IT求职整理Ⅱ----数据库范式1NF 2NF 3NF BCNF(实例）

   设计范式（范式,数据库设计范式,数据库的设计范式）是符合某一种级别的关系模式的集合。构造数据库必须遵循一定的规则。在关系数据库中，这种规则就是范式。关系数据库中的关系必须满足一定的要求，即满足不同的范式。目前关系数据库有六种范式：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、第四范式（4NF）、第五范式（5NF）和第六范式（6NF）。满足最低要求的范式是第一范式（1NF）。在第一范式的基础上进一步满足更多要求的称为第二范式（2NF），其余范式以次类推。一般说来，数据库只需满足第三范式（3NF）就行了。下面我们举例介绍第一范式（1NF）、第二范式（2NF）和第三范式（3NF）.

  在创建一个数据库的过程中，范化是将其转化为一些表的过程，这种方法可以使从数据库得到的结果更加明确。这样可能使数据库产生重复数据，从而导致创建多余的表。范化是在识别数据库中的数据元素、关系，以及定义所需的表和各表中的项目这些初始工作之后的一个细化的过程。下面是范化的一个例子

Customer	Item	price
Thomas	Shirt	$40
Maria	Tennis shoes	$35

 

 

 

如果上面这个表用于保存物品的价格，而你想要删除其中的一个顾客，这时你就必须同时删除一个价格。范化就是要解决这个问题，你可以将这个表化为两个表，一个用于存储每个顾客和他所买物品的信息，另一个用于存储每件产品和其价格的信息，这样对其中一个表做添加或删除操作就不会影响另一个表。

1  第一范式（1NF）

    在任何一个关系数据库中，第一范式（1NF）是对关系模式的基本要求，不满足第一范式（1NF）的数据库就不是关系数据库。

    所谓第一范式（1NF）是指数据库表的每一列都是不可分割的基本数据项，同一列中不能有多个值，即实体中的某个属性不能有多个值或者不能有重复的属性。如果出现重复的属性，就可能需要定义一个新的实体，新的实体由重复的属性构成，新实体与原实体之间为一对多关系。在第一范式（1NF）中表的每一行只包含一个实例的信息。例如，对于图3-2 中的员工信息表，不能将员工信息都放在一列中显示，也不能将其中的两列或多列在一列中显示；员工信息表的每一行只表示一个员工的信息，一个员工的信息在表中只出现一次。简而言之，第一范式就是无重复的列。

2  第二范式（2NF）

    第二范式（2NF）是在第一范式（1NF）的基础上建立起来的，即满足第二范式（2NF）必须先满足第一范式（1NF）。第二范式（2NF）要求数据库表中的每个实例或行必须可以被惟一地区分。为实现区分通常需要为表加上一个列，以存储各个实例的惟一标识。如图3-2 员工信息表中加上了员工编号（emp_id）列，因为每个员工的员工编号是惟一的，因此每个员工可以被惟一区分。这个惟一属性列被称为主关键字或主键、主码。第二范式（2NF）要求实体的属性完全依赖于主关键字。所谓完全依赖是指不能存在仅依赖主关键字一部分的属性，如果存在，那么这个属性和主关键字的这一部分应该分离出来形成一个新的实体，新实体与原实体之间是一对多的关系。为实现区分通常需要为表加上一个列，以存储各个实例的惟一标识。所有单关键字的数据库表都符合第二范式,因为不存在组合关键字。简而言之，第二范式就是非主属性不能部分依赖于主关键字。消除部分子函数依赖

假定选课关系表为SelectCourse(学号, 姓名, 年龄, 课程名称, 成绩, 学分)，关键字为组合关键字(学号, 课程名称)，因为存在如下决定关系：
 (学号, 课程名称) → (姓名, 年龄, 成绩, 学分)
这个数据库表不满足第二范式，因为存在如下决定关系：
 (课程名称) → (学分)     (学号) → (姓名, 年龄)
即存在组合关键字中的字段决定非关键字的情况。把选课关系表SelectCourse改为如下三个表： 学生：Student(学号, 姓名, 年龄)；课程：Course(课程名称, 学分)；选课关系：SelectCourse(学号, 课程名称, 成绩). 这样的数据库表是符合第二范式的。

