数据库设计之三范式

1NF、2NF、3NF

第一范式：数据库中的每一列必须是不可拆分的最小单元，满足每一列的原子性。

上图表的设计明显不符合第一范式，因为列下面又出现了复合列，破坏了数据库中的每一列都必须不可拆分的最小单元的原则。实际上在现有的Relational DBMS中，这种结构的表也是创建不出来的，关系型数据库不允许把数据库表的一列再分成两列或者多列，所以在关系型数据库中创建的表均满足最基础的第一范式。

创建：

id	region
1	中国上海市
2	中国浙江省
3	加拿大魁北克省

如果业务需要的话，则region还可以继续拆分为：country和province

id	country	province
1	中国	上海市
2	中国	浙江省
3	加拿大	魁北克省

第二范式：属性完全依赖于主键，消除部分子函数依赖。

简而言之，第二范式（2NF）就是非主属性完全依赖于主键。

第二范式要求数据库表中的每一行都可以被唯一区分！为实现区分通常要为表添加一唯一属性列，用来存储每一行的唯一标识。此唯一属性列被称为主关键字、主键或主码。

选课表：select_cource（学号、学生姓名、学生年龄、课程名称、成绩、课程学分值）

student_no	student_name	student_age	cource_name	cource_score	cource_credits

一个学生可以选多门课，一门课可以对应多个学生，所以此表中唯一确定每一行的主键应为：（学号，课程名称）组合关键字。

存在如下关系：

（学号，课程名称）➡（学生姓名、学生年龄、成绩、学分）

这个数据库表不满足第二范式，因为：

（学号）➡（学生姓名、学生年龄）

（课程名称）➡（课程学分值）

即存在组合关键字中的字段决定非关键字的情况。
不符合第二范式的话，会出现如下问题：
1. 数据冗余：
同一门课程，比如高数，可以被n个学生选修，高数课的学分大学里一般都是5个学分，则表中“学分”字段就会重复n-1次；同一个学生选修了m门课程，则“学生姓名”和“年龄”就重复了m-1次。

student_no	student_name	student_age	cource_name	cource_score	cource_credits
1	张三	22	高等数学	90	5
2	李四	23	大学物理	85	3
3	王五	22	高等数学	70	5
1	张三	22	数据结构	88	4
1	张三	22	线性代数	77	2

2. 更新异常：
若调整某门课程（如高数）的课程学分值，数据表中所有行的“学分”都要更新，否则出现同一门课程学分值不同的情况。

student_no	student_name	student_age	cource_name	cource_score	cource_credits
1	张三	22	高等数学	90	5 6
2	李四	23	大学物理	85	3
3	王五	22	高等数学	70	5 6
1	张三	22	数据结构	88	4
1	张三	22	线性代数	77	2

3. 插入异常：
假设要开设一门新的课程，暂时还没有学生选修此课程。由于没有“学号”关键字，则学生姓名、成绩和年龄无法记录数据库中。

student_no	student_name	student_age	cource_name	cource_score	cource_credits
1	张三	22	高等数学	90	5
2	李四	23	大学物理	85	3
3	王五	22	高等数学	70	5
1	张三	22	数据结构	88	4
1	张三	22	线性代数	77	2
NULL	NULL	NULL	大学英语	NULL	3

4. 删除异常：
假设一批学生已经完成课程的选修，这些选修记录就应该从数据库中删除。但是，与此同时，课程名称和课程学分值也被删除了。

student_no	student_name	student_age	cource_name	cource_score	cource_credits
1	张三	22	高等数学	90	5
2	李四	23	大学物理	85	3
3	王五	22	高等数学	70	5
1	张三	22	数据结构	88	4
1	张三	22	线性代数	77	2

若上表中记录是2012级学生选课记录，学期结束时，如果需要清除数据，则直接将表中数据全部清除了，但是，高等数学、大学物理、数据结构、线性代数等这些课程2013级新同学还是要选修的，此时已经删除了，没得选了。
5. 重新设计表：

 student（学号、学生姓名、学生年龄）
 cource（课程名称、课程学分值）
 select_cource（学号、课程名称、成绩）

6. 另外，所有单主键的数据库表都符合第二范式，因为它的主键不是组合字段。

第三范式：属性不依赖于其他非主属性，消除传递依赖

第三范式要求一个数据库表中不包含其他表中已包含的非主键信息。

第三范式消除了数据冗余、插入异常、更新异常、删除异常。

例如：部门信息表：dept_info

dept_id	dept_name	dept_description
1	财务部	负责公司财务
2	技术部	负责产品技术开发
3	运营部	负责业务运营

员工表：employee，employee表中列出员工所属部门编号之外，部门名称、部门描述等字段就不能再加入employee表中。如果不存在dept_info表，则根据第三范式，应该构建它，否则就会有大量的数据冗余。

emp_id	emp_name	dept_id	dept_name
1	张三	2	技术部
2	李四	3	运营部
3	王五	3	运营部
4	香克斯	1	财务部