数据库管理系统中的范式-yiteyi-C++库

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规范化 是最小化的过程冗余来自一个关系或一组关系。相关冗余可能会导致插入、删除和更新异常。因此，它有助于最大限度地减少关系中的冗余。范式用于消除或减少数据库表中的冗余。

1.第一范式-

如果一个关系包含复合属性或多值属性，那么它违反了第一范式；如果一个关系不包含任何复合属性或多值属性，那么它就是第一范式。如果一个关系中的每个属性都是 单值属性 .

例1- 由于多值属性STUD_PHONE，表1中的关系STUDENT不在1NF中。其分解为1NF的情况如表2所示。

例2-

 
ID   Name   Courses
------------------
1    A      c1, c2
2    E      c3
3    M      C2, c3

在上表中，课程是一个多值属性，因此它不在1NF中。

下表为1NF，因为没有多值属性

ID   Name   Course
------------------
1    A       c1
1    A       c2
2    E       c3
3    M       c2
3    M       c3

2.第二范式-

要处于第二范式，关系必须处于第一范式，并且关系不能包含任何部分依赖项。一个关系是2NF，如果它有 没有部分依赖， 即 , 没有非素数属性（不属于任何候选键的属性）依赖于表中任何候选键的任何适当子集。

部分依赖—— 如果候选密钥的适当子集决定了非素数属性，则称为部分依赖。

例1- 请考虑下面的表3。
```
STUD_NO            COURSE_NO        COURSE_FEE
1                     C1                  1000
2                     C2                  1500
1                     C4                  2000
4                     C3                  1000
4                     C1                  1000
2                     C5                  2000
```
{请注意，有许多课程的学费相同。}

在这里课程费不能单独决定课程号或课程号的价值；课程费和课程号不能决定课程号的价值；课程费和课程号不能决定课程号的价值；因此课程费将是一个非主要属性，因为它不属于唯一的候选项{STUD_NO，COURSE_NO}；但是，COURSE_NO->COURSE_FEE，即COURSE_FEE依赖于COURSE_NO，它是候选密钥的一个适当子集。非素数属性COURSE_FEE依赖于候选密钥的适当子集，这是一个部分依赖，因此这种关系不在2NF中。

要将上述关系转换为2NF，我们需要将表拆分为两个表，例如：表1：种籽号、课程号表2：课程号，课程费
```
       Table 1                                    Table 2
STUD_NO            COURSE_NO          COURSE_NO                COURSE_FEE     
1                 C1                  C1                        1000
2                 C2                  C2                        1500
1                 C4                  C3                        1000
4                 C3                  C4                        2000
4                 C1                  C5                        2000        
```
2 C5

注： 2NF试图减少存储在内存中的冗余数据。例如，如果有100名学生参加C1课程，我们不需要将其费用存储为1000，而是将其存储在第二个表中，因为C1的课程费用为1000。
例2- 考虑关系r（a，b，c，d）中的函数依赖关系
```
AB -> C  [A and B together determine C]
BC -> D  [B and C together determine D]
```
在上述关系中，AB是唯一的候选密钥，不存在部分依赖关系，即AB的任何适当子集都不确定任何非素数属性。

3.第三范式-

一个关系是第三范式，如果有 无可传递依赖关系 对于非素数属性以及第二范式。一个关系是3NF if 至少下列条件之一成立： 在每个非平凡函数中，依赖项X–>Y
1. X是一个超级键。
2. Y是一个基本属性（Y的每个元素都是某个候选键的一部分）。
传递依赖—— 如果A->B和B->C是两个FD，那么A->C被称为传递依赖。
- 例1- 关于表4中给出的学生，
  FD集合：{STUD_NO->STUD_NAME，STUD_NO->STUD_STATE，STUD_STATE->STUD_COUNTRY，STUD_NO->STUD AGE} 候选键：{STUD_NO}
  
