深入探索：数据库范式设计的重要性与不足 (数据库不遵循范式)

在当今的信息时代中，数据库管理系统已经成为了商业应用中不可或缺的一部分。而在数据库系统中，范式设计被广泛应用，并被认为是提高数据库管理的效率和数据质量的重要手段。本文将从范式设计的定义、分类、重要性以及不足四个方面进行详细阐述，以期深入探索数据库范式设计的真正价值和限制。

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一、范式设计的定义和分类

范式设计是指将数据库中的数据按照一定规则进行分类和组织的一种方法，以改善数据的存储、查询、更新等性能。在范式设计中，通过将数据分离成多个相关性较低的表格，并消除表格之间的冗余信息，以提高数据库的规范性和灵活性。

根据数据范式的等级划分，可以将范式设计分为之一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）和协同范式（BCNF）等不同阶段。1NF要求表中的每个字段都必须是不可再分的原子值；2NF要求表中的每个非主键字段都必须完全依赖于主键；3NF则要求表格中的每个非主键字段都必须依赖于主键或其他非主键字段；而BCNF则进一步强调了表格的互斥性。

二、范式设计的重要性

范式设计在数据库管理中具有重要的作用，能够帮助开发人员更好地管理和处理数据，提高数据的质量和规范化程度，从而优化数据库管理的效率和可靠性。

1.提高数据质量

范式设计通过分离表格，消除数据冗余和重复，降低数据的冗余和重复，有效地提高了数据的一致性和准确性。这样的数据处理方式可以极大地减少错误的发生，为数据分析和处理提供了优良的基础。

2.提高数据查询性能

范式设计通过使表格分离成小而相对独立的单元，可以采用较小的查询语句来快速访问特定数据，提高数据查询的性能。此外，范式设计还可以减少表格之间的耦合，使得查询的语句更加简洁，同时还可以提升索引的效率，更加高效地访问数据。

3.提高数据的安全性

范式设计可以帮助开发人员更加容易地控制数据的访问权限和保护数据的安全性。通过利用范式设计来限制用户对不相关的数据的访问权限，可以有效地防止非法用户访问敏感数据或对数据进行未授权的更改操作。

三、范式设计的不足

尽管范式设计在数据库管理中起了积极的作用，但是范式设计也存在一些不足和限制，这些限制使得范式设计并不适用于所有的情况，因此需要开发人员根据业务需求和实际情况来选择是否采用范式设计。

1.空间限制

在范式设计中，表格之间可以存放大量的重复数据，这种数据冗余所需的存储空间也会相应地增加。而数据库系统中的存储空间是有成本的，所以对于需要大量存储数据的场景，范式设计并不适用。

2.性能限制

在数据处理过程中，范式设计需要多个数据表之间进行复杂的查询操作，会影响数据处理的效率。对于高并发和大数据处理需求的业务场景，范式设计可能会成为瓶颈，降低整体的性能表现。

3.难以处理复杂查询和关联操作

范式设计的主要目的是将数据分为多个表之间，这样简化了数据访问和管理，但在处理复杂的多表查询操作和关联操作时相对较为困难。此外，表格之间的关系的建立和维护也需要更多的开发工作。

四、结论

范式设计是数据库管理中的一种重要手段，可以提高数据管理的效率和数据质量。正如本文所分析的，在数据库设计时，范式设计的应用并非一成不变，而需根据实际需求的复杂度、数据规模和查询操作的性能，来选择更优的设计方案。作为开发人员，我们要在提升数据管理效率和数据质量之间做出权衡，选择合适的范式设计方案，以更好地满足业务的需求。

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第三范式的要求如下：，每一列只有一个值，每一行都能区分。，每一个表都不包含其他表已经包含的非主关键字信息。实质上，设计范式用很形象、很简洁的话语就能说清楚。这里将对范式进行通俗地说明，以一个简单论坛的数据库为例讲解怎么样将这些范式应用于实际工程.范式说明之一范式（1NF）：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，符合之一范式： 字段1 字段2 字段3 字段 不符合之一范式： 字液竖段1 字段2 字段3 字段 字段3.1 字段3.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之一范式的数据库，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中设计出不符合之一范式的数据库都是不可能的。第二范式（2NF）：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凳态的字段决定非关键字的情况。 由于不符合2NF，这个选课关系表会存在如下问题：(1) 数据冗余： 同一门课程由n个学生选修，”学分枣埋源”就重复n-1次；同一个学生选修了m门课程，姓名和年龄就重复了m-1次。(2) 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。

