数据库设计 第02章_ER和范式
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第⼀范式、第⼆范式、第三范式范式:英⽂名称是 Normal Form,它是英国⼈ E.F.Codd(关系数据库的⽼祖宗)在上个世纪70年代提出关系数据库模型后总结出来的,范式是关系数据库理论的基础,也是我们在设计数据库结构过程中所要遵循的规则和指导⽅法。
⽬前有迹可寻的共有8种范式,依次是:1NF,2NF,3NF,BCNF,4NF,5NF,DKNF,6NF。
通常所⽤到的只是前三个范式,即:第⼀范式(1NF),第⼆范式(2NF),第三范式(3NF)。
下⾯就简单介绍下这三个范式。
◆第⼀范式(1NF):强调的是列的原⼦性,即列不能够再分成其他⼏列。
考虑这样⼀个表:【联系⼈】(姓名,性别,电话)如果在实际场景中,⼀个联系⼈有家庭电话和公司电话,那么这种表结构设计就没有达到 1NF。
要符合 1NF 我们只需把列(电话)拆分,即:【联系⼈】(姓名,性别,家庭电话,公司电话)。
1NF 很好辨别,但是 2NF 和 3NF 就容易搞混淆。
◆第⼆范式(2NF):⾸先是 1NF,另外包含两部分内容,⼀是表必须有⼀个主键;⼆是没有包含在主键中的列必须完全依赖于主键,⽽不能只依赖于主键的⼀部分。
考虑⼀个订单明细表:【OrderDetail】(OrderID,ProductID,UnitPrice,Discount,Quantity,ProductName)。
因为我们知道在⼀个订单中可以订购多种产品,所以单单⼀个 OrderID 是不⾜以成为主键的,主键应该是(OrderID,ProductID)。
显⽽易见 Discount(折扣),Quantity(数量)完全依赖(取决)于主键(OderID,ProductID),⽽ UnitPrice,ProductName 只依赖于ProductID。
所以 OrderDetail 表不符合 2NF。
不符合 2NF 的设计容易产⽣冗余数据。
可以把【OrderDetail】表拆分为【OrderDetail】(OrderID,ProductID,Discount,Quantity)和【Product】(ProductID,UnitPrice,ProductName)来消除原订单表中UnitPrice,ProductName多次重复的情况。
第一范式(1NF)第一范式,强调属性的原子性约束,要求属性具有原子性,不可再分解。
举个例子,活动表(活动编码,活动名称,活动地址),假设这个场景中,活动地址可以细分为国家、省份、城市、市区、位置,那么就没有达到第一范式。
第二范式(2NF)第二范式,强调记录的唯一性约束,表必须有一个主键,并且没有包含在主键中的列必须完全依赖于主键,而不能只依赖于主键的一部分。
举个例子,版本表(版本编码,版本名称,产品编码,产品名称),其中主键是(版本编码,产品编码),这个场景中,数据库设计并不符合第二范式,因为产品名称只依赖于产品编码。
存在部分依赖。
所以,为了使其满足第二范式,可以改造成两个表:版本表(版本编码,产品编码)和产品表(产品编码,产品名称)。
第三范式(3NF)第三范式,强调属性冗余性的约束,即非主键列必须直接依赖于主键。
举个例子,订单表(订单编码,顾客编码,顾客名称),其中主键是(订单编码),这个场景中,顾客编码、顾客名称都完全依赖于主键,因此符合第二范式,但是顾客名称依赖于顾客编码,从而间接依赖于主键,所以不能满足第三范式。
为了使其满足第三范式,可以拆分两个表:订单表(订单编码,顾客编码)和顾客表(顾客编码,顾客名称),拆分后的数据库设计,就可以完全满足第三范式的要求了。
值得注意的是,第二范式的侧重点是非主键列是否完全依赖于主键,还是依赖于主键的一部分。
第三范式的侧重点是非主键列是直接依赖于主键,还是直接依赖于非主键列。
修正的第三范式(BCNF)修正的第三范式,是防止主键的某一列会依赖于主键的其他列。
举个例子,每个管理员只能管理一个仓库,那么如果设计库存表(仓库名,管理员名,商品名,数量),主键为(仓库名,管理员名,商品名),这是满足前面三个范式的,但是仓库名和管理员名之间存在依赖关系,因此删除某一个仓库,会导致管理员也被删除,因此设计不合理。
第四范式(4NF)当一个表中的非主属性相互独立时(3NF),这些非主属性不应该有多值。
关系数据库的规范化之第⼀范式、第⼆范式、第三范式以及BC范式 关系数据库设计的⽅法之⼀就是设计满⾜适当范式的模式,通常可以通过判断分解后的模式达到⼏范式来评价模式规范化的程度。
范式有1NF,2NF,3NF,BCNF,4NF,5NF,其中1NF的级别最低。
这⼏种范式之间,5NF⊂4NF⊂BCNF⊂3NF⊂2NF⊂1NF成⽴。
通过分解,可以将⼀个低⼀级范式的关系模式转化成若⼲个⾼⼀级范式的关系模式,这个过程为规范化。
