範式理論

構造資料庫必須遵循一定的規則。在關係資料庫中，這種規則就是範式。範式是符合某一種級別的關係模式的集合。關係資料庫中的關係必須滿足一定的要求，即滿足不同的範式。

目前關係資料庫有六種範式：第一範式（1NF）、第二範式（2NF）、第三範式（3NF）、第四範式（4NF）、第五範式（5NF）和第六範式（6NF）。滿足最低要求的範式是第一範式（1NF）。在第一範式的基礎上進一步滿足更多要求的稱為第二範式（2NF），其餘範式以次類推。一般說來，資料庫只需滿足第三範式（3NF）就行了。下面我們舉例介紹第一範式（1NF）、第二範式（2NF）和第三範式（3NF）。
3.4.1 第一範式（1NF）
在任何一個關係資料庫中，第一範式（1NF）是對關係模式的基本要求，不滿足第一範式（1NF）的資料庫就不是關係資料庫。
所謂第一範式（1NF）是指資料庫表的每一列都是不可分割的基本數據項，同一列中不能有多個值，即實體中的某個屬性不能有多個值或者不能有重複的屬性。如果出現重複的屬性，就可能需要定義一個新的實體，新的實體由重複的屬性構成，新實體與原實體之間為一對多關係。在第一範式（1NF）中表的每一行只包含一個實例的信息。例如，對於圖3-2 中的員工信息表，不能將員工信息都放在一列中顯示，也不能將其中的兩列或多列在一列中顯示；員工信息表的每一行只表示一個員工的信息，一個員工的信息在表中只出現一次。簡而言之，第一範式就是無重複的列。
3.4.2 第二範式（2NF）
第二範式（2NF）是在第一範式（1NF）的基礎上建立起來的，即滿足第二範式（2NF）必須先滿足第一範式（1NF）。第二範式（2NF）要求資料庫表中的每個實例或行必須可以被唯一地區分。為實現區分通常需要為表加上一個列，以存儲各個實例的唯一標識。如
圖3-2 員工信息表中加上了員工編號（emp_id）列，因為每個員工的員工編號是唯一的，因此每個員工可以被唯一區分。這個唯一屬性列被稱為主關鍵字或主鍵、主碼。
第二範式（2NF）要求實體的屬性完全依賴於主關鍵字。所謂完全依賴是指不能存在僅依賴主關鍵字一部分的屬性，如果存在，那么這個屬性和主關鍵字的這一部分應該分離出來形成一個新的實體，新實體與原實體之間是一對多的關係。為實現區分通常需要為表加上一個列，以存儲各個實例的唯一標識。簡而言之，第二範式就是非主屬性非部分依賴於主關鍵字。
3.4.3 第三範式（3NF）
滿足第三範式（3NF）必須先滿足第二範式（2NF）。簡而言之，第三範式（3NF）要求一個資料庫表中不包含已在其它表中已包含的非主關鍵字信息。例如，存在一個部門信息表，其中每個部門有部門編號（dept_id）、部門名稱、部門簡介等信息。那么在圖3-2
的員工信息表中列出部門編號後就不能再將部門名稱、部門簡介等與部門有關的信息再加入員工信息表中。如果不存在部門信息表，則根據第三範式（3NF）也應該構建它，否則就會有大量的數據冗餘。簡而言之，第三範式就是屬性不依賴於其它非主屬性。
關係資料庫設計之時是要遵守一定的規則的。尤其是資料庫設計範式 現簡單介紹1NF（第一範式），2NF（第二範式），3NF（第三範式）和BCNF，另有第四範式和第五範式留到以後再介紹。 在你設計資料庫之時，若能符合這幾個範式，你就是資料庫設計的高手。
第一範式（1NF）：在關係模式R中的每一個具體關係r中，如果每個屬性值 都是不可再分的最小數據單位，則稱R是第一範式的關係。例：如職工號，姓名，電話號碼組成一個表（一個人可能有一個辦公室電話 和一個家裡電話號碼） 規範成為1NF有三種方法：
一是重複存儲職工號和姓名。這樣，關鍵字只能是電話號碼。
二是職工號為關鍵字，電話號碼分為單位電話和住宅電話兩個屬性
三是職工號為關鍵字，但強制每條記錄只能有一個電話號碼。
以上三個方法，第一種方法最不可取，按實際情況選取後兩種情況。
