【数据库】第四范式（4NF）特别关注消除非平凡的多值依赖

在数据库设计中，范式（Normalization）是用来优化数据库结构的一种方法，目的在于减少数据冗余和提高数据完整性。第四范式（4NF）特别关注消除非平凡的多值依赖。

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第四范式（4NF）定义

一个关系模式如果满足第三范式（3NF）且没有非平凡的多值依赖，那么它就满足第四范式。多值依赖是指一个属性集的值依赖于另一个属性集的多个值。换句话说，第四范式要求一个表必须不包含多值依赖，除非它是一个平凡的依赖。

多值依赖的定义

如果在一个关系中，对于属性Y和Z，只要固定了属性X的值，属性Y的值就决定了属性Z的值，那么称Z多值依赖于X，记作 X ->-> Z。

例子

假设有一个学生选课系统的数据库，其中有一个关系表 StudentCourses 记录学生的选课情况和他们的家庭地址。该表有三个字段：StudentID（学生ID），CourseID（课程ID），和 Address（家庭地址）。

表：StudentCourses

StudentID	CourseID	Address
1	C1	123 Oak St.
1	C2	123 Oak St.
2	C1	456 Pine St.
2	C3	456 Pine St.

在这个表中，我们可以观察到如下多值依赖：

• StudentID ->-> CourseID：一个学生可以注册多门课程。
• StudentID ->-> Address：一个学生可以有多个地址（尽管在现实中一个学生通常只有一个地址，但数据库设计需要考虑所有可能）。

这些多值依赖意味着表中存在冗余：每当学生选择新课程时，都需要重复他的地址信息。

优化

为了满足第四范式，我们需要把 StudentCourses 表分解成两个表，以消除多值依赖：

1. StudentCourses 表：包含 StudentID 和 CourseID。
2. StudentAddresses 表：包含 StudentID 和 Address。

表：StudentCourses

StudentID	CourseID
1	C1
1	C2
2	C1
2	C3

表：StudentAddresses

StudentID	Address
1	123 Oak St.
2	456 Pine St.

这样，每个表都不再包含非平凡的多值依赖，从而达到了第四范式的要求。这种设计减少了数据冗余和更新异常，提高了数据库的可维护性和完整性。