【愚公系列】软考高级-架构设计师 058-范式

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🚀前言

数据库范式是一组规范化设计数据库的原则，旨在减少数据冗余、提高数据一致性和避免数据异常。通过将数据库设计分解为多个规范形式，设计者可以确保数据库的结构更加健壮、易于维护和扩展。

通常情况下，数据库设计的规范形式可以分为以下几个范式级别，从第一范式（1NF）到第五范式（5NF）：

1. 第一范式（1NF）：
   • 数据表中的每一列都是不可分割的原子值。
   • 没有重复的列或分组。
2. 第二范式（2NF）：
   • 数据表必须符合第一范式。
   • 每一列与主键完全依赖，而不是部分依赖。
   • 即确保每个非主键列都完全依赖于主键，而不是只依赖于主键的部分属性。
3. 第三范式（3NF）：
   • 数据表必须符合第二范式。
   • 非主键列之间没有传递依赖关系，即不存在非主键列依赖其他非主键列的情况。
4. 巴斯-科德范式（BCNF）：
   • 数据表必须符合第三范式。
   • 对于任意非平凡的函数依赖X → Y，X必须是Y的超键。
5. 第四范式（4NF）：
   • 数据表必须符合BCNF。
   • 任何一个多值依赖（即A →→ B，其中A和B都是非主属性集合）都只能是候选键的超集。
6. 第五范式（5NF）：
   • 数据表必须符合第四范式。
   • 只要一个非平凡的多值依赖A →→ B存在，那么A和B都必须是候选键的超集。

通过遵循这些范式，设计者可以消除数据中的冗余、降低数据修改异常的发生率，并使数据库结构更加灵活和高效。然而，有时候为了特定的业务需求或性能优化，可能会在设计中选择部分放宽这些范式要求。

🚀一、范式

🔎1.第一范式

第一范式1NF：要求数据库表中的所有字段都是不可分割的原子值。通俗地说，第一范式就是表中不允许有小表的存在。比如，对于如下的员工表，就不属于第一范式：

例：用一个单一的关系模式学生来描述学校的教务系统：学生(学号，学生姓名，系号，系主任姓名，课程号，成绩)

依赖关系(学号->学生姓名，学号->所在系，所在系>系主任姓名， (学号，课程号)->成绩)

🔎2.第二范式

第二范式：在1 NF的基础上，要求数据库表中的每个非主属性完全依赖于某一个候选键。通俗地说，就是表中不能存在联合主键，按照定义，上面的学生表就不满足2NF，因为学号不能完全确定成绩(每个学生可以选多门课)。

解决方案：将学生表分解为：

• 学生(学号，学生姓名，系编号，系名，系主任)
• 选课(选课id，学号，课程号，成绩)。

每张表均属于2NF

🔎3.第三范式

第三范式：在2NF的基础上，要求数据库表中的每个非主属性不依赖于其它非主属性。也就是说，数据表中的每一列都和主键直接相关，而不依赖于其它列，即不能存在传递依赖。

继续上面的实例，学生关系模式就不属于3NF，因为学生无法直接决定系主任和系名，是由学号->系编号，再由系编号->系主任，系编号->系名，因此存在非主属性对主属性的传递依赖，

解决方案：将学生表进一步分解为：

• 学生(学号，学生姓名，系编号)
• 系(系编号，系名，系主任)
• 选课(学号，课程号，成绩)

每张表都属于3NF。

🔎4.BC范式(BCNF)

BC范式(BCNF)：规范化数据库设计的一种方法，它对关系型数据库中的表进行分解，其符合第三范式（3NF），同时尽量避免数据冗余和不一致性，提高数据的可靠性和完整性。

假设仓库管理关系表(仓库ID， 存储物品ID， 管理员ID， 数量)，且有一个管理员只在一个仓库工作；一个

仓库可以存储多种物品。此关系模式已经属于了3NF，那么这个关系模式是否存在问题呢？我们来看以下几

种操作：

• 删除异常：当仓库被清空后，所有”存储物品ID”和”数量”信息被删除的同时，”仓库ID”和”管理员ID”信息也被删除了。
• 插入异常：当仓库没有存储任何物品时，无法给仓库分配管理员。
• 更新异常：如果仓库换了管理员，则表中所有行的管理员ID都要修改。

解决方案：把仓库管理关系表分解为二个关系表：

• 仓库管理：(仓库ID， 管理员ID)；
• 仓库：(仓库ID， 存储物品ID， 数量)。 这样的数据库表是符合BCNF范式的，消除了删除异常、插入异常和更新异常。

🔎5.练习

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