3  第三范式（3NF）

    满足第三范式（3NF）必须先满足第二范式（2NF）。简而言之，第三范式（3NF）要求一个数据库表中不包含已在其它表中已包含的非主关键字信息。例如，存在一个部门信息表，其中每个部门有部门编号（dept_id）、部门名称、部门简介等信息。那么在图3-2的员工信息表中列出部门编号后就不能再将部门名称、部门简介等与部门有关的信息再加入员工信息表中。如果不存在部门信息表，则根据第三范式（3NF）也应该构建它，否则就会有大量的数据冗余。简而言之，第三范式就是属性不依赖于其它非主属性。不存在传递函数依赖
       假定学生关系表为Student(学号, 姓名, 年龄, 所在学院, 学院地点, 学院电话)，关键字为单一关键字"学号"，因为存在如下决定关系：
    (学号) → (姓名, 年龄, 所在学院, 学院地点, 学院电话)
    这个数据库是符合2NF的，但是不符合3NF，因为存在如下决定关系：
    (学号) → (所在学院) → (学院地点, 学院电话)
    即存在非关键字段"学院地点"、"学院电话"对关键字段"学号"的传递函数依赖。

    它也会存在数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常的情况，读者可自行分析得知。

    把学生关系表分为如下两个表：
    学生：(学号, 姓名, 年龄, 所在学院)；   学院：(学院, 地点, 电话)。

4  鲍依斯-科得范式（BCNF）

    假设仓库管理关系表为StorehouseManage(仓库ID, 存储物品ID, 管理员ID, 数量)，且有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。这个数据库表中存在如下决定关系： (仓库ID, 存储物品ID) →(管理员ID, 数量)

               (管理员ID, 存储物品ID) → (仓库ID, 数量)
    所以，(仓库ID,存储物品ID)和(管理员ID,存储物品ID)都是StorehouseManage的候选关键字，表中的唯一非关键字段为数量，不存在组合关键字决定非关键字，满足第二范式，不存在函数依赖，符合第三范式。但是，由于存在如下决定关系： (仓库ID)
→ (管理员ID)  (管理员ID) → (仓库ID)
    即存在关键字段决定关键字段的情况，所以其不符合BCNF范式。它会出现如下异常情况：

(1) 删除异常：当仓库被清空后，所有"存储物品ID"和"数量"信息被删除的同时，"仓库ID"和"管理员ID"信息也被删除了。

(2) 插入异常：当仓库没有存储任何物品时，无法给仓库分配管理员。

(3) 更新异常：如果仓库换了管理员，则表中所有行的管理员ID都要修改。

    把仓库管理关系表分解为二个关系表：

    仓库管理：StorehouseManage(仓库ID, 管理员ID)；

    仓库：Storehouse(仓库ID, 存储物品ID, 数量)。

    这样的数据库表是符合BCNF范式的，消除了删除异常、插入异常和更新异常。
BCNF是在第三范式的基础上，数据库表中如果不存在任何字段对任一候选关键字段的传递函数依赖则符合第三范式。

5  数据库范式设计

    我们来逐步搞定一个论坛的数据库，有如下信息：

    （1） 用户：用户名，email，主页，电话，联系地址

    （2） 帖子：发帖标题，发帖内容，回复标题，回复内容

    第一次我们将数据库设计为仅仅存在表：
  A用户名 email 主页 电话 联系地址 发帖标题 发帖内容 回复标题 回复内容
    这个数据库表符合第一范式，但是没有任何一组候选关键字能决定数据库表的整行，唯一的关键字段用户名也不能完全决定整个元组。我们需要增加"发帖ID"、"回复ID"字段，即将表修改为：
 B用户名email 主页 电话 联系地址 发帖ID 发帖标题 发帖内容 回复ID 回复标题 回复内容 

    这样数据表中的关键字(用户名，发帖ID，回复ID)能决定整行：
 C(用户名,发帖ID,回复ID)→ (email,主页,电话,联系地址,发帖标题,发帖内容,回复标题,回复内容)
    但是，这样的设计不符合第二范式，因为存在如下决定关系：

    (用户名) → (email,主页,电话,联系地址)