下⾯我们来看⼀个栗⼦(好吃),有错误的地⽅希望读者可以提出改正。
供应者和它所提供的零件信息,关系模式FIRST和函数依赖集F如下: FIRST(Sno,Sname,Status,City,Pno,Qty)(公司编号,名称,状态,城市,产品编号,数量) F={Sno->Sname,Sno->Status,Status->City,(Sno,Pno->Qty)} 可以很明显的看出,该关系中不含有可以再分的数据项(什么是可以再分的数据项?想象⼀张table,不应存在两个相同的字段,即两个相同的数据项。
如果存在了,就说明他有了可以再分的数据项,就不是关系模式的数据库了。
存在了可再分的数据项,就要考虑新增实体,将两个数据项分别放到两个实体上),所以该关系满⾜第⼀范式的条件。
1NF 第⼀范式 定义:若关系模式R的每⼀个分量是不可再分的数据项,则关系模式R属于第⼀范式 第⼀范式有四个缺点:(1)冗余度⼤(2)引起数据修改不⼀致(3)插⼊异常(4)删除异常此处对该四个缺点不进⾏详细描述 当我们使⽤第⼀范式设计数据库的时候,会发现我们以Sno作为主键(码)的时候,不能唯⼀标识⾮主键字段(⾮主属性)Qty,但是⾮主属性Sname,Status却可以被Sno唯⼀标识且和Pno没有关系,此时对于数据库的使⽤会存在影响,所以要消除这种部分函数依赖的情况。
消除了这种部分函数依赖关系后,所得到的两个关系中⾮主属性完全依赖于码,这种规范称为第⼆范式。
数据库范式第一第二第三范式的区别
主要是针对数据库来说。
第一范式、第二范式都是针对数据表的,而第三范式针对的则是数据库中的数据模型了。
比如说,在关系型数据库里面,第三范式又称为实体完整性规范化( Entity Completeness Normatification),即将数据库中的每个数据项,按照某种方法进行组织和存储。
例如,关系型数据库的第一范式,又叫做完全范式,是指所有的表,其字段都具备相同类型的数据值。
在实际应用中,通常使用第一范式设计的数据库管理系统比较简单,因此大多数的数据库开发人员习惯于这样设计他们的系统。
但由于很少考虑用户的特殊需求,致使许多第一范式设计的系统不能满足用户的需要。
也就是说,在第一范式下设计出来的数据库没办法处理各种各样的事务操作。
如何解决这个问题呢?答案就是采用第二范式。
这里所谓的“第二范式”并非指在实体上增加一个额外的范围,而是指改变第一范式中的某些规定以适应新的情况。
一般地讲,采取第二范式后,可以提高数据库的性能。
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数据库之闭包,范式.1 第⼀范式(1NF)⽆重复的列 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。
简⽽⾔之,第⼀范式就是⽆重复的列。
说明: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。
1.2 第⼆范式(2NF)属性完全依赖于主键[消除部分⼦函数依赖] 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唯⼀地区分。
为实现区分通常需要为表加上⼀个列,以存储各个实例的唯⼀标识。
例如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唯⼀的,因此每个员⼯可以被唯⼀区分。
这个唯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,以存储各个实例的唯⼀标识。
简⽽⾔之,第⼆范式就是属性完全依赖于主键。
1.3 第三范式(3NF)属性不依赖于其它⾮主属性[消除传递依赖] 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。
第⼀范式第⼆范式第三范式BC范式第四范式1.第⼀范式(确保每列保持原⼦性)第⼀范式是最基本的范式。
如果数据库表中的所有字段值都是不可分解的原⼦值,就说明该数据库表满⾜了第⼀范式。
第⼀范式的合理遵循需要根据系统的实际需求来定。
⽐如某些数据库系统中需要⽤到“地址”这个属性,本来直接将“地址”属性设计成⼀个数据库表的字段就⾏。
但是如果系统经常会访问“地址”属性中的“城市”部分,那么就⾮要将“地址”这个属性重新拆分为省份、城市、详细地址等多个部分进⾏存储,这样在对地址中某⼀部分操作的时候将⾮常⽅便。
这样设计才算满⾜了数据库的第⼀范式,如下表所⽰。
上表所⽰的⽤户信息遵循了第⼀范式的要求,这样在对⽤户使⽤城市进⾏分类的时候就⾮常⽅便,也提⾼了数据库的性能。
2.第⼆范式(确保表中的每列都和主键相关)第⼆范式在第⼀范式的基础之上更进⼀层。
第⼆范式需要确保数据库表中的每⼀列都和主键相关,⽽不能只与主键的某⼀部分相关(主要针对联合主键⽽⾔)。
