【软考】数据库范式详解 (1NF、2NF、3NF、BCNF；包括候选键、非平凡函数)

【软考】数据库范式详解 (1NF、2NF、3NF、BCNF；包括候选键、非平凡函数

- 一、范式介绍
- - 1、第一范式（1NF）：
  - 2、第二范式（2NF）：
  - - 候选键（Candidate Key）
  - 3、第三范式（3NF）：
  - 4、Boyce-Codd范式（BCNF）：
  - - 非平凡函数依赖（Non-Trivial Functional Dependency）

一、范式介绍

1NF、2NF、3NF和BCNF是关系数据库中常用的范式（Normalization）概念，用于设计规范化的数据库模式，确保数据库的数据结构良好、无冗余、便于管理和维护。下面详细描述每个范式，并进行区分，并举例说明：

1、第一范式（1NF）：

定义：要求数据库表中的每个列都是原子性的，即每一列都不可再分。
区分：1NF主要解决的问题是每列的原子性，确保数据没有重复项。
示例：假设有一个学生表，其中包含学生ID、姓名和联系电话，每个属性都是原子性的，没有重复值。

2、第二范式（2NF）：

定义：在满足第一范式的基础上，要求非主属性完全依赖于候选键，即不存在部分依赖。
区分：2NF主要解决的问题是消除部分依赖，确保每个非主属性完全依赖于候选键。
示例：考虑一个订单表，包含订单ID、产品ID、产品名称和产品价格，其中订单ID和产品ID是候选键，产品名称和产品价格完全依赖于候选键。

候选键（Candidate Key）

是在关系数据库中用来唯一标识每条记录的一组属性（列）。候选键的特点是：

唯一性：候选键的值在整个表中是唯一的，没有重复的记录。
最小性：候选键的组合是最小的，即不能再去掉任何一个属性而保持唯一性。
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候选键通常用于确定关系数据库中的主键，因为主键必须满足唯一性和最小性的要求。当存在多个候选键时，可以选择其中一个作为主键，而其他的候选键则成为备选的候选键或是唯一键（Unique
Key）。
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举例说明：

假设有一个学生表，包含以下属性：

学生ID（StudentID）姓名（Name）学号（StudentNo）手机号（PhoneNumber）在这个表中，学生ID、学号和手机号都有可能作为候选键，因为它们都具有唯一性和最小性的特点。例如，如果学生ID是唯一的且最小的，那么学生ID就是候选键之一。同样，学号和手机号也可以作为候选键。
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候选键的选择取决于具体的业务需求和数据特点。在设计数据库表时，需要仔细考虑哪些属性能够唯一标识每条记录，从而确定候选键和主键。

3、第三范式（3NF）：

定义：在满足第二范式的基础上，要求不存在传递依赖，即非主属性不依赖于其他非主属性。
区分：3NF主要解决的问题是消除传递依赖，确保每个非主属性只依赖于候选键。
示例：继续使用订单表的例子，如果产品表包含产品ID、产品名称和供应商信息，供应商信息依赖于产品ID而不是订单ID，可以将供应商信息独立出来，避免传递依赖。

4、Boyce-Codd范式（BCNF）：

定义：在满足第三范式的基础上，要求每个非平凡函数依赖都是候选键的超键，即不存在非平凡的主属性对候选键的部分依赖。
区分：BCNF是对第三范式的强化，主要解决的问题是消除主属性对候选键的部分依赖，确保每个非平凡函数依赖都是候选键的超键。
示例：继续使用订单表的例子，如果订单表包含订单ID、客户ID和客户姓名，其中订单ID是候选键，客户姓名依赖于客户ID而不是订单ID，需要将客户信息独立出来，符合BCNF。

非平凡函数依赖（Non-Trivial Functional Dependency）

在数据库设计中，非平凡函数依赖是指存在关系 R 中的两个或多个属性之间的依赖关系，其中右侧属性（依赖结果）不是左侧属性（依赖因子）的子集。换句话说，非平凡函数依赖意味着属性之间存在具有实际意义的依赖关系，并且右侧属性不能通过左侧属性的某种子集来确定。
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具体来说，对于关系R中的属性集合 X 和 Y ，如果 X 的取值能唯一确定 Y 的取值，并且 Y 中的属性不能通过 X 中的任何真子集来确定，那么称 X 函数决定Y，即 X → Y 是非平凡函数依赖。
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举例说明：

假设有一个订单表，包含以下属性：

订单号（OrderID）产品ID（ProductID）产品名称（ProductName）产品价格（ProductPrice）
在这个表中，如果我们知道订单号（OrderID），就可以确定对应的产品ID（ProductID），因为一个订单对应唯一的产品。这种依赖关系表示为 OrderID → ProductID，是一个非平凡函数依赖。因为订单号能够唯一确定产品ID，并且产品ID不能通过订单号的任何真子集来确定。
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另外，如果我们知道产品ID（ProductID），也可以确定对应的产品名称（ProductName）和产品价格（ProductPrice），因为每个产品ID对应唯一的产品名称和价格。这种依赖关系表示为 ProductID → ProductName, ProductPrice ，也是一个非平凡函数依赖。
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非平凡函数依赖在数据库设计中很重要，它们决定了数据库中的数据关系和数据完整性。在规范化数据库时，需要识别并消除非平凡函数依赖，以确保数据库表的结构合理、减少数据冗余和不一致性。