Boyce–Codd Normal Form (BCNF)

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什么是BCNF

Boyce-Codd法则（BCNF）是一种数据库范式，是SQL中最常见的范式之一。它被用于确保在关系数据库管理系统（RDBMS）中不存在无意义的数据依赖，从而提高数据模型的一致性和完整性。

在简单的术语中，BCNF是用于规范化数据库设计的标准。它要求每个非主键属性都能完全依赖于关系中存在的候选键，而不是只依赖于部分候选键。

BCNF的背景

在理解BCNF之前，我们必须先了解关系型数据库设计中的另一个范式：第三范式（3NF）。3NF的目标是避免非主键属性对于关系中的非主键候选键部分依赖。如果我们有一个表，其主键为“id”，其中包含以下属性：

用户（user）
密码（password）
电子邮件（email）
地址（address）

在这个表中，“id”是该表的唯一标识符。在这个例子中，“user”和“password”不是候选键，因为我们可以在不同的行中使用相同的“user”和“password”来唯一标识不同的实体。这个表符合3NF，因为“email”和“address”不依赖于“user”，而是依赖于“id”。

但是，如果我们有一个表，其主键为“user”和“password”，并且包含以下属性：

用户（user）
密码（password）
电子邮件（email）
地址（address）

在这个表中，“user”和“password”是候选键，因为我们不能在不同的行中使用相同的“user”和“password”来唯一标识不同的实体。这个表不符合3NF，因为“email”和“address”只依赖于“user”，而不是只依赖于“user”和“password”。

BCNF的重要性

虽然3NF是规范化数据库的重要步骤，但它并不能满足所有情况。对于某些关系，3NF仍然允许存在非主键依赖。

例如，假设我们有以下表：

主键（id）
题目（title）
作者（author_name）
作者电子邮件（author_email）

在这个表中，“id”是唯一标识符，因此它是该表的主键。这个表符合3NF，因为“author_name”和“author_email”只依赖于“id”。

但是，我们仍然存在实体之间的非依赖关系。可以通过添加一个额外的表将“题目”从此表中分离出来来解决这个问题。通过这种方式，我们可以确保每个关系都仅包含与该关系相关的信息。

BCNF对于确保没有无意义的数据依赖至关重要。如果在表设计中存在重复信息，可能会导致数据不一致。为了避免这种情况，需要对表进行规范化。

如何达到BCNF

BCNF的目标是消除任何功能依赖关系，其中非主键属性依赖于部分主键属性。在BCNF中，每个非主键属性都必须完全依赖于关系中的候选键，而不是只依赖于它们的一部分。

以下示例展示了如何将一个表规范化到BCNF：

在这个例子中，我们可以看到“订单号”和“产品代码”一起形成了候选键。因此，“销售区域”、“日期”和“销售代表”必须完全依赖于这个键。如果其中一列只依赖其中的一部分，就需要将其从原表中分离出来。

通过对表进行拆分，我们可以将其规范化到BCNF。这就意味着我们需要将“订单号”和“产品代码”分别拆分成两个关系，以便每个属性都可以完全依赖于候选键：

订单关系表：

订单商品关系表：

现在，每个非主键属性都完全依赖于候选键，而不是只依赖于其中一部分。因此，这个关系满足BCNF。

范式的局限性

虽然遵循范式是数据库设计的重要方面，但范式并不是万能的。在一些情况下，范式可能会限制表的性能和扩展性。

例如，BCNF要求每个非主键属性都必须完全依赖于候选键。如果一个表有许多属性和关系，那么将所有属性都转移到关系表中可能不可行。在这种情况下，冗余数据可能是更好的选择，因为它可以提高性能和查询速度。

因此，在设计数据库时，需要进行权衡考虑。应该寻找一种平衡范式和性能之间的最佳解决方案。

总结

BCNF是关系型数据库设计中最常见的范式之一。它强制要求每个非主键属性完全依赖于关系中的候选键，而不是只依赖于部分键。借助BCNF规范化表，可以确保数据模型的一致性和完整性，并减少数据冗余。

然而，范式并不是万能的，应该在范式和性能之间寻找合适的平衡。数据库设计需要考虑多个因素，并根据实际情况做出最佳选择。