[ 数据库原理 ] 数据库范式概念：1NF、2NF、3NF、BCNF详解及其应用总结
一、数据库范式概念
数据库范式：Normal form，缩写（NF）。按照经典教材——《数据库系统概论》中的定义：范式是 “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”。对没错，这就是天书级别的解释，讲中文翻译成白话中文可以理解为：
范式是用来衡量一组数据表是否符合某种设计标准的级别。就像家里装修买建材，最环保的是E0级，其次是E1级，还有E2级等等。
数据库范式也分为1NF，2NF，3NF，BCNF，4NF，5NF。一般在我们设计关系型数据库的时候，最多考虑到BCNF就够。
满足最低要求的称为 1NF，在 1NF 的基础上进一步满足一些新要求的称为 2NF，以此类推，满足高级范式的一定满足低级范式，但满足低级范式的不一定满足高级范式。注意敲黑板化重点此处考试要考
二、第一范式（1NF）
设 R 为任一给定关系，若果 R 中每个列与行的交点处的取值都是不可再分的基本元素，则 R 为第一范式。
简单的说，强调的是列的原子性，即列不能够再分成其他的几列。
第一范式是一个关系型数据库的最低标准，如果不满足第一范式，那么这个数据库就不是关系型数据库（划重点）。
2.1 第一范式示例
来一个不符合第一范式的举例：
可以看出"图书列"有两个值图书号，书名两列，很明显这两个值可以再进行拆分，所以不满足第一范式。如果将该表规范到1NF可以拆分成如下表：
Redis是非关系型数据库，因为他的一个字段值可以是一个Map，其中存在key、value。key可以是字符型，value可以是日期型。故其不满足1NF，也就不能是关系型数据库了。
三、第二范式（2NF）
设 R 为任一给定关系，若 R 为 1NF，且其所有非主属性都完全函数依赖于候选关键字，则 R 为第二范式。
简单的说，第二范式要满足以下的条件：
- 要满足第一范式，
- 每个非主属性要完全函数依赖于候选键，或者是主键（主码）。
根据定义可以总结出：**只有在复合字段作主键时，才可能出现不满足2NF的情况。**第2范式告诉我们，不能使用组合键（联合主键/复合键），要使用唯一主键。
3.1 第二范式示例
针对1NF中的例子，假设例子中的主表主键为：读者号、图书号、借阅日期时，
非主属性姓名，单位号只依赖于读者号，和非主属性书名只依赖于图书号，即与关键码（读者号，图书号，借阅日期）存在部分函数依赖。故不属于 2NF，最高属于 1NF。
如若更改其满足2NF，则需拆分成如下表：
R1（读者号，姓名，单位号，单位名）
R3（图书号，书名）
R4（读者号，图书号，借阅日期，还书目期）
3.2 不满足第2范式可能出现的问题
- 数据冗余：若《周易》本书被同一个单位的人借 100 次，那么这个单位的单位名被重复记录100 次，造成大量数据冗余。
- 更新异常：若图书号对应的图书名字要变更，则需要将表中所有数据更新，不然可能会造成
- 插入异常：若《论语》这本书还没有被借出，那么这本书的基本信息将无法存储到这个关系中去，就会出现插入异常的问题。
- 删除异常：删除读者借阅图书信息时可能把读者的基本信息也删除了。
四、第三范式（3NF）
设 R 为任一给定关系，若 R 为 2NF，且其每一个非主属性都不传递函数依赖于候选关键字，则 R 为第三范式。
简单的说，第三范式要满足以下的条件：
- 首先要满足第二范式，
- 非主属性之间不存在函数依赖。
由于满足了第二范式，表示每个非主属性都函数依赖于主键。如果非主属性之间存在了函数依赖，那么非主属性与主属性之间就存在传递依赖，这样就不满足第三范式考试要考。
4.1 第三范式示例
下面针对第三范式进行一个举例：
从上表中可以看出，非主属性单位号和单位名存在依赖关系，那么，单位名称和读者号就存在传递依赖。故不符合3NF。
如果需要修改上图表满足3NF，则需拆分成如下表：
R1（读者号，姓名，单位号）
R2（单位号，单位名）
R3（图书号，书名）
R4（读者号，图书号，借阅日期，还书目期）
五、巴斯-科德范式（BCNF）
设 R 为任一给定关系， X、 Y 为其属性集， F 为其函数依赖集，若 R 为 3NF，且其 F 中所有函数依赖 X→Y(Y 不属于 X)中的 X 必包含候选关键字，则 R 为 BCNF。
简单的说，BCNF 是第三范式的补充，且要满足以下的条件：
- 满足前面的所有低级范式要求
- 主码(主键)之间不存在依赖
就是要在 3NF 的基础上消除主属性对于码的部分与传递函数依赖。
5.1 BCNF 范式示例
该例子候选键为：（学生，老师）和（学生课程），如果上述例子，设定主属性(主键)为：学生和老师两列为复合主键，那么该例子满足3NF（因为不存在传递依赖）。
六、总结（考试要考）
| 范式 | 作用 | 特点 |
|---|---|---|
| 1NF： | 满足原子性，字段不可再分割 | 字段都是单一属性 |
| 2NF： | 满足完全依赖，消除部分子函数依赖（列不能混着用） | 要求我们使用唯一主键 |
| 3NF： | 消除非主属性传递依赖 | 非主属性之间不能存在函数依赖 |
| BCNF: | 消除主属性传递依赖 | 主码(主键)之间不存在依赖 |
只要是关系型数据库的表，都满足第一范式。第一范式本质更多的是对关系型数据库的一个限定。
第二、第三范式更多的是对数据库表合理设计的一个要求，理解第二、第三范式能够更好的帮助我们设计数据库表。
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