引言
数据库的设计范式是数据库设计所需要满足的规范满足这些规范的数据库是简洁的结构明晰的同时不会发生插入（insert）删除（delete）和更新（update）操作异常反之则是乱七八糟不仅给数据库的编程人员制造麻烦而且面目可憎可能存储了大量不需要的冗余信息
设计范式是不是很难懂呢？非也大学教材上给我们一堆数学公式我们当然看不懂也记不住所以我们很多人就根本不按照范式来设计数据库
实质上设计范式用很形象很简洁的话语就能说清楚道明白本文将对范式进行通俗地说明并以笔者曾经设计的一个简单论坛的数据库为例来讲解怎样将这些范式应用于实际工程
范式说明
第一范式（NF）数据库表中的字段都是单一属性的不可再分这个单一属性由基本类型构成包括整型实数字符型逻辑型日期型等
例如如下的数据库表是符合第一范式的
而这样的数据库表是不符合第一范式的
很显然在当前的任何关系数据库管理系统（DBMS）中傻瓜也不可能做出不符合第一范式的数据库因为这些DBMS不允许你把数据库表的一列再分成二列或多列因此你想在现有的DBMS中设计出不符合第一范式的数据库都是不可能的
第二范式（NF）数据库表中不存在非关键字段对任一候选关键字段的部分函数依赖（部分函数依赖指的是存在组合关键字中的某些字段决定非关键字段的情况）也即所有非关键字段都完全依赖于任意一组候选关键字
假定选课关系表为SelectCourse(学号 姓名 年龄 课程名称 成绩 学分)关键字为组合关键字(学号 课程名称)因为存在如下决定关系
(学号 课程名称) → (姓名 年龄 成绩 学分)
这个数据库表不满足第二范式因为存在如下决定关系
(课程名称) → (学分)
(学号) → (姓名 年龄)
即存在组合关键字中的字段决定非关键字的情况
由于不符合NF这个选课关系表会存在如下问题
() 数据冗余
同一门课程由n个学生选修学分就重复n次同一个学生选修了m门课程姓名和年龄就重复了m次
() 更新异常
若调整了某门课程的学分数据表中所有行的学分值都要更新否则会出现同一门课程学分不同的情况
() 插入异常
假设要开设一门新的课程暂时还没有人选修这样由于还没有学号关键字课程名称和学分也无法记录入数据库
() 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表中删除但是与此同时课程名称和学分信息也被删除了很显然这也会导致插入异常
把选课关系表SelectCourse改为如下三个表
学生Student(学号 姓名 年龄)
课程Course(课程名称 学分)
选课关系SelectCourse(学号 课程名称 成绩)
这样的数据库表是符合第二范式的消除了数据冗余更新异常插入异常和删除异常
另外所有单关键字的数据库表都符合第二范式因为不可能存在组合关键字
第三范式（NF）在第二范式的基础上数据表中如果不存在非关键字段对任一候选关键字段的传递函数依赖则符合第三范式所谓传递函数依赖指的是如果存在A → B → C的决定关系则C传递函数依赖于A因此满足第三范式的数据库表应该不存在如下依赖关系
关键字段 → 非关键字段x → 非关键字段y
假定学生关系表为Student(学号 姓名 年龄 所在学院 学院地点 学院电话)关键字为单一关键字学号因为存在如下决定关系
(学号) → (姓名 年龄 所在学院 学院地点 学院电话)
这个数据库是符合NF的但是不符合NF因为存在如下决定关系
(学号) → (所在学院) → (学院地点 学院电话)
即存在非关键字段学院地点学院电话对关键字段学号的传递函数依赖
它也会存在数据冗余更新异常插入异常和删除异常的情况读者可自行分析得知
把学生关系表分为如下两个表
学生(学号 姓名 年龄 所在学院)
学院(学院 地点 电话)
这样的数据库表是符合第三范式的消除了数据冗余更新异常插入异常和删除异常
鲍依斯科得范式（BCNF）在第三范式的基础上数据库表中如果不存在任何字段对任一候选关键字段的传递函数依赖则符合第三范式
