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在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中,三范式是一項非常重要的原則。通過遵循這一原則,可以保證數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適當(dāng)、高效,不僅能夠提高數(shù)據(jù)查詢的速度和準(zhǔn)確性,還能夠避免數(shù)據(jù)冗余和不一致。那么,什么是三范式呢?如何遵循三范式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計呢?

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什么是三范式?
三范式(3NF,Third Normal Form)是指在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中,一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫表(即一個二維表格)必須滿足以下三個條件:
1. 每個表列必須是一個原子值(即不可再分解的值)。
這意味著,應(yīng)該將一個復(fù)雜的值分解為多個原子值,并將它們存儲在不同的列中。例如,如果你想要存儲一個人的地址,應(yīng)該將地址信息分解為國家、省份、城市和街道等不同的列,而不是將整個地址存儲在一個列中。
2. 表中的每個非主鍵列必須完全依賴于主鍵。
這意味著,如果一個表中有多個列與主鍵相關(guān)聯(lián),那么這些列之間必須滿足互相獨立、沒有重疊,每個列只依賴于主鍵這個條件。如果一個列依賴于另一個列,則需要將其作為一個新的表存儲,并將兩個表之間建立關(guān)聯(lián)。
3. 表中不能存在傳遞依賴。
這意味著,如果一個列依賴于非主鍵列,那么這個非主鍵列必須成為主鍵,或者與其它列一起作為新的表存儲。例如,如果一個表中有一個列包含訂單日期和訂單時間,那么應(yīng)該將這兩個信息分解為兩個不同的列,并將它們分別與訂單編號建立關(guān)聯(lián)。
為什么需要遵循三范式?
遵循三范式有以下幾個好處:
1. 降低數(shù)據(jù)冗余和不一致
遵循三范式可以避免數(shù)據(jù)冗余和不一致,即同樣的數(shù)據(jù)不會存儲在多個地方,也不會受到多個操作的不同處理,從而保證了數(shù)據(jù)的一致性和完整性。
2. 提高數(shù)據(jù)查詢的效率
遵循三范式可以使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變得更加高效,查詢數(shù)據(jù)的速度也會更快。因為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單,關(guān)聯(lián)關(guān)系也更加清晰,查詢數(shù)據(jù)時只需要關(guān)注主鍵等關(guān)鍵信息即可。
3. 容易維護(hù)和擴(kuò)展
遵循三范式可以使數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)變得更加容易維護(hù)和擴(kuò)展。由于每個表只存儲了特定的信息,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也更加清晰,可以降低修改和維護(hù)的成本。
如何遵循三范式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計?
在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計時,遵循三范式需要注意以下幾個方面:
1. 確定實體和關(guān)系
在設(shè)計數(shù)據(jù)庫時首先需要確定實體和關(guān)系。一個實體可以是一個物體、一個概念或一個事件,其屬性用于描述該實體的特征。關(guān)系是不同實體之間的聯(lián)系,可以是一對一、一對多或多對多的關(guān)系。
2. 識別主鍵
主鍵是用于唯一標(biāo)識表中每個行的列。一般情況下,主鍵是一個自增數(shù)字,也可以是一個字符串或一個組合鍵。在確定主鍵時需要確保其唯一性和不可更改性,以確保數(shù)據(jù)的一致性和完整性。
3. 分解表和建立關(guān)系
通過將表分解為多個較小的表,并建立它們之間的關(guān)系,可以滿足三范式的要求。在分解表時需要確保每個表只存儲與該表名稱相關(guān)的信息,并盡量減少數(shù)據(jù)冗余。在建立關(guān)系時需要考慮不同實體之間的關(guān)系,以確保數(shù)據(jù)的正確性和一致性。
4. 優(yōu)化查詢效率
為了提高數(shù)據(jù)查詢的效率,需要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行優(yōu)化。這包括使用索引、合理設(shè)計查詢語句等方法。同時,可以使用數(shù)據(jù)倉庫等技術(shù)來優(yōu)化大數(shù)據(jù)的處理和查詢效率。
