范式间的区别（具体例子）

 

由于最近要做毕业设计了，所以加强了一下数据库设计的基础知识，主要是范式的应用。在此作些总结吧。

首先是基础概念，也就是术语：

（1）       实体（entity）：就是实际应用中要用数据描述的事物，一般是名词。

（2）       字段（fields）：就是一项数据，也就是我们平常所说的“列”。

（3）       记录（record）：一个实体的一个实例所特有的相关数据项的集合，也就是我们平常所说的“行”。

（4）       键（key）：可唯一标识一条记录的一个字段或字段集。

（5）       主键（primary key）：用于唯一标识一个表中的一条记录的键。每个主键应该具有下列特征：1.  唯一的。2.最小的（尽量选择最少键的组合）。3.非空。4.不可更新的（不能随时更改）

（6）       外键（foreign keys）：对连接父表和子表的相关记录的主键字段的复制。

（7）       依赖表（dependent table）：也称为弱实体（weak entity）是需要用父表标识的子表。

（8）       关联表（associative table）：是多对多关系中两个父表的子表。

（9）       实体完整性：每个表必须有一个有效的主键。

（10）   参照完整性：没有不相匹配的外键值。

 

然后就是本文的主题：“范式”了。范式主要有第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、BCNF、第四范式（4NF）。下面就根据例子，一一解释。（以下的例子都出自《database design and development : a visual approach》 Raymond Frost, John Day, Craig Van Slyke 著，且有下划线的表示主键）

具体例子：

            假设你需要为一个在线视频娱乐厅设计数据库，用它记录每个会员的消费时间。娱乐厅必须掌握会员的基本信息，包括他们的电子邮箱、访问在线娱乐厅的口令、他们的姓名以及电话号码。当会员每次访问娱乐厅时都会创建一个进程id，而且必需记录进程的开始时间和结束时间。如图：

上图是规范化的设计。下面展示一个非规范化的设计。如图：

   

那么非规范化的设计有什么利弊呢？

优点：很明显，非规范化设计没有外键。这样就简化了某些相关操作。

缺点：其实潜在的问题是致命的。

1.                   更新问题。当有两条主键（id）不一样，但其他信息完全相同的数据遇到更新时，其中一条的数据更新了，但另一条没有更新，结果产生不一致的数据。

2.                   插入问题。当插入一条数据时，插入信息只是表属性的一部分。例如上例中只插入一个MEMBER的基本信息（email,password,fname,iname,phone），在非规范化设计中是禁止的，因为该数据信息不完整。

这些问题导致了在构造关系数据库时一些规则的出现，这些就是范式。

 

第一范式定义：表中所有字段仅包含单值。

 

很明显，第二行的数据违反了第一范式。因为phone的字段有两个值。PS：汗一个，美国人怎么连密码都是武器？？？

解决的办法有：

 

在讨论更高级的范式之前，必须明白确定因子的概念。

确定因子（determinant）：是一个字段或一组字段，它控制或确定其他字段的值。

 

第二范式定义：表中的每个非键字段由整个主键确定，且不能由主键自身的一部分确定。因此，2NF的违例只会出现在主键是由超过一个字段构成的表中。

 

在上面的STUDENT_ENROLL表中id决定了fname,iname,dorm,phone，而SECTION$call_no又决定了fname,iname,dorm,phone,grade。违反了第二范式，则在更新时，由于Jim Green有两个电话号码而无法更新。

解决的办法有：

 

第三范式定义：表中不存在可以确定其他非关键字的非键字段。

3NF的违例可能发生在具有多个非键字段的表中。

 

上图的MEMBERVISIT中，主键（id）决定了email,password,fname,iname,phone。Email决定了password,fname,iname,phone。所以违反了第三范式。会导致Luce存储了两个passwords.。这显然是不对的。

解决的方法：

 

BCNF定义：每个确定因子是一个键。这个范式特别用于处理非键字段确定主键的一部分主要的情况。

 

上面的QUARTERLY_BONUS表中，一个非键字段ssn确定employee_id，它是键的一部分。实际上，ssn和employee_id彼此相互确定。所以违反了BCNF范式。会导致更新问题，雇员8857在图中有两个不同的ssn。

解决方法：

 

第四范式定义：在全键表中，键的一部分可以确定至多一个其他字段的多个值。4NF仅用于全键表。

为了理解第四范式，需要引入多值依赖（multivalued dependency,MVD）的概念：指可以控制或确定另一个字段的多个值的一个或一组字段。

 

上面的SKILL表中，email是多值依赖的。违反了第四范式。如果我们删除了Luce的German身份。我们也丢失了他爱好网球的信息。

解决方法：

 

这两个表是没有联系的。每个表仅包含一个MVD。

 

检测范式违例:

1.                   当多个值存储在一个单元中时会发生1NF违例。

2.                   2NF违例只会发生在具有关联键的表中，且非键字段只依赖于主键的一部分。

3.                   3NF违例发生在一个非键字段确定另一个非键字段的情况下，表可能有一个任何大小的键。

4.                   BCNF违例出现在非键字段确定主键的一部分的情况下。这些违例只能发生在主键是有关联键组成的表中。

5.                   4NF违例发生在表的主键至少由3个键连接而成且没有非键字段的情况下，此外，键的一部分确定键的另一部分的多个值。

 

解决范式违例的方法：就是将复式的确定因子拆成单一的确定因子。