数据库范式经典例题-数据库范式例题及答案简单 收藏 0

关系数据库表设计范式总结正反例解释

文中主要会展示关系型数据库设计下面的几种范式，每种范式我会给出正反例方便理解：

1. 第一范式（1NF）
2. 第二范式（2NF）
3. 第三范式（3NF）
4. 巴斯-科德范式（BCNF）
5. 第四范式（4NF）
6. 第五范式（5NF），也称为完美范式（PJ/NF）

第一范式要求表格中的每个字段都是不可再分的基本数据项，也就是说，每个字段只能包含一个值。如果一个字段中包含多个值，则需要将其拆分成多个字段。

反例：

在这个例子中，商品名称和商品数量字段包含多个值，这违反了第一范式的要求。

修改后：

将商品名称和商品数量拆分成多个字段，每个字段只包含一个值。

第二范式要求表格中的每个非主键字段都必须完全依赖于主键，而不是依赖于主键的一部分。

反例：

在这个例子中，商品单价字段依赖于主键中的订单号和商品名称字段的组合，而不是仅仅依赖于主键中的订单号字段。

以下是一个符合第二范式的例子：

在这个例子中，订单表和商品表分别存储了订单和商品的信息，两张表之间通过商品编号建立了关联关系。订单表中只保存了订单号和商品编号两个字段，而商品的其他信息则存储在商品表中。这样设计的好处是避免了数据冗余。

第三范式要求表格中的每个非主键字段都不依赖于其他非主键字段，而是依赖于主键。

反例：

在这个例子中，客户地址和客户邮编字段依赖于客户名称字段，而不是仅仅依赖于主键。

修改后：

创建一个新的表格来存储，使用客户ID作为主键。

在订单表格中，将客户名称字段替换为客户ID字段，并将客户地址和客户邮编信息从订单表格中移除，以避免数据冗余和不一致性。

巴斯-科德范式是一种比第三范式更严格的范式，要求表格中的每个属性都是函数依赖于主键的。

反例：

在这个例子中，教师字段依赖于课程字段，而不是仅仅依赖于主键。这意味着如果一个教师

教授多个课程，那么在表格中就会出现重复的数据，导致数据冗余和不一致性。

修改后：

创建一个新的表格来存储学生信息，使用学生ID作为主键。

创建一个新的表格来存储课程信息，使用课程ID作为主键。

创建一个新的表格来存储教师信息，使用教师ID作为主键。

在成绩表格中，使用学生ID、课程ID和教师ID作为联合主键，以确保每个属性都是函数依赖于主键的。这样，如果一个教师教授多个课程，也不会导致数据冗余和不一致性。

第四范式要求表格中的每个多值依赖都被分解为一个新的表格。

反例：

在这个例子中，产品和数量都是多值属性，因为一个订单可能包含多种产品，每种产品的数量也可能不同。这种设计会导致数据冗余和不一致性。

修改后：

创建一个新的表格来存储订单信息，使用订单号作为主键。

创建一个新的表格来存储产品信息，使用产品ID作为主键。

在一个新的表格中存储每个订单中的每个产品和数量，使用订单号和产品ID作为联合主键。这样，就避免了数据冗余和不一致性，同时还允许查询每个订单中的每个产品和数量。

第五范式要求表格中的每个非平凡依赖都被分解为一个新的表格。

反例：

在这个例子中，课程名称和教师名称是从课程ID和教师ID导出的。这种设计会导致数据冗余和不一致性。

修改后：

创建一个新的表格来存储学生信息，使用学生ID作为主键。

创建一个新的表格来存储课程信息，使用课程ID作为主键。

创建一个新的表格来存储教师信息，使用教师ID作为主键。

在成绩表格中，只包含学生ID、课程ID和教师ID，这三个属性是联合主键。将课程名称和教师名称分别存储在课程表格和教师表格中。这样，就避免了数据冗余和不一致性，同时还允许查询每个学生在每个课程中的成绩以及课程和教师的信息。

