主范式的意义和应用

# 1. 关系数据库的主范式

## 2.1 第一范式（1NF）的定义和特点

关系数据库的主范式是指对于一个关系模式（即一个表），需要满足一定的规范和要求，以提高数据库的数据组织和查询效率。主范式的第一层次是第一范式（1NF），它是最基本的要求，保证每个属性都只包含一个值。

第一范式的定义如下：
1. 属性具有原子性，即每个属性的值都是不可再分的。
2. 属性的顺序不重要，即每个属性的值之间没有任何顺序关系。

举个例子来说明，假设有一个学生表student，属性包括学号、学生姓名和所在班级，满足第一范式的设计如下：

| 学号 | 学生姓名 | 所在班级 |
| --- | ------- | -------- |
| 001 | 张三 | 1班 |
| 002 | 李四 | 2班 |
| 003 | 王五 | 1班 |

其中，每个属性的值都是原子性的，且属性的顺序并不重要。

## 2.2 第二范式（2NF）的定义和实例

第二范式（2NF）是在满足第一范式的基础上进一步要求，它强调了属性之间的函数依赖关系，即每个非主属性依赖于全部的候选码。

简单来说，第二范式要求所有的属性都完全依赖于候选码，而不能部分依赖。

举个例子来说明，在课程表course中，属性包括学号、课程号、成绩和学分，满足第一范式的设计如下：

| 学号 | 课程号 | 成绩 | 学分 |
| --- | ------ | ---- | ---- |
| 001 | 001 | 85 | 4 |
| 001 | 002 | 90 | 3 |
| 002 | 001 | 78 | 4 |
| 002 | 002 | 88 | 3 |

在上述设计中，候选码是学号和课程号的组合。可以看到，成绩和学分是完全依赖于候选码的，不存在部分依赖的情况。

## 2.3 第三范式（3NF）的定义和优点

第三范式（3NF）在满足第二范式的基础上进一步要求，要求任何非主属性都不传递依赖于候选码。

简单来说，第三范式要求消除传递依赖，确保数据表中的每个非主属性只依赖于候选码。

举个例子来说明，在学生表student中，属性包括学号、学生姓名、所在班级和班主任，满足第二范式的设计如下：

| 学号 | 学生姓名 | 所在班级 | 班主任 |
| --- | ------- | -------- | ------ |
| 001 | 张三 | 1班 | 李老师 |
| 002 | 李四 | 2班 | 王老师 |
| 003 | 王五 | 1班 | 李老师 |

在上述设计中，班主任是非主属性，它依赖于所在班级，而所在班级又依赖于学号。为了满足第三范式，我们可以将学生表student分成两个表：学生基本信息表和班级表。

学生基本信息表：

| 学号 | 学生姓名 |
| --- | ------- |
| 001 | 张三 |
| 002 | 李四 |
| 003 | 王五 |

班级表：

| 所在班级 | 班主任 |
| -------- | ------ |
| 1班 | 李老师 |
| 2班 | 王老师 |

通过以上的拆分，我们消除了传递依赖，确保每个非主属性都只依赖于候选码。

## 2.4 满足主范式的数据库设计原则

为了满足主范式的设计要求，以下是一些常见的数据库设计原则：

1. 原子性：每个属性都应该是原子的，不可再分的。
2. 唯一性：每个表中的每个属性都应该在表中有唯一的名字。
3. 确定性：每个表中的每个属性都应该在任何给定的时间，由唯一的值得到一个确定的结果。
4. 完整性：每个属性都应该在表中具有唯一的约束条件。
5. 冗余性的最小化：通过拆分和分解来避免冗余数据。

总的来说，满足主范式的设计要求可以提高数据的组织结构和查询效率，使数据库更加规范和易于维护。

# 2. 关系数据库的主范式

在关系数据库中，主范式是数据库设计中的重要原则之一。它的提出和应用可以帮助我们设计出结构良好、高效查询的数据库模式。本章将介绍关系数据库的主范式，包括第一范式（1NF）、第二范式（2NF）和第三范式（3NF）的定义、特点以及满足主范式的数据库设计原则。

### 2.1 第一范式（1NF）的定义和特点

第一范式是关系数据库中最基本的范式。一个表符合第一范式，意味着表中的每一列都是不可分割的基本数据项，而且每一行都是唯一的。换句话说，每个属性都包含一个不可再分的值，且每个实例的值都是不同的。

#### 示例代码（SQL）：

-- 创建一个符合1NF的表
CREATE TABLE Students (
    student_id INT,
    first_name VARCHAR(50),
    last_name VARCHAR(50),
    PRIMARY KEY (student_id)
);

上述SQL代码中的`Students`表符合第一范式，每一列包含不可再分的值，每一行由唯一的`student_id`标识。

### 2.2 第二范式（2NF）的定义和实例

第二范式是建立在第一范式的基础之上的，它要求一个表中的非主属性必须完全依赖于候选关键字，而不依赖于部分候选关键字。

#### 示例代码（SQL）：

-- 创建一个符合2NF的表
CREATE TABLE Orders (
    order_id INT,
    customer_id INT,
    product_id IN