第二範式（2NF）：如果關係模式R（U，F）中的所有非主屬性都完全依賴於任意一個候選關鍵字，則稱關係R 是屬於第二範式的。
例：選課關係 SCI（SNO，CNO，GRADE，CREDIT）其中SNO為學號， CNO為課程號，GRADEGE 為成績，CREDIT 為學分。 由以上條件，關鍵字為組合關鍵字（SNO，CNO）
在套用中使用以上關係模式有以下問題：
a.數據冗餘，假設同一門課由40個學生選修，學分就 重複40次。
b.更新異常，若調整了某課程的學分，相應的元組CREDIT值都要更新，有可能會出現同一門課學分不同。
c.插入異常，如計畫開新課，由於沒人選修，沒有學號關鍵字，只能等有人選修才能把課程和學分存入。
d.刪除異常，若學生已經結業，從當前資料庫刪除選修記錄。某些門課程新生尚未選修，則此門課程及學分記錄無法保存。
原因：非關鍵字屬性CREDIT僅函式依賴於CNO，也就是CREDIT部分依賴組合關鍵字（SNO，CNO）而不是完全依賴。
解決方法：分成兩個關係模式 SC1（SNO，CNO，GRADE），C2（CNO，CREDIT）。新關係包括兩個關係模式，它們之間通過SC1中的外關鍵字CNO相聯繫，需要時再進行自然聯接，恢復了原來的關係
第三範式（3NF）：如果關係模式R（U，F）中的所有非主屬性對任何候選關鍵字都不存在傳遞信賴，則稱關係R是屬於第三範式的。
例：如S1（SNO，SNAME，DNO，DNAME，LOCATION） 各屬性分別代表學號，
姓名，所在系，系名稱，系地址。
關鍵字SNO決定各個屬性。由於是單個關鍵字，沒有部分依賴的問題，肯定是2NF。但這關係肯定有大量的冗餘，有關學生所在的幾個屬性DNO，DNAME，LOCATION將重複存儲，插入，刪除和修改時也將產生類似以上例的情況。
原因：關係中存在傳遞依賴造成的。即SNO -> DNO。 而DNO -> SNO卻不存在，DNO -> LOCATION, 因此關鍵遼 SNO 對 LOCATION 函式決定是通過傳遞依賴 SNO -> LOCATION 實現的。也就是說，SNO不直接決定非主屬性LOCATION。
解決目地：每個關係模式中不能留有傳遞依賴。
解決方法：分為兩個關係 S（SNO，SNAME，DNO），D（DNO，DNAME，LOCATION）
注意：關係S中不能沒有外關鍵字DNO。否則兩個關係之間失去聯繫。
BCNF：如果關係模式R（U，F）的所有屬性（包括主屬性和非主屬性）都不傳遞依賴於R的任何候選關鍵字，那么稱關係R是屬於BCNF的。或是關係模式R，如果每個決定因素都包含關鍵字（而不是被關鍵字所包含），則RCNF的關係模式。
例：配件管理關係模式 WPE（WNO，PNO，ENO，QNT）分別表倉庫號，配件號，職工號，數量。有以下條件
a.一個倉庫有多個職工。
b.一個職工僅在一個倉庫工作。
c.每個倉庫里一種型號的配件由專人負責，但一個人可以管理幾種配件。
d.同一種型號的配件可以分放在幾個倉庫中。
分析：由以上得 PNO 不能確定QNT，由組合屬性（WNO，PNO）來決定，存在函式依賴（WNO，PNO） -> ENO。由於每個倉庫里的一種配件由專人負責，而一個人可以管理幾種配件，所以有組合屬性（WNO，PNO）才能確定負責人，有（WNO，PNO）-> ENO。因為 一個職工僅在一個倉庫工作，有ENO -> WNO。由於每個倉庫里的一種配件由專人負責，而一個職工僅在一個倉庫工作，有 （ENO，PNO）-> QNT。
找一下候選關鍵字，因為（WNO，PNO） -> QNT，（WNO，PNO）-> ENO ，因此 （WNO，PNO）可以決定整個元組，是一個候選關鍵字。根據ENO->WNO，（ENO，PNO）->QNT，故（ENO，PNO）也能決定整個元組，為另一個候選關鍵字。屬性ENO，WNO，PNO 均為主屬性，只有一個非主屬性QNT。它對任何一個候選關鍵字都是完全函式依賴的，並且是直接依賴，所以該關係模式是3NF。