三范式是數(shù)據(jù)庫設(shè)計中非常重要的原則,通過遵循這一原則可以保證數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適當(dāng)、高效,避免數(shù)據(jù)冗余和不一致,提高數(shù)據(jù)查詢的速度和準(zhǔn)確性,降低修改和維護(hù)的成本。在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計時,需要注意確定實體和關(guān)系、識別主鍵、分解表和建立關(guān)系、優(yōu)化查詢效率等方面,以確保數(shù)據(jù)的正確性和高效性。
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- 關(guān)于數(shù)據(jù)庫三大設(shè)計范式淺析
關(guān)于數(shù)據(jù)庫三大設(shè)計范式淺析
為了建立冗余較小、結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫,設(shè)計數(shù)據(jù)庫時必須遵循一定的規(guī)則。在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中這種規(guī)則就稱為范式。范式是符合某一種設(shè)計要求的總結(jié)。要想設(shè)計一個結(jié)構(gòu)合理的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,必須滿足一定的范式。
真斗扒拆正要明白”范式(NF)”是什么意思,首先看下教材中的定義,范式是“符合某一種級別的關(guān)系模式的,表示一個關(guān)系內(nèi)部各屬性之間的聯(lián)系的合理化程度”。實際上可以把它粗略地理解為一張數(shù)據(jù)表的表結(jié)構(gòu)所符合的某種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的級別。就像家里裝修買建材,最環(huán)保的是E0級,其次是E1級,還有E2級等等。數(shù)據(jù)庫范式也分為1NF,2NF,3NF,BCNF,4NF,5NF。一般在我們設(shè)計關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的時候,最多考慮到BCNF就夠。符合高一級范式的設(shè)計,必定符合低一級范式,例如符合2NF的關(guān)系模式,必定符合1NF。
在實際開發(fā)中最為常見的設(shè)計范式有三個:
首先是之一范式(1NF)。
符合1NF的關(guān)系(你可以理解為數(shù)據(jù)表。“關(guān)系”和“關(guān)系模式”的區(qū)別,類似于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中”類“與”對象“的區(qū)別?!标P(guān)系“是”關(guān)系模式“的一個實例,你可以把”關(guān)系”理解為此和一張帶數(shù)據(jù)的表,而“關(guān)系模式”是這張數(shù)據(jù)表的表結(jié)構(gòu)。1NF的定義為:符合1NF的關(guān)系中的每個屬性都不可再分。表1所示的情況,就不符合1NF的要求。
表1
實際上,1NF是所有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的最基本要求,你在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS),例如SQL Server,Oracle,MySQL中創(chuàng)建數(shù)據(jù)表的時候,如果數(shù)據(jù)表的設(shè)計不符合這個最基本的要求,那么操作一定是不能成功的。也就是說,只要在RDBMS中已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)表,一定是符合1NF的。如果我們要在RDBMS中表現(xiàn)表中的數(shù)據(jù),就得設(shè)計為表2的形式:表2
表2
但是僅僅符合1NF的設(shè)計,仍然會存在數(shù)據(jù)冗余過大,插入異常,刪除異常,修改異常的問題,例如對于表3中的設(shè)計:
每一名學(xué)生的學(xué)號、姓名、系名、系主任這些數(shù)據(jù)重復(fù)多次。每個系與對應(yīng)的系主任的數(shù)據(jù)也重復(fù)多次——數(shù)據(jù)冗余過大
假如學(xué)校新建了一個系,但是暫時還沒有招收任何學(xué)生(比如3月份就新建了,但要等到8月份才招生),那么是無法將系名與系主任的數(shù)據(jù)單獨地添加到數(shù)據(jù)表中去的 —-—插入異常
假如將某個系中所有學(xué)生相關(guān)的記錄都刪除,那么所有系與系主任的數(shù)據(jù)也就隨之消失了(一個系所有學(xué)生都沒有了,并不表示這個系就沒有了)?!獎h除異常
