一、基礎概念
要理解范式,首先必須對知道什么是關系數據庫,如果你不知道,我可以簡單的不能再簡單的說一下:關系數據庫就是用二維表來保存數據。表和表之間可以……(省略10W字)。
然后你應該理解以下概念:
實體:現實世界中客觀存在並可以被區別的事物。比如“一個學生”、“一本書”、“一門課”等等。值得強調的是這里所說的“事物”不僅僅是看得見摸得着的“東西”,它也可以是虛擬的,不如說“老師與學校的關系”。
屬性:教科書上解釋為:“實體所具有的某一特性”,由此可見,屬性一開始是個邏輯概念,比如說,“性別”是“人”的一個屬性。在關系數據庫中,屬性又是個物理概念,屬性可以看作是“表的一列”。
元組:表中的一行就是一個元組。
分量:元組的某個屬性值。在一個關系數據庫中,它是一個操作原子,即關系數據庫在做任何操作的時候,屬性是“不可分的”。否則就不是關系數據庫了。
碼:表中可以唯一確定一個元組的某個屬性(或者屬性組),如果這樣的碼有不止一個,那么大家都叫候選碼,我們從候選碼中挑一個出來做老大,它就叫主碼。
全碼:如果一個碼包含了所有的屬性,這個碼就是全碼。
主屬性:一個屬性只要在任何一個候選碼中出現過,這個屬性就是主屬性。
非主屬性:與上面相反,沒有在任何候選碼中出現過,這個屬性就是非主屬性。
外碼:一個屬性(或屬性組),它不是碼,但是它別的表的碼,它就是外碼。
二、6個范式
好了,上面已經介紹了我們掌握范式所需要的全部基礎概念,下面我們就來講范式。首先要明白,范式的包含關系。一個數據庫設計如果符合第二范式,一定也符合第一范式。如果符合第三范式,一定也符合第二范式…
第一范式(1NF):屬性不可分。
在前面我們已經介紹了屬性值的概念,我們說,它是“不可分的”。而第一范式要求屬性也不可分。那么它和屬性值不可分有什么區別呢?給一個例子:
name | tel | age | |
大寶 | 13612345678 | 22 | |
小明 | 13988776655 | 010-1234567 | 21 |
Ps:這個表中,屬性值“分”了。
name | tel | age | |
手機 | 座機 | ||
大寶 | 13612345678 | 021-9876543 | 22 |
小明 | 13988776655 | 010-1234567 | 21 |
Ps:這個表中,屬性 “分”了。
這兩種情況都不滿足第一范式。不滿足第一范式的數據庫,不是關系數據庫!所以,我們在任何關系數據庫管理系統中,做不出這樣的“表”來。(也就是說,只要是關系數據庫就是第一范式)
第二范式(2NF):符合1NF,並且,非主屬性完全依賴於碼。
聽起來好像很神秘,其實真的沒什么。
一個候選碼中的主屬性也可能是好幾個。如果一個主屬性,它不能單獨做為一個候選碼,那么它也不能確定任何一個非主屬性。給一個反例:我們考慮一個小學的教務 管理系統,學生上課指定一個老師,一本教材,一個教室,一個時間,大家都上課去吧,沒有問題。那么數據庫怎么設計?(學生上課表)
學生 | 課程 | 老師 | 老師職稱 | 教材 | 教室 | 上課時間 |
小明 | 一年級語文(上) | 大寶 | 副教授 | 《小學語文1》 | 101 | 14:30 |
一個學生上一門課,一定在特定某個教室。所以有(學生,課程)->教室
一個學生上一門課,一定是特定某個老師教。所以有(學生,課程)->老師
一個學生上一門課,他老師的職稱可以確定。所以有(學生,課程)->老師職稱
一個學生上一門課,一定是特定某個教材。所以有(學生,課程)->教材
一個學生上一門課,一定在特定時間。所以有(學生,課程)->上課時間
因此(學生,課程)是一個碼。
然而,一個課程,一定指定了某個教材,一年級語文肯定用的是《小學語文1》,那么就有課程->教材。(學生,課程)是個碼,課程卻決定了教材,這就叫做不完全依賴,或者說部分依賴。出現這樣的情況,就不滿足第二范式!
有什么不好嗎?你可以想想:
1、校長要新增加一門課程叫“微積分”,教材是《大學數學》,怎么辦?學生還沒選課,而學生又是主屬性,主屬性不能空,課程怎么記錄呢,教材記到哪呢? ……郁悶了吧?(插入異常)
2、下學期沒學生學一年級語文(上)了,學一年級語文(下)去了,那么表中將不存在一年級語文(上),也就沒了《小學語文1》。這時候,校長問:一年級語文(上)用的什么教材啊?……郁悶了吧?(刪除異常)
3、校長說:一年級語文(上)換教材,換成《大學語文》。有10000個學生選了這么課,改動好大啊!改累死了……郁悶了吧?(修改異常)
那應該怎么解決呢?投影分解,將一個表分解成兩個或若干個表
學生 | 課程 | 老師 | 老師職稱 | 教室 | 上課時間 |
小明 | 一年級語文(上) | 大寶 | 副教授 | 101 | 14:30 |
學生上課表新
課程 | 教材 |
一年級語文(上) | 《小學語文1》 |
課程的表
第三范式(3NF):符合2NF,並且,消除傳遞依賴
上面的“學生上課表新”符合2NF,可以這樣驗證:兩個主屬性單獨使用,不用確定其它四個非主屬性的任何一個。但是它有傳遞依賴!
在哪呢?問題就出在“老師”和“老師職稱”這里。一個老師一定能確定一個老師職稱。有什么問題嗎?想想:
1、老師升級了,變教授了,要改數據庫,表中有N條,改了N次……(修改異常)
2、沒人選這個老師的課了,老師的職稱也沒了記錄……(刪除異常)
3、新來一個老師,還沒分配教什么課,他的職稱記到哪?……(插入異常)
那應該怎么解決呢?和上面一樣,投影分解:
學生 | 課程 | 老師 | 教室 | 上課時間 |
小明 | 一年級語文(上) | 大寶 | 101 | 14:30 |
老師 | 老師職稱 |
大寶 | 副教授 |
BC范式(BCNF):符合3NF,並且,主屬性不依賴於主屬性
若關系模式屬於第一范式,且每個屬性都不傳遞依賴於鍵碼,則R屬於BC范式。
通常BC范式的條件有多種等價的表述:每個非平凡依賴的左邊必須包含鍵碼;每個決定因素必須包含鍵碼。BC范式既檢查非主屬性,又檢查主屬性。當只檢查非主屬性時,就成了第三范式。滿足BC范式的關系都必然滿足第三范式。還可以這么說:若一個關系達到了第三范式,並且它只有一個候選碼,或者它的每個候選碼都是單屬性,則該關系自然達到BC范式。
一般,一個數據庫設計符合3NF或BCNF就可以了。在BC范式以上還有第四范式、第五范式。
第四范式:要求把同一表內的多對多關系刪除。
第五范式:從最終結構重新建立原始結構。