数据库的规范化设计方法---3种范式
第一范式（1NF）：确保表中的每个字段都是不可分割的基本数据项。
第二范式（2NF）：在满足1NF的基础上，确保非主属性完全依赖于主键。
第三范式（3NF）：在满足2NF的基础上，确保非主属性不传递依赖于主键。
使用 StudentCourse 表作为基础，来解释第一范式（1NF）。
第一范式 (1NF) 的核心要求：
确保表中的每一个单元格（字段值）都包含单一、不可再分割的基本数据项。换句话说，表中的每一列都必须是原子性的，不能包含多个值或复合值。
回顾之前的 StudentCourse 表：
| StudentID (学号) | StudentName (姓名) | StudentDepartment (系别) | CourseID (课程号) | CourseName (课程名) | Professor (教授) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1001 | 张三 | 计算机系 | CS101 | 数据结构 | 李教授 |
| 1001 | 张三 | 计算机系 | CS201 | 数据库原理 | 王教授 |
| 1002 | 李四 | 电子系 | EE101 | 电路基础 | 赵教授 |
| 1003 | 王五 | 计算机系 | CS101 | 数据结构 | 李教授 |
| 1003 | 王五 | 计算机系 | CS301 | 操作系统 | 刘教授 |
分析 StudentCourse 表是否满足 1NF：
现在我们来逐一检查这个表中的每一列，看看它们是否都满足原子性（不可分割）的要求：
- StudentID (学号): 例如 “1001”。这是一个单一的数值，不能再分割成更小的有意义的部分（比如不能把它分成 ‘1’, ‘0’, ‘0’, ‘1’ 并认为每个都有独立意义）。满足 1NF。
- StudentName (姓名): 例如 “张三”。虽然姓名可以拆分成姓氏和名字（“张” 和 “三”），但在数据库设计中，通常将整个姓名视为一个不可分割的字符串来处理，特别是当我们不需要单独查询姓氏或名字时。如果业务上需要单独处理姓氏和名字，才需要拆分成两列。通常认为满足 1NF。
- StudentDepartment (系别): 例如 “计算机系”。这是一个单一的文本值，表示一个系别。满足 1NF。
- CourseID (课程号): 例如 “CS101”。这是一个单一的标识符，不能再分割。满足 1NF。
- CourseName (课程名): 例如 “数据结构”。这是一个单一的文本值。满足 1NF。
- Professor (教授): 例如 “李教授”。这是一个单一的文本值。满足 1NF。
结论： 在这个例子中，StudentCourse表的每一列都只包含单一、不可分割的数据项。因此，这个表满足第一范式 (1NF)。
一个不满足 1NF 的例子：
假设我们有一个StudentInfo表，其中存储了学生的联系电话，但允许一个学生有多个电话：
| StudentID | StudentName | PhoneNumbers |
|---|---|---|
| 1001 | 张三 | 13812345678, 13987654321 |
| 1002 | 李四 | 13700001111 |
| 1003 | 王五 | 13611112222, 13833334444, 13955556666 |
在这个表中，PhoneNumbers 列包含了多个电话号码，用逗号分隔。这违反了 1NF，因为该列的单元格包含了多个基本数据项（多个电话号码）。
要使其满足 1NF，我们需要将每个电话号码放在单独的一行，或者创建一个单独的 StudentPhone 表。
希望这个例子能帮助你理解第一范式的要求！
好的，我们来通过具体的例子来解释“完全依赖”和“不传递依赖”这两个概念，它们是第二范式（2NF）和第三范式（3NF）的核心。
假设我们有一个存储学生选修课程信息的表：
表：StudentCourse (学生选课表)
| StudentID (学号) | StudentName (姓名) | StudentDepartment (系别) | CourseID (课程号) | CourseName (课程名) | Professor (教授) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1001 | 张三 | 计算机系 | CS101 | 数据结构 | 李教授 |
| 1001 | 张三 | 计算机系 | CS201 | 数据库原理 | 王教授 |
| 1002 | 李四 | 电子系 | EE101 | 电路基础 | 赵教授 |
| 1003 | 王五 | 计算机系 | CS101 | 数据结构 | 李教授 |
| 1003 | 王五 | 计算机系 | CS301 | 操作系统 | 刘教授 |
这个表的主键是 (StudentID, CourseID)，因为一个学生可以选多门课，一门课可以被多个学生选，只有同时知道学号和课程号才能唯一确定一行记录。
2. 第二范式 (2NF) - 完全依赖 (Full Dependency)
定义： 在满足第一范式（1NF）的基础上，非主属性必须完全依赖于整个主键，而不仅仅是主键的一部分。
问题： 如果主键是由多个属性组成的（复合主键），我们需要检查每个非主属性是否依赖于所有主键属性。
在 StudentCourse 表中：
- 主键： (StudentID, CourseID)
- 非主属性： StudentName, StudentDepartment, CourseName, Professor
现在我们检查每个非主属性是否完全依赖于(StudentID, CourseID)：
- StudentName (姓名): 姓名是由学号
StudentID决定的，和选了哪门课CourseID无关。所以StudentName只依赖于StudentID，而不是(StudentID, CourseID)。这叫部分依赖 (Partial Dependency)。 - StudentDepartment (系别): 系别也是由学号
StudentID决定的，和课程号CourseID无关。所以StudentDepartment只依赖于StudentID，而不是(StudentID, CourseID)。这也是部分依赖。 - CourseName (课程名): 课程名是由课程号
