關係型資料庫設計三大範式

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作者:鄭龍飛 範式定義 百度百科:設計關係資料庫時,遵從不同的規範要求,設計出合理的關係型資料庫,這些不同的規範要求被稱為不同的範式,各種範式呈遞次規範,越高的範式資料庫冗餘越小。 人類語言: 範式可以理解為設計一張數據表的表結構,符合的標準級別、規範和要求。 而通常我們用的最多的就是第一範式(1N ...


作者:鄭龍飛

範式定義

百度百科:設計關係資料庫時,遵從不同的規範要求,設計出合理的關係型資料庫,這些不同的規範要求被稱為不同的範式,各種範式呈遞次規範,越高的範式資料庫冗餘越小。

人類語言: 範式可以理解為設計一張數據表的表結構,符合的標準級別、規範和要求。

而通常我們用的最多的就是第一範式(1NF)、第二範式(2NF)、第三範式(3NF),也就是本文要講的“三大範式”。

範式的優點

採用範式可以降低數據的冗餘性。

為什麼要降低數據的冗餘性?

  1. 十幾年前,磁碟很貴,為了減少磁碟存儲。
  2. 以前沒有分散式系統,都是單機,只能增加磁碟,磁碟個數也是有限的。
  3. 一次修改,需要修改多個表,很難保證數據一致性。

範式的缺點

範式的缺點是獲取數據時,需要通過Join拼接出最後的數據。

目前範式的分類

目前業界範式有:第一範式(1NF)、第二範式(2NF)、第三範式(3NF)、巴斯-科德範式(BCNF)、第四範式(4NF)、第五範式(5NF)。

什麼是函數依賴?

百度百科:函數依賴簡單點說就是:某個屬性集決定另一個屬性集時,稱另一屬性集依賴於該屬性集。

人類語言:以下麵表格為例,通俗易懂的解釋,什麼是函數依賴。

學號 姓名 系名 系主任 科名 分數
001 張三 電腦系 李雷 高等數學 87
001 張三 電腦系 李雷 大學英語 88
001 張三 電腦系 李雷 資料庫設計 89
002 李四 電腦系 李雷 高等數學 86
002 李四 電腦系 李雷 java程式設計 90
002 李四 電腦系 李雷 大學英語 98
003 王五 財務系 韓梅梅 高等數學 96
003 王五 財務系 韓梅梅 財務基礎 95

完全函數依賴

官方定義:設X,Y是關係R的兩個屬性集合,X’是X的真子集,存在X→Y,但對每一個X’都有X’!→Y,則稱Y完全函數依賴於X。

人類語言:比如通過,(學號,課程) 推出分數 ,但是單獨用學號推斷不出來分數,那麼就可以說:分數 完全依賴於(學號,課程) 。

總結:即:通過A B能得出C,但 是A B單獨得不出C,那麼說C完全依賴於AB。

部分函數依賴

官方定義:假如 Y函數依賴於 X,但同時 Y 並不完全函數依賴於 X,那麼我們就稱 Y 部分函數依賴於 X。

人類語言:比如通過,(學 號,課程) 推出姓名,因為其實直接可以通過,學號推出姓名,所以:姓名 部分依賴於 (學號,課程)。

總結:通過AB能得出C,通過A也能得出C,或者通過B也能得出C,那麼說C部分依賴於AB。

傳遞函數依賴

官方定義:傳遞函數依賴:設X,Y,Z是關係R中互不相同的屬性集合,存在X→Y(Y !→X),Y→Z,則稱Z傳遞函數依賴於X。

人類語言:比如:學號 推出 系名 , 系名 推出 系主任, 但是,系主任推不出學號,系主任主要依賴於系名。這種情況可以說:系主任 傳遞依賴於 學號 。

總結:即:通 過A得 到B,通 過B得 到C,但 是C得不到A,那 麽說C傳遞依賴於A。

三範式的區別

第一範式

第一範式1NF核心原則:屬性不可切割。

舉例說明:

