在掌握数据库设计规范后,小菜个人认为有必要知道数据库的基本概念。

设计关系数据库时,遵从不同的规范要求,设计出合理的关系型数据库,这些不同的规范要求被称为不同的范式,各种范式呈递次规范,越高的范式数据库冗余越小。

目前关系数据库有六种范式:第一范式(1NF)、第二范式(2NF)、第三范式(3NF)、巴斯-科德范式(BCNF)、第四范式(4NF)和第五范式(5NF,又称完美范式)。满足最低要求的范式是第一范式(1NF)。在第一范式的基础上进一步满足更多规范要求的称为第二范式(2NF),其余范式以次类推。一般说来,数据库只需满足第三范式(3NF)就行了。

参考文章:

1.范式

范式: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。

2.数据库基本概念

实体

现实世界中客观存在并可以被区别的事物。比如一个学生一本书一门课等等。值得强调的是这里所说的“事物”不仅仅是看得见摸得着的“东西”,它也可以是虚拟的,不如说老师与学校的关系

属性

教科书上解释为:实体所具有的某一特性,由此可见,属性一开始是个逻辑概念,比如说,性别的一个属性。在关系数据库中,属性又是个物理概念,属性可以看作是表的一列

元组

表中的一行就是一个元组

分量

元组的某个属性值。在一个关系数据库中,它是一个操作原子,即关系数据库在做任何操作的时候,属性是“不可分的”。否则就不是关系数据库了。

表中可以唯一确定一个元组的某个属性(或者属性组),如果这样的码有不止一个,那么大家都叫候选码,我们从候选码中挑一个出来做老大,它就叫主码。

全码

如果一个码包含了所有的属性,这个码就是全码。

主属性

一个属性只要在任何一个候选码中出现过,这个属性就是主属性。

非主属性

与上面相反,没有在任何候选码中出现过,这个属性就是非主属性。

外码

一个属性(或属性组),它不是码,但是它别的表的码,它就是外码。

候选码

若关系中的某一属性或属性组的值能唯一的标识一个元组,而其任何真子集都不能再标识,则称该属性组为(超级码)候选码。

3.6种范式

前面说到,范式越高,数据的冗余度越小。其实没有冗余的数据库设计是可以做到的。但是,没有冗余的数据库未必是最好的数据库,有时为了提高运行效率,就必须降低范式标准,适当保留冗余数据。具体做法是:在概念数据模型设计时遵守第三范式,降低范式标准的工作放到物理数据模型设计时考虑。降低范式就是增加字段,允许冗余。(最典型的就是在一些数据表中不仅存作为外键的user_id,同样存user_name,这样虽然违反数据库范式增加了user_name字段,但是却提高了效率,减少了获取user_id后再去user表中获取user name的操作)

所以实际中,我们只需要考虑数据库满足第三范式就可以了,下面以最通俗的方式来解释数据库的范式。

第一范式(1NF):属性不可分

1NF是对属性的原子性约束,要求属性具有原子性,不可再分解

name                  tel                    age

                手机            座机

Josh        13612345678    021-9876543      22

Wang        13988776655    010-1234567      21

很明显,tel这个属性还可以进行分解,分解成手机和座机这两个属性,不满足第一范式的数据库,不是关系数据库!所以,我们在任何关系数据库管理系统中,做不出这样的来。

第二范式(2NF):符合1NF,并且非主属性完全依赖于码

2NF是对记录的惟一性约束,要求记录有惟一标识,即实体的惟一性,更通俗说有主键ID

如果这都不能理解,只能看看如下科学的解释了:

一个候选码中的主属性也可能是好几个。如果一个主属性,它不能单独做为一个候选码,那么它也不能确定任何一个非主属性。给一个反例:我们考虑一个小学的教务 管理系统,学生上课指定一个老师,一本教材,一个教室,一个时间,大家都上课去吧,没有问题。那么数据库怎么设计?(学生上课表)

学生       课程             老师    老师职称         教材              教室      上课时间

小明       一年级语文(上)  大宝     副教授          《小学语文1》      101        14:30

一个学生上一门课,一定在特定某个教室。所以有(学生,课程)-> 教室

一个学生上一门课,一定是特定某个老师教。所以有(学生,课程)->老师

一个学生上一门课,他老师的职称可以确定。所以有(学生,课程)->老师职称

一个学生上一门课,一定是特定某个教材。所以有(学生,课程)->教材

一个学生上一门课,一定在特定时间。所以有(学生,课程)->上课时间

因此(学生,课程)是一个码。

然而,一个课程,一定指定了某个教材,一年级语文肯定用的是《小学语文1》,那么就有课程->教材。(学生,课程)是个码,课程却决定了教材,这就叫做不完全依赖,或者说部分依赖。出现这样的情况,就不满足第二范式!有什么不好吗?你可以想想:

1、校长要新增加一门课程叫“微积分”,教材是《大学数学》,怎么办?学生还没选课,而学生又是主属性,主属性不能空,课程怎么记录呢,教材记到哪呢? ……郁闷了吧?(插入异常)

2、下学期没学生学一年级语文(上)了,学一年级语文(下)去了,那么表中将不存在一年级语文(上),也就没了《小学语文1》。这时候,校长问:一年级语文(上)用的什么教材啊?……郁闷了吧?(删除异常)

3、校长说:一年级语文(上)换教材,换成《大学语文》。有10000个学生选了这么课,改动好大啊!改累死了……郁闷了吧?(修改异常)

那应该怎么解决呢?投影分解,将一个表分解成两个或若干个表

学生     课程            老师     老师职称     教室      上课时间

小明     一年级语文(上) 大宝      副教授        101       14:30


学生上课表

课程                 教材

一年级语文(上)     《小学语文1》

第三范式(3NF):符合2NF,并且,消除传递依赖

3NF是对字段冗余性的约束,即任何字段不能由其他字段派生出来,它要求字段没有冗余

正如前面所说:没有数据冗余的数据库并不一定是最好的数据库,所以有没有冗余的设计,要综合来考虑。

上面的“学生上课表”符合2NF,可以这样验证:两个主属性单独使用,不用确定其它四个非主属性的任何一个。但是它有传递依赖!在“老师”和“老师职称”这里,一个老师一定能确定一个老师职称。

如果不消除这种传递依赖,有可能会出现

1、老师升级了,变教授了,要改数据库,表中有N条,改了N次……(修改异常)

2、没人选这个老师的课了,老师的职称也没了记录……(删除异常)

3、新来一个老师,还没分配教什么课,他的职称记到哪?……(插入异常)

那应该怎么解决呢?和上面一样,投影分解:

学生      课程              老师    教室        上课时间

小明      一年级语文(上)   大宝    101         14:30


教师表

老师      老师职称

大宝      副教授

BCNF:符合3NF,并且,主属性不依赖于主属性

第四范式:要求把同一表内的多对多关系删除

第五范式:从最终结构重新建立原始结构

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