也就是说在⼀个数据库表中,⼀个表中只能保存⼀种数据,不可以把多种数据保存在同⼀张数据库表中。
⽐如要设计⼀个订单信息表,因为订单中可能会有多种商品,所以要将订单编号和商品编号作为数据库表的联合主键,如下表所⽰。
订单信息表这样就产⽣⼀个问题:这个表中是以订单编号和商品编号作为联合主键。
这样在该表中商品名称、单位、商品价格等信息不与该表的主键相关,⽽仅仅是与商品编号相关。
所以在这⾥违反了第⼆范式的设计原则。
⽽如果把这个订单信息表进⾏拆分,把商品信息分离到另⼀个表中,把订单项⽬表也分离到另⼀个表中,就⾮常完美了。
如下所⽰。
这样设计,在很⼤程度上减⼩了数据库的冗余。
如果要获取订单的商品信息,使⽤商品编号到商品信息表中查询即可。
3.第三范式(确保每列都和主键列直接相关,⽽不是间接相关)第三范式需要确保数据表中的每⼀列数据都和主键直接相关,⽽不能间接相关。
⽐如在设计⼀个订单数据表的时候,可以将客户编号作为⼀个外键和订单表建⽴相应的关系。
详解第⼀范式、第⼆范式、第三范式、BCNF范式什么是”范式(NF)”按照教材中的定义,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”。
很晦涩吧?实际上你可以把它粗略地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。
就像家⾥装修买建材,最环保的是E0级,其次是E1级,还有E2级等等。
数据库范式也分为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,例如符合2NF的关系模式,必定符合1NF。
接下来就对每⼀级范式进⾏⼀下解释。
1. 第⼀范式(1NF)符合1NF的关系(你可以理解为数据表。
“关系模式”和“关系”的区别,类似于⾯向对象程序设计中”类“与”对象“的区别。
”关系“是”关系模式“的⼀个实例,你可以把”关系”理解为⼀张带数据的表,⽽“关系模式”是这张数据表的表结构。
1NF的定义为:符合1NF的关系中的每个属性都不可再分。
表1所⽰的情况,就不符合1NF的要求。
表1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。
如果我们要在RDBMS中表现表中的数据,就得设计为表2的形式:表2但是仅仅符合1NF的设计,仍然会存在数据冗余过⼤,插⼊异常,删除异常,修改异常的问题,例如对于表3中的设计:表31. 每⼀名学⽣的学号、姓名、系名、系主任这些数据重复多次。
每个系与对应的系主任的数据也重复多次——数据冗余过⼤2. 假如学校新建了⼀个系,但是暂时还没有招收任何学⽣(⽐如3⽉份就新建了,但要等到8⽉份才招⽣),那么是⽆法将系名与系主任的数据单独地添加到数据表中去的(注1)——插⼊异常注1:根据三种关系完整性约束中实体完整性的要求,关系中的码(注2)所包含的任意⼀个属性都不能为空,所有属性的组合也不能重复。
数据库四⼤范式⼀、概念在创建⼀个数据库的过程中,必须依照⼀定的准则,这些准则被称为范式,从第⼀到第六共六个范式。
⼆、背景数据库的规范化(上⼀篇博客有写到)的程度不同,便有了这么多种范式。
数据库范式是数据库设计必不可少的知识,没有对范式的理解,就⽆法设计出⾼效率、优雅的数据库,甚⾄设计出错误误的数据库。
三、⽬标⼀般数据库设计只要遵循第⼀范式,第⼆范式,和第三范式就⾜够了,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。
使⽤正确的数据结构,不仅有助于对数据库进⾏相应的存取操作,还可以极⼤地简化应⽤程序中的其他内容(查询、窗体、报表、代码等),按照“数据库规范化”对表进⾏设计,其⽬的就是减少数据库中的数据冗余,以增加数据的⼀致性。
四、概念1、候选键:唯⼀识别该表的属性或属性组。
⽽其任何、⼦集都不能再标识,则称该属性组为(超级码)候选码。
例如:在学⽣实体中,“学号”是能唯⼀的区分学⽣实体的,同时⼜假设“姓名”、“班级”的属性组合⾜以区分学⽣实体,那么{学号}和{姓名,班级}都是(超级码)候选码。
2、所谓依赖,就是函数依赖,就是映射。
可以⼀对⼀,可以⼀对多,可以多对多。
五、六⼤范式第⼀范式(1NF):属性不可拆分或⽆重复的列⼀个属性不允许再分成多个属性来建⽴列。
事实上,在⽬前的DBMS中是不可能拆分属性的,因为他们不允许这么做。
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。
第⼀范式的模式要求属性值不可再分裂成更⼩部分,即属性项不能是属性组合或是由⼀组属性构成。
简⽽⾔之,第⼀范式就是⽆重复的列。
例如,由“职⼯号”“姓名”“电话号码”组成的表(⼀个⼈可能有⼀部办公电话和⼀部移动电话),这时将其规范化为1NF可以将电话号码分为“办公电话”和“移动电话”两个属性,即职⼯(职⼯号,姓名,办公电话,移动电话)。