學號 姓名 系名 系主任 科名 分數 學籍信息
001 張三 電腦系 李雷 高等數學 87 本科,大二
002 李四 電腦系 李雷 大學英語 88 研究生,研三

很明顯上面表格設計是不符合第一範式的,學籍信息列中的數據不是原子數據項,是可以進行分割的,因此對錶格進行修改,讓表格符合第一範式的要求,修改結果如下圖所示:

學號 姓名 系名 系主任 科名 分數 學歷 所在年級
001 張三 電腦系 李雷 高等數學 87 本科 大二
002 李四 電腦系 李雷 大學英語 88 研究生 研三

實際上 ,1NF是所有關係型資料庫的最基本要求 ,你在關係型資料庫管理系統(RDBMS),例如SQL Server,Oracle,MySQL中創建數據表的時候,如果數據表的設計不符合這個最基本的要求,那麼操作一定是不能成功的。也就是說,只要在RDBMS中已經存在
的數據表,一定是符合1NF的。

第二範式

第二範式2NF核心原則:不能存在“部分函數依賴”。

舉例說明:

學號 姓名 系名 系主任 科名 分數
001 張三 電腦系 李雷 高等數學 87
001 張三 電腦系 李雷 大學英語 88
001 張三 電腦系 李雷 資料庫設計 89
002 李四 電腦系 李雷 高等數學 86
002 李四 電腦系 李雷 java程式設計 90
002 李四 電腦系 李雷 大學英語 98
003 王五 財務系 韓梅梅 高等數學 96
003 王五 財務系 韓梅梅 財務基礎 95

以上表格明顯存在,部分依賴。比 如,這張表的主鍵是 (學號,課名),分數確實完全依賴於(學號,課名),但是姓名並不完全依賴於(學號,課名),讓表格符合第二範式的要求,修改結果如下圖所示:

學號 科名 分數
001 高等數學 87
001 大學英語 88
001 資料庫設計 89
002 高等數學 86
002 java程式設計 90
002 大學英語 98
003 高等數學 96
003 財務基礎 95
學號 姓名 系名 系主任
001 張三 電腦系 李雷
002 李四 電腦系 李雷
003 王五 財務系 韓梅梅

以上符合第二範式,去掉部分函數依賴依賴。

第三範式

第三範式 3NF核心原則:不能存在傳遞函數依賴。

舉例說明:

學號 姓名 系名 系主任
001 張三 電腦系 李雷
002 李四 電腦系 李雷
003 王五 財務系 韓梅梅

在上面這張表中,存 在傳遞函數依賴:學號->系 名->系主任,但是系主任推不出學號。

上面表需要再次拆解:

學號 姓名 系名
001 張三 電腦系
002 李四 電腦系
003 王五 財務系
系名 系主任
電腦系 李雷
電腦系 李雷
財務系 韓梅梅

反三範式

沒有冗餘的資料庫未必是最好的資料庫,有時為了提高運行效率,就必須降低範式標準,適當保留冗餘數據。具體做法是: 在概念數據模型設計時遵守第三範式,降低範式標準的工作放到物理數據模型設計時考慮。降低範式就是增加欄位,減少了查詢時的關聯,提高查詢效率,因為在資料庫的操作中查詢的比例要遠遠大於DML的比例。但是反範式化一定要適度,並且在原本已滿足三範式的基礎上再做調整的。

總結

引用知乎大佬對範式的理解:

資料庫設計應該也是分為三個境界的:

第一個境界,剛入門資料庫設計,範式的重要性還未深刻理解。這時候出現的反範式設計,一般會出問題。

第二個境界,隨著遇到問題解決問題,漸漸瞭解到範式的真正好處,從而能快速設計出低冗餘、高效率的資料庫。

第三個境界,再經過N年的鍛煉,是一定會發覺範式的局限性的。此時再去打破範式,設計更合理的反範式部分。


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