CourseID决定的，和学生的学号StudentID无关。所以CourseName只依赖于CourseID，而不是(StudentID, CourseID)。这同样是部分依赖。 - Professor (教授): 教授通常是由课程号
CourseID决定的（假设一门课只有一个固定教授），和学生的学号StudentID无关。所以Professor只依赖于CourseID，而不是(StudentID, CourseID)。这也是部分依赖。
结论： StudentCourse 表不满足 2NF，因为存在非主属性（StudentName, StudentDepartment, CourseName, Professor）部分依赖于主键(StudentID, CourseID)的子集（要么只依赖StudentID，要么只依赖CourseID）。
如何修正 (分解)： 我们需要将表分解，使得每个表的非主属性都完全依赖于该表的主键。
- Student (学生表): 主键
StudentIDStudentID (学号) StudentName (姓名) StudentDepartment (系别) 1001 张三 计算机系 1002 李四 电子系 1003 王五 计算机系 - Course (课程表): 主键
CourseIDCourseID (课程号) CourseName (课程名) Professor (教授) CS101 数据结构 李教授 CS201 数据库原理 王教授 EE101 电路基础 赵教授 CS301 操作系统 刘教授 - StudentSC (学生选课关系表): 主键
(StudentID, CourseID)StudentID (学号) CourseID (课程号) 1001 CS101 1001 CS201 1002 EE101 1003 CS101 1003 CS301
现在检查这些新表：
- Student 表的主键是
StudentID，所有非主属性 (StudentName, StudentDepartment) 都完全依赖于StudentID。 - Course 表的主键是
CourseID，所有非主属性 (CourseName, Professor) 都完全依赖于CourseID。 - StudentSC 表的主键是
(StudentID, CourseID)，它没有其他非主属性，所以自然满足。
这些分解后的表都满足了 2NF。
3. 第三范式 (3NF) - 不传递依赖 (No Transitive Dependency)
定义： 在满足第二范式（2NF）的基础上，非主属性必须不传递依赖于主键。也就是说，非主属性不能依赖于另一个非主属性。
问题： 我们需要检查是否存在“主键 -> 非主属性 A -> 非主属性 B”这样的依赖链条，其中 B 就是传递依赖于主键。
在修正后的 Student 表中：
- 主键：
StudentID - 非主属性： StudentName, StudentDepartment
检查是否存在传递依赖： StudentID->StudentDepartment(学号决定系别)StudentDepartment-> ? 这个系别 (StudentDepartment) 是否又决定了其他的非主属性？在我们的 Student 表中，系别只决定了它自己，没有决定其他非主属性 (StudentName)。所以没有传递依赖。
在修正后的 Course 表中：- 主键：
CourseID - 非主属性： CourseName, Professor
检查是否存在传递依赖： CourseID->Professor(课程号决定教授)Professor-> ? 这个教授 (Professor) 是否又决定了其他的非主属性？在我们的 Course 表中，教授只决定了它自己，没有决定其他非主属性 (CourseName)。所以没有传递依赖。
假设我们有一个不满足 3NF 的表：
表：StudentDept (学生系别表 - 假设大学有系主任)
| StudentID (学号) | StudentName (姓名) | StudentDepartment (系别) | DepartmentHead (系主任) |
|---|---|---|---|
| 1001 | 张三 | 计算机系 | 陈主任 |
| 1002 | 李四 | 电子系 | 吴主任 |
| 1003 | 王五 | 计算机系 | 陈主任 |
- 主键：
StudentID(假设学号唯一) - 非主属性： StudentName, StudentDepartment, DepartmentHead
检查依赖关系：
StudentID->StudentName(满足)StudentID->StudentDepartment(满足)StudentID->DepartmentHead? 不完全是。学号本身不直接决定系主任。但是，我们可以通过学号找到系别 (StudentID->StudentDepartment)，然后通过系别找到系主任 (StudentDepartment->DepartmentHead)。所以，DepartmentHead是传递依赖于主键StudentID的。StudentID->StudentDepartment->DepartmentHead。
结论： StudentDept 表不满足 3NF，因为存在非主属性DepartmentHead传递依赖于主键StudentID。
如何修正 (分解)： 我们需要将传递依赖的非主属性分离出来。
- Student (学生表): 主键
StudentID -
StudentID (学号) StudentName (姓名) StudentDepartment (系别) 1001 张三 计算机系 1002 李四 电子系 1003 王五 计算机系 - Department (系别表): 主键
StudentDepartment(可以用系别名称或系编号作为主键，这里简化用名称)StudentDepartment (系别) DepartmentHead (系主任) 计算机系 陈主任 电子系 吴主任
现在检查这些新表：
- Student 表满足 3NF。
- Department 表的主键是
StudentDepartment，唯一的非主属性DepartmentHead完全依赖于它，并且没有其他非主属性可以依赖，所以也满足 3NF。
总结:
- 完全依赖 (2NF): 非主属性不能只依赖于复合主键的“一部分”。它们必须依赖于整个主键。
- 不传递依赖 (3NF): 非主属性不能依赖于另一个非主属性。它们必须直接依赖于主键，不能通过中间的非主属性间接依赖。
通过满足这些范式，可以减少数据冗余，避免数据更新异常（插入、删除、修改异常）。