三範式的複習

一學期的新開始，上了資料庫系統設計
熊老師複習了下三範式，雖說學過，但是都忘記的差不多了
現在來複習哈，溫故而知新可以為師ye

範式是符合某一種層級的關係模式的集合。關聯式資料庫中的關係必須滿足一定的要求。滿足最低要求的叫第一範式，簡稱1NF，在第一範式基礎上進一步滿足一些要求的為第二範式，簡稱2NF。其餘依此類推，目前有六種範式：1NF，2NF，3NF，BCNF，4NF，5NF。

1 第一範式（1NF）

      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。

      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。例如，對於圖3-2 中的員工資訊表，不能將員工資訊都放在一列中顯示，也不能將其中的兩列或多列在一列中顯示；員工資訊表的每一行只表示一個員工的資訊，一個員工的資訊在表 中只出現一次。簡而言之，第一範式就是無重複的列。

2 第二範式（2NF）

      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。3-2 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。這個惟一屬性列被稱為主關鍵字或主鍵、主 碼。

      第二範式（2NF）要求實體的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，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。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。簡而言之，第二範式 就是非主屬性非部分依賴於主關鍵字。

3 第三範式（3NF）

      滿足第三範式（3NF）必須先滿足第二範式（2NF）。簡而言之，第三範式（3NF）要求一個資料庫表中不包含已在其它表中已包含的非主關鍵字資訊。例 如，存在一個部門資訊表，其中每個部門有部門編號（dept_id）、部門名稱、部門簡介等資訊。那麼在圖3-2的員工資訊表中列出部門編號後就不能再將 部門名稱、部門簡介等與部門有關的資訊再加入員工資訊表中。如果不存在部門資訊表，則根據第三範式（3NF）也應該構建它，否則就會有大量的資料冗餘。簡 而言之，第三範式就是屬性不依賴於其它非主屬性。

BC範式（BCNF）

        例如：在關係模式STJ（S，T，J）中S表示學生，T表示教師，J表示課程。假設每一教師只教一門課程，一門課程由多個教師任課，某一學生選定某門課程，就確定了一個固定的教師。於是，有如下函數依賴
（S，J）→T，（S，T）→J，T→J
顯然，（S，J）和（S，T）都可以作為候選碼。該關係模式沒有任何非主屬性對碼傳遞依賴或部分依賴，所以STJ∈3NF。但另一方面，T→J，即T是決定屬性集，可是T只是主屬性，它既不是候選索引鍵，也不包含候選索引鍵

如果關係模式是R∈BCNF，由定義可知，R中不存在任何屬性傳遞依賴於或部分依賴於任何候選索引鍵，所以必有R∈3NF。但是，如果R∈3NF，R未必屬於BCNF。
3NF和BCNF是以函數依賴為基礎的關係模式正常化程度的測度。
如果一個關聯式資料庫中的所有關係模式都屬於3NF，則已在很大程度上消除了插入異常和刪除異常，但由於可能存在主屬性對候選碼的部分依賴和傳遞依賴，因此關係模式的分離不夠徹底。
如果一個關聯式資料庫中的所有關係模式都屬於BCNF，那麼在函數依賴範疇內，它已實現了模式的徹底分解，達到了最高的正常化程度，消除了插入異常和刪除異常。

多值依賴與第四範式（4NF）

        前面完全是在函數依賴範疇內討論關係模式的範式問題。如果僅考慮函數依賴這一種資料依賴，屬於BCNF的關係模式已經很完美了，但如果考慮其他資料依賴，例如多值依賴，屬於BCNF的關係模式仍然存在問題。

此例子將協助你更好的理解

設有關係模式R（運動員編號，比賽項目，成績，比賽類別，比賽主管），如果規定：每個運動員每參加一個比賽項目，只有一個成績；每個比賽項目只屬於一個比賽類別；每個比賽類別只有一個比賽主管。

請回答下列問題：

（1）根據上述規定，寫出模式R的基本FD和關鍵碼

（2）說明R不是2NF的理由，並把R分解成2NF模式集

（3）進而分解成3NF模式集

解：

（1）基本的FD有3個：

（運動員編號，比賽項目）→成績；比賽項目→比賽類別；比賽類別→比賽主管

該關係R的關鍵碼（即候選碼）為：（運動員編號，比賽項目）

（2）R中兩個這樣的FD：

（運動員編號，比賽項目）→（比賽類別，比賽主管）

比賽項目→（比賽類別，比賽主管）

存在非主屬性對主屬性的部分函數依賴，所以R不是2NF。

R應分解為：R1（比賽項目，比賽類別，比賽主管）

R2（運動員編號，比賽項目，成績）

此時，R1和R2是2NF

（3）R2已經是3NF，但是R1中存在兩個FD：

比賽項目→比賽類別；

比賽類別→比賽主管

存在非主屬性對主屬性的傳遞函數依賴，所以R不是3NF。

R1分解為R11（比賽項目，比賽類別）

R12（比賽類別，比賽主管）

 

關係模式正常化的步驟：
（1）    對1NF關係進行投影，消除原關係中非主屬性對碼的部分函數依賴，將1NF關係轉換為若干個2NF
（2）    對2NF關係進行投影，消除原關係中非主屬性對碼的傳遞函數依賴，從而產生一組3NF
（3）    對3NF關係進行投影，消除原關係中主屬性對碼的部分函數依賴和傳遞函數依賴，得到一組BCNF關係。
（4）    對BCNF關係進行投影，消除原關係中非平凡函數依賴的多值依賴，從而產生一組4NF