分析一下主屬性。因為ENO->WNO，主屬性ENO是WNO的決定因素，但是它本身不是關鍵字，只是組合關鍵字的一部分。這就造成主屬性WNO對另外一個候選關鍵字（ENO，PNO）的部 分依賴，因為（ENO，PNO）-> ENO但反過來不成立，而P->WNO，故（ENO，PNO）-> WNO 也是傳遞依賴。
雖然沒有非主屬性對候選關鍵遼的傳遞依賴，但存在主屬性對候選關鍵字的傳遞依賴，同樣也會帶來麻煩。如一個新職工分配到倉庫工作，但暫時處於實習階段，沒有獨立負責對某些配件的管理任務。由於缺少關鍵字的一部分PNO而無法插入到該關係中去。又如某個人改成不管配件了去負責安全，則在刪除配件的同時該職工也會被刪除。
解決辦法：分成管理EP（ENO，PNO，QNT），關鍵字是（ENO，PNO）工作EW（ENO，WNO）其關鍵字是ENO
缺點：分解後函式依賴的保持性較差。如此例中，由於分解,函式依賴（WNO，PNO）-> ENO 丟失了, 因而對原來的語義有所破壞。沒有體現出每個倉庫里一種部件由專人負責。有可能出現 一部件由兩個人或兩個以上的人來同時管理。因此，分解之後的關係模式降低了部分完整性約束。
一個關係分解成多個關係，要使得分解有意義，起碼的要求是分解後不丟失原來的信息。這些信息不僅包括數據本身，而且包括由函式依賴所表示的數據之間的相互制約。進行分解的目標是達到更高一級的規範化程度，但是分解的同時必須考慮兩個問題：無損聯接性和保持函式依賴。有時往往不可能做到既有無損聯接性，又完全保持函式依賴。需要根據需要進行權衡。
1NF直到BCNF的四種範式之間有如下關係：
BCNF包含了3NF包含2NF包含1NF
小結：
目地：規範化目的是使結構更合理，消除存儲異常，使數據冗餘儘量小，便於插入、刪除和更新
原則：遵從概念單一化 "一事一地"原則，即一個關係模式描述一個實體或實體間的一種聯繫。規範的實質就是概念的單一化。
方法：將關係模式投影分解成兩個或兩個以上的關係模式。
要求：分解後的關係模式集合應當與原關係模式"等價"，即經過自然聯接可以恢復原關係而不丟失信息，並保持屬性間合理的聯繫。
注意：一個關係模式結這分解可以得到不同關係模式集合，也就是說分解方法不是唯一的。最小冗餘的要求必須以分解後的資料庫能夠表達原來資料庫所有信息為前提來實現。其根本目標是節省存儲空間，避免數據不一致性，提高對關係的操作效率，同時滿足套用需求。實際上，並不一定要求全部模式都達到BCNF不可。有時故意保留部分冗餘可能更方便數據查詢。尤其對於那些更新頻度不高，查詢頻度極高的資料庫系統更是如此。
在關係資料庫中，除了函式依賴之外還有多值依賴，聯接依賴的問題，從而提出了第四範式，第五範式等更高一級的規範化要求。在此，以後再談。
各位朋友，你看過後有何感想，其實，任何一本資料庫基礎理論的書都會講這些東西，考慮到很多網友是半途出家，來做資料庫。特找一本書大抄特抄一把，各位有什麼問題，也別問我了，自已去找一本關係資料庫理論的書去看吧，說不定，對各位大有幫助。說是說以上是基礎理論的東西，請大家想想，你在做資料庫設計的時候有沒有考慮過遵過以上幾個範式呢，有沒有在資料庫設計做得不好之時，想一想，對比以上所講，到底是違反了第幾個範式呢？
我見過的資料庫設計，很少有人做到很符合以上幾個範式的，一般說來，第一範式大家都可以遵守，完全遵守第二第三範式的人很少了，遵守的人一定就是設計資料庫的高手了，BCNF的範式出現機會較少，而且會破壞完整性，你可以在做設計之時不考慮它，當然在ORACLE中可通過觸發器解決其缺點。以後我們共同做設計之時，也希望大家遵守以上幾個範式。