假设仓库管理关系表为StorehouseManage(仓库ID 存储物品ID 管理员ID 数量)且有一个管理员只在一个仓库工作一个仓库可以存储多种物品这个数据库表中存在如下决定关系
(仓库ID 存储物品ID) →(管理员ID 数量)
(管理员ID 存储物品ID) → (仓库ID 数量)
所以(仓库ID 存储物品ID)和(管理员ID 存储物品ID)都是StorehouseManage的候选关键字表中的唯一非关键字段为数量它是符合第三范式的但是由于存在如下决定关系
(仓库ID) → (管理员ID)
(管理员ID) → (仓库ID)
即存在关键字段决定关键字段的情况所以其不符合BCNF范式它会出现如下异常情况
() 删除异常
当仓库被清空后所有存储物品ID和数量信息被删除的同时仓库ID和管理员ID信息也被删除了
() 插入异常
当仓库没有存储任何物品时无法给仓库分配管理员
() 更新异常
如果仓库换了管理员则表中所有行的管理员ID都要修改
把仓库管理关系表分解为二个关系表
仓库管理StorehouseManage(仓库ID 管理员ID)
仓库Storehouse(仓库ID 存储物品ID 数量)
这样的数据库表是符合BCNF范式的消除了删除异常插入异常和更新异常
范式应用
我们来逐步搞定一个论坛的数据库有如下信息
（） 用户用户名email主页电话联系地址
（） 帖子发帖标题发帖内容回复标题回复内容
第一次我们将数据库设计为仅仅存在表
这个数据库表符合第一范式但是没有任何一组候选关键字能决定数据库表的整行唯一的关键字段用户名也不能完全决定整个元组我们需要增加发帖ID回复ID字段即将表修改为
这样数据表中的关键字(用户名发帖ID回复ID)能决定整行
(用户名发帖ID回复ID) → (email主页电话联系地址发帖标题发帖内容回复标题回复内容)
但是这样的设计不符合第二范式因为存在如下决定关系
(用户名) → (email主页电话联系地址)
(发帖ID) → (发帖标题发帖内容)
(回复ID) → (回复标题回复内容)
即非关键字段部分函数依赖于候选关键字段很明显这个设计会导致大量的数据冗余和操作异常
我们将数据库表分解为（带下划线的为关键字）
（） 用户信息用户名email主页电话联系地址
（） 帖子信息发帖ID标题内容
（） 回复信息回复ID标题内容
（） 发贴用户名发帖ID
（） 回复发帖ID回复ID
这样的设计是满足第范式和BCNF范式要求的但是这样的设计是不是最好的呢？
不一定
观察可知第项发帖中的用户名和发帖ID之间是N的关系因此我们可以把发帖合并到第项的帖子信息中第项回复中的发帖ID和回复ID之间也是N的关系因此我们可以把回复合并到第项的回复信息中这样可以一定量地减少数据冗余新的设计为
（） 用户信息用户名email主页电话联系地址
（） 帖子信息用户名发帖ID标题内容
（） 回复信息发帖ID回复ID标题内容
数据库表显然满足所有范式的要求
数据库表中存在非关键字段标题内容对关键字段发帖ID的部分函数依赖即不满足第二范式的要求但是这一设计并不会导致数据冗余和操作异常
数据库表中也存在非关键字段标题内容对关键字段回复ID的部分函数依赖也不满足第二范式的要求但是与数据库表相似这一设计也不会导致数据冗余和操作异常
由此可以看出并不一定要强行满足范式的要求对于N关系当的一边合并到N的那边后N的那边就不再满足第二范式了但是这种设计反而比较好！
对于MN的关系不能将M一边或N一边合并到另一边去这样会导致不符合范式要求同时导致操作异常和数据冗余
对于的关系我们可以将左边的或者右边的合并到另一边去设计导致不符合范式要求但是并不会导致操作异常和数据冗余
结论
满足范式要求的数据库设计是结构清晰的同时可避免数据冗余和操作异常这并意味着不符合范式要求的设计一定是错误的在数据库表中存在或N关系这种较特殊的情况下合并导致的不符合范式要求反而是合理的
在我们设计数据库的时候一定要时刻考虑范式的要求