假如李小明轉(zhuǎn)系到法律系,那么為了保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一致性,需要修改三條記錄中系與系主任的數(shù)據(jù)?!薷漠惓!?/p>
正因為僅符合1NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計存在著這樣空棗那樣的問題,我們需要提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),去掉導(dǎo)致上述四種問題的因素,使其符合更高一級的范式(2NF),這就是所謂的“規(guī)范化”。
第二范式
第二范式在之一范式的基礎(chǔ)之上更進(jìn)一層。是指2NF在1NF的基礎(chǔ)之上,消除了非主屬性對于碼的部分函數(shù)依賴。
函數(shù)依賴:若在一張表中,在屬性(或?qū)傩越M)X的值確定的情況下,必定能確定屬性Y的值,那么就可以說Y函數(shù)依賴于X,寫作 X → Y。
表中的函數(shù)依賴關(guān)系例如:
系名 → 系主任
學(xué)號 → 系主任
(學(xué)號,課名) → 分?jǐn)?shù)
但以下函數(shù)依賴關(guān)系則不成立:
學(xué)號 → 課名
學(xué)號 → 分?jǐn)?shù)
課名 → 系主任
(學(xué)號,課名) → 姓名
碼:假如當(dāng) K 確定的情況下,該表除 K 之外的所有屬性的值也就隨之確定,那么 K 就是碼。碼也可以理解為主鍵。
第二范式需要確保數(shù)據(jù)庫表中的每一列都和主鍵相關(guān),而不能只與主鍵的某一部分相關(guān)(主要針對聯(lián)合主鍵而言)。也就是說在一個數(shù)據(jù)庫表中,一個表中只能保存一種數(shù)據(jù),不可以把多種數(shù)據(jù)保存在同一張數(shù)據(jù)庫表中。
比如要設(shè)計一個訂單信息表,因為訂單中可能會有多種商品,所以要將訂單編號和商品編號作為數(shù)據(jù)庫表的聯(lián)合主鍵,如下表所示。
訂單信息表
這樣就產(chǎn)生一個問題:這個表中是以訂單編號和商品編號作為聯(lián)合主鍵。這樣在該表中商品名稱、單位、商品價格等信息不與該表的主鍵相關(guān),而僅僅是與商品編號相關(guān)。所以在這里違反了第二范式的設(shè)計原則。
而如果把這個訂單信息表進(jìn)行拆分,把商品信息分離到另一個表中,把訂單項目表也分離到另一個表中,就非常完美了。如下所示。
訂單信息表
訂單項目表
商品信息表
這樣設(shè)計,在很大程度上減小了數(shù)據(jù)庫的冗余。如果要獲取訂單的商品信息,使用商品編號到商品信息表中查詢即可。
因此可以總結(jié)判斷的方法是:
之一步:找出數(shù)據(jù)表中所有的碼。
第二步:根據(jù)之一步所得到的碼,找出所有的主屬性。
第三步:數(shù)據(jù)表中,除去所有的主屬性,剩下的就都是非主屬性了。
第四步:查看是否存在非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴。
第三范式
3NF在2NF的基礎(chǔ)之上,消除了非主屬性對于碼的傳遞函數(shù)依賴。也就是說, 如果存在非主屬性對于碼的傳遞函數(shù)依賴,則不符合3NF的要求。
則就是第三范式需要確保數(shù)據(jù)表中的每一列數(shù)據(jù)都和主鍵直接相關(guān),而不能間接相關(guān)。
比如在設(shè)計一個訂單數(shù)據(jù)表的時候,可以將客戶編號作為一個外鍵和訂單表建立相應(yīng)的關(guān)系。而不可以在訂單表中添加關(guān)于客戶其它信息(比如姓名、所屬公司等)的字段。如下面這兩個表所示的設(shè)計就是一個滿足第三范式的數(shù)據(jù)庫表。
訂單信息表
客戶信息表
這樣在查詢訂單信息的時候,就可以使用客戶編號來引用客戶信息表中的記錄,也不必在訂單信息表中多次輸入客戶信息的內(nèi)容,減小了數(shù)據(jù)冗余。
由此可見,符合3NF要求的數(shù)據(jù)庫設(shè)計,基本上解決了數(shù)據(jù)冗余過大,插入異常,修改異常,刪除異常的問題。當(dāng)然,在實際中,往往為了性能上或者應(yīng)對擴(kuò)展的需要,經(jīng)常 做到2NF或者1NF,但是作為數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員,至少應(yīng)該知道,3NF的要求是怎樣的。
數(shù)據(jù)庫設(shè)計的三范式的介紹就聊到這里吧,感謝你花時間閱讀本站內(nèi)容,更多關(guān)于數(shù)據(jù)庫設(shè)計的三范式,三范式:數(shù)據(jù)庫設(shè)計的重要原則,關(guān)于數(shù)據(jù)庫三大設(shè)計范式淺析的信息別忘了在本站進(jìn)行查找喔。
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