資料庫範式詳解

資料庫範式詳解

資料庫的設計範式是資料庫設計所需要滿足的規範，滿足這些規範的資料庫是簡潔的、結構明晰的，同時，不會發生插入（insert）、刪除（delete）和更新（update）操作異常。反之則是亂七八糟，不僅給資料庫的編程人員製造麻煩，而且面目可憎，可能儲存了大量不需要的冗餘資訊。

範式說明

1.1 第一範式（1NF）無重複的列

所謂第一範式（1NF）是指資料庫表的每一列都是不可分割的基本資料項目，同一列中不能有多個值，即實體中的某個屬性不能有多個值或者不能有重複的屬性。如果出現重複的屬性，就可能需要定義一個新的實體，新的實體由重複的屬性構成，新實體與原實體之間為一對多關聯性。在第一範式（1NF）中表的每一行只包含一個執行個體的資訊。簡而言之，第一範式就是無重複的列。

說明：在任何一個關聯式資料庫中，第一範式（1NF）是對關係模式的基本要求，不滿足第一範式（1NF）的資料庫就不是關聯式資料庫。

例如，如下的資料庫表是符合第一範式的：

欄位1

欄位2

欄位3

欄位4

而這樣的資料庫表是不符合第一範式的：

欄位1	欄位2	欄位3	欄位4
		欄位3.1	欄位3.2

資料庫表中的欄位都是單一屬性的，不可再分。這個單一屬性由基本類型構成，包括整型、實數、字元型、邏輯型、日期型等。很顯然，在當前的任何關聯式資料庫管理系統（DBMS）中，傻瓜也不可能做出不符合第一範式的資料庫，因為這些DBMS不允許你把資料庫表的一列再分成二列或多列。因此，你想在現有的DBMS中設計出不符合第一範式的資料庫都是不可能的。

1.2 第二範式（2NF）屬性完全依賴於主鍵 [ 消除部分子函數依賴 ]

如果關係模式R為第一範式，並且R中每一個非主屬性完全函數依賴於R的某個候選索引鍵， 則稱為第二範式模式。

第二範式（2NF）是在第一範式（1NF）的基礎上建立起來的，即滿足第二範式（2NF）必須先滿足第一範式（1NF）。第二範式（2NF）要求資料庫表中的每個執行個體或行必須可以被惟一地區分。為實現區分通常需要為表加上一個列，以儲存各個執行個體的惟一標識。這個惟一屬性列被稱為主關鍵字或主鍵、主碼。

例如員工資訊表中加上了員工編號（emp_id）列，因為每個員工的員工編號是惟一的，因此每個員工可以被惟一區分。

簡而言之，第二範式（2NF）就是非主屬性完全依賴於主關鍵字。

所謂完全依賴是指不能存在僅依賴主關鍵字一部分的屬性（設有函數依賴W→A，若存在XW，有X→A成立，那麼稱W→A是局部依賴，否則就稱W→A是完全函數依賴）。如果存在，那麼這個屬性和主關鍵字的這一部分應該分離出來形成一個新的實體，新實體與原實體之間是一對多的關係。

假定選課關係表為SelectCourse(學號, 姓名, 年齡, 課程名稱, 成績, 學分)，關鍵字為組合關鍵字(學號, 課程名稱)，因為存在如下決定關係：

(學號, 課程名稱) → (姓名, 年齡, 成績, 學分)

這個資料庫表不滿足第二範式，因為存在如下決定關係：

(課程名稱) → (學分)

(學號) → (姓名, 年齡)

即存在組合關鍵字中的欄位決定非關鍵字的情況。

由於不符合2NF，這個選課關係表會存在如下問題：

(1) 資料冗餘：

同一門課程由n個學生選修，"學分"就重複n-1次；同一個學生選修了m門課程，姓名和年齡就重複了m-1次。

(2) 更新異常：

若調整了某門課程的學分，資料表中所有行的"學分"值都要更新，否則會出現同一門課程學分不同的情況。

(3) 插入異常：

假設要開設一門新的課程，暫時還沒有人選修。這樣，由於還沒有"學號"關鍵字，課程名稱和學分也無法記錄入資料庫。

(4) 刪除異常：

假設一批學生已經完成課程的選修，這些選修記錄就應該從資料庫表中刪除。但是，與此同時，課程名稱和學分資訊也被刪除了。很顯然，這也會導致插入異常。

把選課關係表SelectCourse改為如下三個表：

學生：Student(學號, 姓名, 年齡)；

課程：Course(課程名稱, 學分)；

選課關係：SelectCourse(學號, 課程名稱, 成績)。

這樣的資料庫表是符合第二範式的， 消除了資料冗餘、更新異常、插入異常和刪除異常。

另外，所有單關鍵字的資料庫表都符合第二範式，因為不可能存在組合關鍵字。

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