在数据库设计中，范式（Normal Forms, NFs）是一种用于规范化数据库结构的理论，用以消除数据冗余、提高数据一致性，同时减少异常问题。范式的核心思想是将数据划分成更小、更独立的表，并通过关系（外键）进行连接。

1. 第一范式（1NF）

目标：确保每列的值是原子值。

• 要求：
  • 数据库表中的每一列只包含单一值（原子性）。
  • 不允许一列存储多个值（如数组、列表等），也不允许嵌套表。
• 示例：不符合1NF

学生ID	姓名	联系方式
1	张三	12345, 67890
2	李四	98765

上述表中“联系方式”列包含了多个值，因此不符合1NF。

• 改进（符合1NF）

学生ID	姓名	联系方式
1	张三	12345
1	张三	67890
2	李四	98765

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2. 第二范式（2NF）

目标：消除非主属性对主键的部分依赖。

• 要求：
  • 满足1NF。
  • 表中的每一个非主属性必须完全依赖于主键，而不能只依赖于主键的一部分（解决部分依赖）。
• 示例：不符合2NF

学生ID	课程ID	课程名称	成绩
1	C001	数学	90
1	C002	英语	85

假设主键是（学生ID, 课程ID）的组合，“课程名称”只依赖于课程ID，而不是组合主键，因此违反2NF。

• 改进（分表，符合2NF）

课程表：

课程ID	课程名称
C001	数学
C002	英语

成绩表：

学生ID	课程ID	成绩
1	C001	90
1	C002	85

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3. 第三范式（3NF）

目标：消除非主属性之间的传递依赖。

• 要求：
  • 满足2NF。
  • 非主属性之间不存在传递依赖（即非主属性不能依赖于另一个非主属性）。
• 示例：不符合3NF

学生ID	系ID	系名称
1	CS001	计算机系
2	EE002	电气工程系

在此表中，“系名称”依赖于“系ID”，“系ID”又依赖于主键“学生ID”，这是一种传递依赖。

• 改进（分表，符合3NF）

学生表：

学生ID	系ID
1	CS001
2	EE002

系表：

系ID	系名称
CS001	计算机系
EE002	电气工程系

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4. BC范式（BCNF，Boyce-Codd Normal Form）

目标：消除主属性间的依赖关系。

• 要求：
  • 满足3NF。
  • 对于每一个函数依赖 X → Y ， X 必须是超键。（超键是一个或多个属性的组合，这些属性的值可以唯一地标识表中的每一行记录。换句话说，一个超键中的值是足够独特的，它能够用来区分表中的任意两条记录。）
• 示例：不符合BCNF

教师ID	课程名称	教师
T001	数学	R101
T002	英语	R102

假设（教师ID, 课程名称）为主键，“教室”依赖于“课程名称”，“课程名称”不是超键，因此违反BCNF。

• 改进（分表）

课程表：

课程名称	教室
数学	R101
英语	R102

教师课程表：

教师ID	课程名称
T001	数学
T002	英语

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5. 第四范式（4NF）

目标：消除多值依赖。

• 要求：
  • 满足BCNF。
  • 表中不能存在非主属性的多值依赖。
• 示例：不符合4NF

学生ID	语言	爱好
1	英语	篮球
1	英语	足球
1	法语	篮球
1	法语	足球

上述表中，“语言”和“爱好”是独立的多值属性，存在多值依赖。

• 改进（分表）

学生语言表：

学生ID	语言
1	英语
1	法语

学生爱好表：

学生ID	爱好
1	篮球
1	足球

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6. 第五范式（5NF）

目标：消除连接依赖。

• 要求：
  • 满足4NF。
  • 表中每一个关系都应该能够通过其更小的关系表连接复原（避免连接依赖）。

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总结：

范式	目标	主要特点
1NF	消除重复组，保证每列值原子性	每列只存储单一值
2NF	消除部分依赖，非主属性完全依赖主键	必须完全依赖主键，不允许部分依赖
3NF	消除传递依赖，非主属性只依赖主键	非主属性之间不能存在依赖关系
BCNF	消除主属性间依赖，所有函数依赖的决定因素为超键	更严格的3NF
4NF	消除多值依赖，每个关系只存储一个独立主题	解决多值属性独立的问题
5NF	消除连接依赖，确保关系可以通过小表复原	对复杂表分解到极致