满足更低程度要求的范式属于之一范式，简称1NF；在之一范式中进一步满足非野核主属性对主属性完全依赖要求的关段脊册系属于第二范式，在第二范式中进一步满足非主属性对主属性没有传递依赖要求的关系属于第握宏三范式。这些范式是递进的，范式越高、规范化程度越高。但数据库设计中并不能一味追求高范式，因为高范式往往意味着查询效率的降低（虽然冗余减少了，但有时为了效率，应当留部分冗余的），因此数据库设计中，往往在效率与冗余中寻找折中或者平衡。

关系数据库中的关系要满足一定的要求。若关系满足不同程度的要求，就称它属于不同的范式（Normal Form）。范式也叫关系范式，因为范式存在于关系中。范式是关系模式满足不同程度的规范化要求的标准。满足更低程困败御度要求的范式属于之一范式，简称1NF；在之一范式中进一步满足一些要求的关系属于第二范式，简称2NF，依次类推，还有3NF、BCNF、4NF、5NF，这些都是关系范式。

对关系模式的属性间的函数依赖加以不同的限制就形成了不同的范式。这些范式是递进的，即如果是一个关系是1NF的，它比不是1NF的关系要好；同样，2NF的关系比1NF的关系要好等等，范式越高、规范化程度越高，关系模式就越好。

之一范式

定义 设 R 是一个关系模式，如果 R 中的每一个属性 A 的值域中的每个值都是不可分解的，则称 R 是属于之一范式的，记作 R ∈ 1NF。

例如：在关系 SA（姓名，工资）中，属性“工资”还可再分为基本工资，奖金还有补贴 3 个数据项，这违背了之一范式中元组的每个属性不可再分的原则，所以它不满足之一范式。

将非之一范式的关系转换为之一范式的关系非常简单，只需要将所有数据项都分解成不可再分的最小数据项就可以了。例如上面的关系改为 SA（姓名，基本工资，奖金，补贴）即可。

第二范式

定义 如果关系 R ∈ 1NF，并且 R 中每一个非主属性完全函数依赖于任一个候选码，则 R ∈ 2NF。

从定义可以看出，若某个 1NF 的关系的主码只由一个列组成，那么这个关系就是 2NF 关系。但是，如果主码是由多个属性列共同组成的复合主码，并且存在非主属性对属性的部分函数依赖，则这个关系不是 2NF 关系。

例如：在关系 SB（学号，姓名，系名，系主任，课号，成绩）中，、

非主属性“姓名”仅函数依赖于“学号”，也就是“姓名”部分函数依赖于主码（学号，课号）而不是完全依赖；

非主属性“系名”仅函数依赖于“学号”，也就是“系名”部分函数依赖于主码（学号，课号）而不是完全依赖；

非主属性“系主任”仅函数依赖于“学号”，也就是“系主任”部分函数依赖于主码（学号，课号）而不是完全依赖。

所以 SB 不满足第二范式，不是 2NF 关系。可以用模式分解的方法将非 2NF 的关系模式分解为多个 2NF 的关系模式。去掉部分函数依赖关系的分解过程如下：

1. 用组成主码的属性枯灶的每一个子集作为主码构成一个表。

2. 对于每个表，将依赖于此主码的属性放置到此表中。汪岩

例如：将 SB 分解为两个关系模式

SC（学号，课号，成绩），主码为（学号，课号）

SD（学号，姓名，系名，系主任），主码为 学号。

第三范式

定义 如果关系 R ∈ 2NF，并且 R 中每一个非主属性对任何候选码都不存在传递函数依赖，则 R ∈ 3NF 。

从定义中可以看出，如果存在非主属性对主码的传递依赖，则相应的关系模式就不是 3NF。

接着上面的例子，关系模式 SC 和 SD 均是 2NF 的，但在关系 SD（学号，姓名，系名，系主任）中，存在如下函数依赖：

学号 → 系名

系名 → 系主任

系名 －\→ 学号

那么，存在着一个传递函数依赖“学号 → 系主任”成立。

从上面的分析可以知道，因为在 SD 中存在传递函数依赖，所以 SD 不满足 3NF。因此需要对其进行下一步的分解。去掉传递函数依赖的分解过程如下：

1. 对于不是候选码的每个决定因子，从关系模式中删除依赖于该决定因子的属性。

2. 新建一个关系模式，新的关系模式中应包含在原表中所有依赖于该决定因子的属性。

3. 将决定因子作为新关系模式的主码。

例如：将 SD 分解为

SE（学号，姓名，系名）

SF（系名，系主任）

这两个关系模式不再存在传递依赖，它们均为第三范式。在通常的数据库设计中，一般要求要达到 3NF。3NF 是一个实际可用的关系模式应满足的更低范式。

通坦做俗理解

1、不可分（原子性尺信皮）

2、一表一事（每个字段都跟主键有关系）

3、直接相关（每陵差个字段跟主键都是之接相关而不是间接相关）

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