)范式呢？

我見(jiàn)過(guò)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，很少有人做到很符合以上幾個(gè)范式的，一般說(shuō)來(lái)，第一范式大家都可以遵守，完全遵守第二第三范式的人很少了，遵守的人一定就是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的高手了， BCNF 的范式出現(xiàn)機(jī)會(huì)較少，而且會(huì)破壞完整性，你可以在做設(shè)計(jì)之時(shí)不考慮它，當(dāng)然在 ORACLE 中可通過(guò)觸發(fā)器解決其缺點(diǎn)。以后我們共同做設(shè)計(jì)之時(shí)，也希望大家遵守以上幾個(gè)范式。

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