关系数据库设计的目标是最小化数据冗余、提高数据一致性、保证数据完整性以及提高查询效率。通过遵循范式规则，可以使数据库设计更加规范化和优化。在实际应用中，应该根据具体的业务需求来选择合适的范式，避免盲目追求范式，使得设计过于复杂，影响查询性能。

数据库的设计范式是一组规则，用于指导数据库的设计，以确保数据的一致性、完整性和可靠性。设计范式的优点和缺点如下：

优点：

1. 减少数据冗余：通过规范化，可以减少数据的冗余，提高数据库的存储效率，降低存储成本。
2. 提高数据的一致性和完整性：设计范式可以确保数据的一致性和完整性，从而避免了数据的不一致和错误。
3. 提高数据的可靠性：设计范式可以提高数据的可靠性，从而降低了系统崩溃的风险。
4. 简化数据的查询和修改：设计范式可以简化数据的查询和修改，提高了数据库的操作效率。

缺点：

1. 增加复杂性：设计范式会增加数据库的复杂性，从而增加了开发和维护的成本。
2. 影响查询性能：过度规范化可能导致表之间的连接过多，影响查询性能。
3. 不适合所有场景：设计范式不一定适合所有的业务场景，需要根据具体情况进行选择。
4. 可能导致数据重复：过度规范化可能会导致某些数据的重复存储，从而增加了存储成本。

因此，在设计数据库时，需要综合考虑设计范式的优点和缺点，并根据具体的业务场景选择合适的规范化级别，以达到最优的性能和效率。

阿里面试篇：数据库的三大范式

设计数据表的时候，要考虑很多的问题:

• 用户需要哪些数据，我们在数据表中要保存哪一些数据
• 怎么保证数据表中的数据的正确性
• 如何降低数据表的冗余度
• 开发人员怎么才能更方便的使用数据库

如果数据库设计得不合理的话，可能导致下面的几种问题:

• 设计容易，信息重复，存储空间浪费
• 数据更新，插入，删除的异常
• 不能正确表示信息
• 丢失有效信息
• 程序性能差

我们可以看出设计良好的数据库是很重要的，它有下面的优点:

• 节省数据的存储空间
• 能够保证数据的完整性
• 方便进行数据库应用系统的开发
• 设计数据库，我们得重视数据表的设计，为了建立冗余度小，结构合理的数据库，设计数据库必须遵循一定的规则。

2.1范式概述

关系型数据库中，关于数据表设计的基本原则，规则就称为范式，范式是我们在设计数据库结构过程中需要遵循的规则和指导方法。

不过，有的时候为了提高某一些查询性能，我们还需要破坏范式规则，也就是反规范化。

2.2键和相关属性的概念

范式的定义会用到主键和候选键，我们先来看看相关的概念，数据库中的键是由一个或多个属性组成的，我们来看一下数据表中常用的几种键和属性的定义。

2.3第一范式(1NF)

• 第一范式主要是保证数据表中的每一个字段的值必须具有原子性，也就是数据表中的每个字段的值是不可再拆分的最小数据单元

• 属性的原子性是主观的，我们要根据实际项目的需求来设计，比如说地址，如果项目没有说要细分为省，市，县，镇这么具体的话，我们一般就可以不拆分。

2.4第二范式(2NF）

• 第二范式要求在满足第一范式的基础上，还要满足数据表里的每一条数据记录，都是可唯一标识的，而且所有的非主键字段，都必须完全依赖主键，不能只依赖主键的一部分。
• 如果知道主键的所有属性的值，我们就可以检索任何元组(行)的任何属性的任何值(要求中的主键可以拓展替换为候选键)

比如说，在成绩表(学号，课程号，成绩)关系中，(学号，课程号)可以决定成绩，因为一个学生可以选多门课，一门课也可以被多个学生选择，所以学号或课程号都不能单独决定成绩。

