關系資料庫：了解一二三範式

關系資料庫規範化理論是E. F.Godd在1971年提出的，它按照屬性間的不同依賴程度分為第一範式（1NF）、第二範式（2NF）、第三範式（3NF）、Boyce-Codd範式、第四範式（4NF）和第五範式（5NF）等。

這些範式每一級都是在下一級的基礎上制定的更嚴格的規則，滿足3NF規則的資料庫結構明晰的，可以避免發生插入、删除和更新操作異常，最大限度降低資料庫的備援度，提高了資料庫的通用性和安全性[1]。

一些基本概念。

「實體」可以了解為表，如「學生」是一個表，其中有學号、姓名等屬性。

「字段」即表中的屬性。

「元組」即一張表中的每行記錄。

「主鍵」當一張表中有多個候選碼時，可以標明一個作為主碼，標明的候選碼稱主鍵[2]。

「完整性限制」即在資料插入時按照一定限制條件檢測資料的合法性。

「函數依賴」*

「部分函數依賴」設X,Y是關系R的兩個屬性集合，存在X→Y，若X’是X的真子集，存在X’→Y，則稱Y部分函數依賴于X[3]。

如學生基本資訊表R（學号，身份證号，姓名），假定學号屬性取值唯一。（學号，身份證号）→（姓名），（學号）→（姓名），（身份證号）→（姓名）；是以姓名部分函數依賴于（學号，身份證号）。

「完全函數依賴」設X,Y是關系R的兩個屬性集合，X’是X的真子集，存在X→Y，但對每一個X’都有X’!→Y，則稱Y完全函數依賴于X。

如學生基本資訊表R（學号，班級，姓名）假定不同的班級學号有相同，班級内學号不能相同，在R關系中，（學号，班級）→（姓名），但是（學号）→（姓名）不成立，（班級）→（姓名）不成立，是以姓名完全函數依賴與（學号，班級）。

「傳遞函數依賴」設X,Y,Z是關系R中互不相同的屬性集合，存在X→Y(Y !→X),Y→Z，則稱Z傳遞函數依賴于X。

如在關系R（學号，宿舍，費用）中，（學号）→（宿舍）,（宿舍）!→（學号），（宿舍）→（費用）,（費用）!→（宿舍），是以符合傳遞函數的要求。

範式相關概念解釋[4]。

「第一範式」符合1NF的每個屬性都不可再分割。1NF為關系型資料庫基本要求。

如（學号，學生，政治背景（面貌，時間））非1NF，「政治背景」可再分；（學号，學生，政治面貌，時間）為1NF。

僅僅符合1NF可能導緻資料備援，插入、删除、修改異常（完整性限制導緻）（開銷性大）。

「第二範式」2NF在1NF的基礎之上，使得非主屬性不能部分函數依賴于主鍵。

如（學号，姓名，課程名，成績）中（學号，課程名）為主鍵，可以決定其他屬性，但其中非主屬性「姓名」依賴于「學号」，即存在部分函數依賴。若要變為2NF則需拆分為（學号，姓名）（學号，課程名，成績）。

「第三範式」3NF在2NF的基礎之上，使得表中非主鍵字段不能傳遞依賴于主鍵。實體中不存在除了主鍵外的屬性，可以決定其他屬性的值。

「BC範式」BCNF要求每個屬性都不部分或傳遞依賴于主鍵。

「反範式」犧牲規範化的要求。

規範化的優點即避免了大量的資料備援，節省了存儲空間，保持了資料的一緻性。但範式越高意味着表也就越多，使用者把多個表聯接在一起的花費是巨大的，尤其是當需要連接配接的兩張或者多張表資料非常龐大的時候，表的連接配接嚴重地降低了系統運作性能。

是以有時為了提高資料庫的性能，需要适當采取所謂反範式的設計，即不完全按照範式的理論來設計資料表結構。

[1]鄒瓊 - 淺談資料庫設計中範式的應用

[2]taozitsl - 主鍵和主碼：https://zhidao.baidu.com/question/518622618.html

[3]好兒郎-志在四方 - 函數依賴：https://blog.csdn.net/rl529014/article/details/48391465 

[4]劉慰 - 如何解釋關系資料庫的第一二三範式：https://www.zhihu.com/question/24696366/answer/29189700