  对于表4中的这种关系，STUD_NO->STUD_STATE和STUD_STATE->STUD_COUNTRY为真。所以STUD_COUNTRY是对STUD_NO的过渡依赖，它违反了第三范式。为了将其转换为第三范式，我们将关系STUDENT（STUD_NO、STUD_NAME、STUD_PHONE、STUD_STATE、STUD_COUNTRY_STUD_AGE）分解为：学生（学号、学名、学号电话、学号州、学号年龄）国家（州，国家）
- 例2- 考虑关系r（a，b，c，d，e）公元前， CD->E， B->D， E->A 上述关系中所有可能的候选键都是{A，E，CD，BC}所有属性都位于所有函数依赖项的右侧。
  
  4.Boyce Codd标准型（BCNF）——
  
  如果R是第三范式，则关系R在BCNF中，并且对于每个FD，LHS是超键。在BCNF iff中，每个非平凡函数依赖项X–>Y中都有一个关系，X是一个超键。
  - 例1- 求一个关系R（a，B，C，D，E）的最高范式，其中FD设置为{BC->D，AC->BE，B->E} 第一步。正如我们所看到的，（AC）+={A，C，B，E，D}但它的子集都不能确定关系的所有属性，所以AC将是候选键。A或C不能从关系的任何其他属性派生，因此只有1个候选键{AC}。第二步。素数属性是本例中作为候选键{A，C}的一部分的属性，而在本例中其他属性将是非素数{B，D，E}。第三步。关系R是第一范式，因为关系DBMS不允许多值或复合属性。关系处于第二范式，因为BC->D处于第二范式（BC不是候选密钥AC的适当子集），AC->BE处于第二范式（AC是候选密钥），B->E处于第二范式（B不是候选密钥AC的适当子集）。这种关系不是第三范式，因为在BC->D（BC不是超级键，D也不是质数属性）和B->E（B不是超级键，E也不是质数属性）中，但为了满足第三范式，FD的LHS应该是超级键，或者RHS应该是质数属性。所以关系的最高范式是第二范式。
  - 例2- 例如，考虑关系r（a，b，c）公元前， B-> A和B都是超级键，所以上面的关系在BCNF中。
  关键点——
  1. BCNF没有冗余。
  2. 如果关系在BCNF中，则3NF也满足。
  3. 如果关系的所有属性都是素属性，那么关系总是在3NF中。
  4. 关系数据库中的关系总是且至少是1NF形式。
  5. 每个二元关系（一个只有两个属性的关系）总是在BCNF中。
  6. 如果一个关系只有单个候选键（即每个候选键只包含一个属性），那么该关系总是在2NF中（因为不可能存在部分函数依赖关系）。
  7. 有时使用BCNF形式可能无法保持功能依赖性。在这种情况下，仅当不需要丢失的FD时，才使用BCNF，否则仅正常化至3NF。
  8. BCNF之后还有更多的正常形式，比如4NF等等。但在现实世界的数据库系统中，通常不需要超出BCNF。
  练习1 ：在以下函数依赖项下，在R（A、B、C、D、E）中找到最高范式。
```
  ABC --> D
  CD --> AE 
```
  要点用于解决上述问题。 1) 最好先从BCNF开始检查，然后再从3NF开始检查，以此类推。 2) 如果任何函数依赖满足标准形式，那么就不需要检查低标准形式。例如，ABC–>D在BCNF中（注意，ABC是一个超级键），因此无需检查低范式的这种依赖关系。
  
  给定关系中的候选键是{ABC，BCD}
  
  BCNF： ABC->D在BCNF中。让我们检查CD->AE，CD不是超级键，所以这个依赖项不在BCNF中。所以，R不在BCNF中。
  
  3NF: ABC->D我们不需要检查这种依赖关系，因为它已经满足BCNF。让我们考虑CD-> AE。因为E不是一个素属性，所以关系不在3NF中。
  
  2NF: 在2NF中，我们需要检查部分依赖性。CD是候选密钥的适当子集，它决定了E，这是非素数属性。所以，给定的关系也不在2nF中。所以，最高标准形式是1nF。
  
  关卡角问题 练习下列问题将有助于测试你的知识。所有问题都是在前几年的GATE或GATE模拟测试中提出的。强烈建议你练习。
  看见数据库范式测验对于前一年的所有问题。
  
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THE END

技术文章

数据库管理系统中的范式

1.第一范式-

2.第二范式-

3.第三范式-

4.Boyce Codd标准型（BCNF）——