    (发帖ID) → (发帖标题,发帖内容)

    (回复ID) → (回复标题,回复内容)
    即非关键字段部分函数依赖于候选关键字段，很明显，这个设计会导致大量的数据冗余和操作异常。我们将数据库表分解为（带下划线的为关键字）：
D（1） 用户信息：用户名，email，主页，电话，联系地址

（2） 帖子信息：发帖ID，标题，内容

（3） 回复信息：回复ID，标题，内容

（4） 发贴：用户名，发帖ID

（5） 回复：发帖ID，回复ID
    这样的设计是满足第1、2、3范式和BCNF范式要求的，但是这样的设计是不是最好的呢？ 不一定。

    观察可知，第4项"发帖"中的"用户名"和"发帖ID"之间是1：N的关系，因此我们可以把"发帖"合并到第2项的"帖子信息"中；第5项"回复"中的"发帖ID"和"回复ID"之间也是1：N的关系，因此我们可以把"回复"合并到第3项的"回复信息"中。这样可以一定量地减少数据冗余，新的设计为：
（1） 用户信息：用户名，email，主页，电话，联系地址

（2） 帖子信息：用户名，发帖ID，标题，内容

（3） 回复信息：发帖ID，回复ID，标题，内容

    数据库表B显然满足所有范式的要求；

    数据库表C中存在非关键字“标题”、“内容”对关键字段“发帖ID”的部分函数依赖，即不满足第二范式的要求，但是这一设计并不会导致数据冗余和操作异常；

    数据库表D中也存在非关键字段"标题"、"内容"对关键字段"回复ID"的部分函数依赖，也不满足第二范式的要求，但是与数据库表C相似，这一设计也不会导致数据冗余和操作异常。

    由此可以看出，并不一定要强行满足范式的要求，对于1：N关系，当1的一边合并到N的那边后，N的那边就不再满足第二范式了，但是这种设计反而比较好！

    对于M：N的关系，不能将M一边或N一边合并到另一边去，这样会导致不符合范式要求，同时导致操作异常和数据冗余。

    对于1：1的关系，我们可以将左边的1或者右边的1合并到另一边去，设计导致不符合范式要求，但是并不会导致操作异常和数据冗余。
结论
    满足范式要求的数据库设计是结构清晰的，同时可避免数据冗余和操作异常。这并意味着不符合范式要求的设计一定是错误的，在数据库表中存在1：1或1：N关系这种较特殊的情况下，合并导致的不符合范式要求反而是合理的。

    在我们设计数据库的时候，一定要时刻考虑范式的要求。

本文转自：http://ce.sysu.edu.cn/cdbm/news/coures/200908/news_20090807210925_242.html
 

具体应用----论坛系统数据库逻辑设计

根据数据库概念设计，可以创建与实体对应的数据表。本系统中所包含的数据表的结构图如图4.6所示。本系统共包含5个数据表，下面分别介绍这些表的结构。

1．tb_bbs（根贴信息表）
根贴信息表用来保存发布的全部根贴信息，该表的结构如表4.1所示。

表4.1 tb_bbs 表的结构

字段名	数据类型	是否为空	是否主键	默认值	描述
bbs_id	int(4)	No	Yes		帖子ID(自动编号)
bbs_boardID	int(2)	Yes		((-1))	帖子所属版面的ID
bbs_title	varchar(70)	Yes		NULL	帖子标题
bbs_content	varchar(2000)	Yes		NULL	帖子内容
bbs_sender	varchar(20)	Yes		NULL	帖子的发布者
bbs_sendTime	datetime(8)	Yes		NULL	帖子的发布时间
bbs_face	varchar(8)	Yes		NULL	帖子表情
bbs_opTime	datetime(8)	Yes		NULL	对帖子进行操作的时间
bbs_isTop	varchar(1)	Yes		(0)	是否为置顶帖子
bbs_toTopTime	datetime	Yes		NULL	帖子被置顶的时间
bbs_isGood	varchar(1)	Yes		(0)	是否为精华帖子
bbs_toGoodTime	datetime(8)	Yes		NULL	帖子被置精华帖子时间

 

