详解数据库范式
范式
- 1. 第一范式（1NF）
- 2. 第二范式（2NF）
- 3. 第三范式（3NF）
- 4. BC范式（BCNF，Boyce-Codd Normal Form）
- 5. 第四范式（4NF）
- 6. 第五范式（5NF）
- 总结：
在数据库设计中， 范式（Normal Forms, NFs）是一种用于规范化数据库结构的理论，用以消除数据冗余、提高数据一致性，同时减少异常问题。范式的核心思想是将数据划分成更小、更独立的表，并通过关系（外键）进行连接。
1. 第一范式（1NF）
目标：确保每列的值是原子值。
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要求：
- 数据库表中的每一列只包含单一值（原子性）。
- 不允许一列存储多个值（如数组、列表等），也不允许嵌套表。
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示例：不符合1NF
学生ID 姓名 联系方式 1 张三 12345, 67890 2 李四 98765 上述表中“联系方式”列包含了多个值，因此不符合1NF。
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改进（符合1NF）
学生ID 姓名 联系方式 1 张三 12345 1 张三 67890 2 李四 98765
2. 第二范式（2NF）
目标：消除非主属性对主键的部分依赖。
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要求：
- 满足1NF。
- 表中的每一个非主属性必须完全依赖于主键，而不能只依赖于主键的一部分（解决部分依赖）。
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示例：不符合2NF
学生ID 课程ID 课程名称 成绩 1 C001 数学 90 1 C002 英语 85 假设主键是（学生ID, 课程ID）的组合，“课程名称”只依赖于课程ID，而不是组合主键，因此违反2NF。
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改进（分表，符合2NF）
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课程表：
课程ID 课程名称 C001 数学 C002 英语 -
成绩表：
学生ID 课程ID 成绩 1 C001 90 1 C002 85
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3. 第三范式（3NF）
目标：消除非主属性之间的传递依赖。
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要求：
- 满足2NF。
- 非主属性之间不存在传递依赖（即非主属性不能依赖于另一个非主属性）。
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示例：不符合3NF
学生ID 系ID 系名称 1 CS001 计算机系 2 EE002 电气工程系 在此表中，“系名称”依赖于“系ID”，“系ID”又依赖于主键“学生ID”，这是一种传递依赖。
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改进（分表，符合3NF）
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学生表：
学生ID 系ID 1 CS001 2 EE002 -
系表：
系ID 系名称 CS001 计算机系 EE002 电气工程系
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4. BC范式（BCNF，Boyce-Codd Normal Form）
目标：消除主属性间的依赖关系。
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要求：
- 满足3NF。
- 对于每一个函数依赖 X → Y X \to Y X→Y ， X X X 必须是超键。（超键是一个或多个属性的组合，这些属性的值可以唯一地标识表中的每一行记录。换句话说，一个超键中的值是足够独特的，它能够用来区分表中的任意两条记录。）
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示例：不符合BCNF
教师ID 课程名称 教室 T001 数学 R101 T002 英语 R102 假设（教师ID, 课程名称）为主键，“教室”依赖于“课程名称”，“课程名称”不是超键，因此违反BCNF。
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改进（分表）
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课程表：
课程名称 教室 数学 R101 英语 R102 -
教师课程表：
教师ID 课程名称 T001 数学 T002 英语
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5. 第四范式（4NF）
目标：消除多值依赖。
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要求：
- 满足BCNF。
- 表中不能存在非主属性的多值依赖。
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示例：不符合4NF
学生ID 语言 爱好 1 英语 篮球 1 英语 足球 1 法语 篮球 1 法语 足球 上述表中，“语言”和“爱好”是独立的多值属性，存在多值依赖。
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改进（分表）
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学生语言表：
学生ID 语言 1 英语 1 法语 -
学生爱好表：
学生ID 爱好 1 篮球 1 足球
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6. 第五范式（5NF）
目标：消除连接依赖。
- 要求：
- 满足4NF。
- 表中每一个关系都应该能够通过其更小的关系表连接复原（避免连接依赖）。
总结：
| 范式 | 目标 | 主要特点 |
|---|---|---|
| 1NF | 消除重复组，保证每列值原子性。 | 每列只存储单一值。 |
| 2NF | 消除部分依赖，非主属性完全依赖主键。 | 必须完全依赖主键，不允许部分依赖。 |
| 3NF | 消除传递依赖，非主属性只依赖主键。 | 非主属性之间不能存在依赖关系。 |
| BCNF | 消除主属性间依赖，所有函数依赖的决定因素为超键。 | 更严格的3NF。 |
| 4NF | 消除多值依赖，每个关系只存储一个独立主题。 | 解决多值属性独立的问题。 |
| 5NF | 消除连接依赖，确保关系可以通过小表复原。 | 对复杂表分解到极致。 |