详解数据库范式

1. 第一范式（1NF）

目标：确保每列的值是原子值。

• 要求：

  • 数据库表中的每一列只包含单一值（原子性）。
  • 不允许一列存储多个值（如数组、列表等），也不允许嵌套表。

• 示例：不符合1NF

  学生ID	姓名	联系方式
  1	张三	12345, 67890
  2	李四	98765

  上述表中“联系方式”列包含了多个值，因此不符合1NF。

• 改进（符合1NF）

  学生ID	姓名	联系方式
  1	张三	12345
  1	张三	67890
  2	李四	98765

2. 第二范式（2NF）

目标：消除非主属性对主键的部分依赖。

• 要求：

  • 满足1NF。
  • 表中的每一个非主属性必须完全依赖于主键，而不能只依赖于主键的一部分（解决部分依赖）。

• 示例：不符合2NF

  学生ID	课程ID	课程名称	成绩
  1	C001	数学	90
  1	C002	英语	85

  假设主键是（学生ID, 课程ID）的组合，“课程名称”只依赖于课程ID，而不是组合主键，因此违反2NF。

• 改进（分表，符合2NF）

  • 课程表：

    课程ID	课程名称
    C001	数学
    C002	英语

  • 成绩表：

    学生ID	课程ID	成绩
    1	C001	90
    1	C002	85

3. 第三范式（3NF）

目标：消除非主属性之间的传递依赖。

• 要求：

  • 满足2NF。
  • 非主属性之间不存在传递依赖（即非主属性不能依赖于另一个非主属性）。

• 示例：不符合3NF

  学生ID	系ID	系名称
  1	CS001	计算机系
  2	EE002	电气工程系

  在此表中，“系名称”依赖于“系ID”，“系ID”又依赖于主键“学生ID”，这是一种传递依赖。

• 改进（分表，符合3NF）

  • 学生表：

    学生ID	系ID
    1	CS001
    2	EE002

  • 系表：

    系ID	系名称
    CS001	计算机系
    EE002	电气工程系

4. BC范式（BCNF，Boyce-Codd Normal Form）

目标：消除主属性间的依赖关系。

• 要求：

  • 满足3NF。
  • 对于每一个函数依赖 $X\to Y$ ， $X$ 必须是超键。（超键是一个或多个属性的组合，这些属性的值可以唯一地标识表中的每一行记录。换句话说，一个超键中的值是足够独特的，它能够用来区分表中的任意两条记录。）

• 示例：不符合BCNF

  教师ID	课程名称	教室
  T001	数学	R101
  T002	英语	R102

  假设（教师ID, 课程名称）为主键，“教室”依赖于“课程名称”，“课程名称”不是超键，因此违反BCNF。

• 改进（分表）

  • 课程表：

    课程名称	教室
    数学	R101
    英语	R102

  • 教师课程表：

    教师ID	课程名称
    T001	数学
    T002	英语

5. 第四范式（4NF）

目标：消除多值依赖。

• 要求：

  • 满足BCNF。
  • 表中不能存在非主属性的多值依赖。

• 示例：不符合4NF

  学生ID	语言	爱好
  1	英语	篮球
  1	英语	足球
  1	法语	篮球
  1	法语	足球

  上述表中，“语言”和“爱好”是独立的多值属性，存在多值依赖。

• 改进（分表）

  • 学生语言表：

    学生ID	语言
    1	英语
    1	法语

  • 学生爱好表：

    学生ID	爱好
    1	篮球
    1	足球

6. 第五范式（5NF）

目标：消除连接依赖。

• 要求：
  • 满足4NF。
  • 表中每一个关系都应该能够通过其更小的关系表连接复原（避免连接依赖）。

总结：