2．tb_board（版面信息表）

版面信息表用来保存论坛中的版面信息，该表的结构如表4.2所示。

表4.2 tb_board 表的结构

字段名	数据类型	是否为空	是否主键	默认值	描述
board_id	smallint(2)	Yes	Yes		版面ID（自动编号）
board_classID	smallint(2)	Yes		NULL	版面所属类别的ID值
board_name	varchar(40)	Yes		NULL	版面名称
board_master	varchar(20)	Yes		NULL	版面版主
board_pcard	varchar(200)	Yes		NULL	版面公告

 

3．tb_bbsAnswer（回复贴子信息表）

回复帖子信息表用来保存回复帖子的信息，该表的结构如表4.3所示。

表4.3 tb_bbsAnswer 表的结构

字段名	数据类型	是否为空	是否主键	默认值	描述
bbsAnswer_id	int(4)	No	Yes		ID（自动编号）
bbsAnswer_rootID	int(4)	Yes		NULL	回复帖子根帖ID值
bbsAnswer_title	varchar(70)	Yes		NULL	回复帖子的标题
bbsAnswer_content	varchar(2000)	Yes		NULL	回复帖子的内容
bbsAnswer_sender	varchar(20)	Yes		NULL	回复帖子的回复者
bbsAnswer_sendTime	datetime(8)	Yes		NULL	回复帖子的时间
bbsAnswer_face	varchar(10)	Yes		NULL	回复帖子的表情

 

4．tb_class（论坛类别信息表）

论坛类别信息表用来保存论坛类别信息，该表的结构如表4.4所示。

表4.4 tb_class 表的结构

字段名	数据类型	是否为空	是否主键	默认值	描述
class_id	smallint(2)	No	Yes		ID（自动编号）
class_name	varchar(40)	Yes		NULL	论坛类别名称
class_intro	varchar(200)	Yes		NULL	论坛类别介绍信息

 

5．tb_user（用户信息表）

用户信息表用来保存用户的信息，该表的结构如表4.5所示。

表4.5 tb_user 表的结构

字段名	数据类型	是否为空	是否主键	默认值	描述
id	smallint(2)	No	Yes		用户ID（自动编号）
user_name	varchar(20)	Yes		NULL	用户名称
user_password	varchar(20)	Yes		NULL	用户密码
user_face	varchar(11)	Yes		NULL	用户表情
user_sex	varchar(2)	Yes		NULL	用户性别
user_phone	varchar(12)	Yes		NULL	用户电话
user_OICQ	varchar(14)	Yes		NULL	用户OICQ
user_email	varchar(100)	Yes		NULL	用户的邮箱
user_from	varchar(200)	Yes		NULL	用户的来源
user_able	varchar(1)	Yes		NULL	用户能力

创建数据表后，还可以创建相关的数据表之间的关系，该关系实际上也反应了系统中各个实体之间的关系。设置了该关系后，

当改变tb_user数据表的user_name字段时，tb_bbs数据表的bbs_sender字段也会级联更新或删除；

当改变tb_board数据表的board_id字段时，tb_bbs数据表的bbs_boardID字段也会级联更新或删除；

当改变tb_class数据表的class_id字段时，tb_board数据表的board_classID字段也会级联更新或删除。数据表之间的关系图如图4.7所示。

这里注意PK、FK、I1、U1的意义：外键上建立索引大大节省了时间
PK主键=unique约束+not null约束   unique约束=unique索引  所以主键是有索引的

FK外键要参照主键或者是unique约束的列，所以foreign key的被参照列上也是有索引的。

注意：

1.表里面只能有一个主键约束,但可以有多个唯一约束.

2. 想要说明该字段唯一性却又允许重复就用唯一约束. tb_user数据表的user_name字段就是unique约束。因为姓名字段可能会重复,而主键约束是不允许有重复字段出现的,所以应该以学号设为主键. 主键和唯一索引的最大区别就是主键不可以为空，唯一索引可以为空

 本文参考：http://wenku.baidu.com/link?url=TwJsDBvuTfDCT7ThBHJIfbcmy69xumtqu5ofH7F-jZ7FuR46SzdUpb8GeLUX_LYo9SW0Ud317qzWKzCM4xCERfE4GR0m9V9uSymxKWrSLM7