所以(学号，课程号)——>成绩就是完全依赖关系。

比赛表里面包含球员编号，姓名，年龄，比赛编号，比赛实际和比赛场地等属性，候选键和主键都是(球员编号，比赛编号),我们可以通过候选键(主键)来决定下面的关系。

(球员编号，比赛编号)——>(姓名，年龄，比赛时间，比赛场地，得分)

但是这个数据表不满足第二范式，因为数据表中的字段之间还存在下面的对应关系:

(球员编号)——>(姓名，年龄)

(比赛编号)——>(比赛时间，比赛场地)

非主属性并非完全依赖候选键，这样会产生下面的问题。

• 数据冗余:如果一个球员参加m场比赛，那么球员的姓名和年龄就重复了m-1次，一个比赛可能有n个球员参加，比赛时间和地点就重复了n-1次
• 插入异常:如果我们要添加一场新的比赛，但是这时还没有确定参加的球员都有谁2，那么就没发插入
• 删除异常:我们想删除某个球员编号，但是如果没有单独保存比赛表的话，就会同时把比赛信息删除掉
• 更新异常:如果我们调整了某个比赛时间，那么数据表所有的这个比赛的时间都得进行调整，不然就会出现同一场比赛但是时间不同的情况。

为了避免上述情况，我们可以把球员比赛表设计成下面的三张表。

这样的话，每张数据表都符合第二范式，，就避免了异常情况的发生

第二范式要求实体的属性完全依赖主关键字，如果存在不完全依赖，那么这个属性和主关键字的这一部分就应该分离处理形成一个新的实体，新实体和原来实体之间是一对多的关系

2.5第三范式(3NF）

• 第三范式建立在已经满足第二范式的基础上
• 数据表中的每一个非主键字段都和主键字段直接相关
• 也就是说数据表中的所有非主键字段不能依赖于其他非主键字段
• 这个规则的意思是所有非主属性之间不能有依赖关系，它们是互相独立的
• 这里的主键可以拓展成为候选键

、

2.6范式的优缺点

• 优点:

• 数据的标准化有助于消除数据库中的数据冗余
• 第三范式通常被认为在性能，扩展性和数据完整性方面达到了最好的平衡

• 缺点:

• 降低了查询效率，因为范式等级越高，设计出来的表就越多，进行数据查询的时候就可能需要关联多张表，不仅代价昂贵，而且可能会使得一些索引失效

• 范式只是提出设计的标标准，实际设计的时候，我们可能为了性能和读取效率违反范式的原则，通过增加少量的冗余或重复的数据来提高数据库的读取性能，减少关联查询，实现空间换时间的目的

3.反范式化

3.1概述

• 遵循业务优先的原则
• 首先满足业务需求，再进来减少冗余
• 有时候我们想要对查询效率进行优化，反范式化也是一种优化思路，我们可以通过在数据表中增加冗余字段来提高数据库的读性能。

3.2 反范式的新问题

反范式虽然可以通过空间换实际，提升查询的效率，但是反范式也会带来一些新问题

• 存储空间变大了
• 一个表中字段做了修改，另外一个表中冗余字段也要同步进行修改，不然会导致数据不一致
• 如果用存储过程了支持数据的更新，删除等操作，如果操作频繁，就会消耗系统资源
• 在数据量小的情况下，反范式不能体现性能的优势，可能还会让数据库的设计更加复杂。

3.3反范式的适用场景

当冗余信息能大幅度提高查询效率的时候，我们才会采取反范式的优化。

增加冗余字段的建议

增加冗余冗余字段一定要符合下面的两个条件，满足下面的两个条件才可以考虑增加冗余字段

①这个冗余字段不需要经常进行修改

②这个冗余字段查询的时候不可或缺

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4.BCNF(巴斯范式)

这个表符合第三范式

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概述

相信很多朋友每次看数据库范式总是感觉有点绕，网上虽然也有很多资料，不过相信大家还是比较喜欢看图来理解的，所以这里我花了几天用思维导图单独整理了数据库范式方面内容，方便大家更容易理解数据库范式。下面一起来看看吧~

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