第一范式 (1NF)

• 如果一个关系包含原子值，则它将是第一范式（1NF）。
• 它规定表中的属性不能包含多个值。它必须只包含单值属性。
• 第一范式不允许多值属性、复合属性及其组合。

示例： 由于多值属性 EMP_PHONE，关系 EMPLOYEE 不符合 1NF。

EMPLOYEE 表

上面的 EMPLOYEE 表是一个未规范化的关系，因为它包含与 EMP_PHONE 属性对应的多个值，即这些值是非原子的。因此，具有多值条目的关系称为未规范化关系。

为了解决这个问题，我们必须消除 EMP_PHONE 属性的非原子值。

EMPLOYEE 表分解为 1NF 的示例如下所示

有 3 种方法可以实现第一范式。

方法 1

为了消除列的重复值，EMPLOYEE 表通过重复表中的每个条目 (EMP_ID, EMP_NAME) 对，转换为平面关系 EMPLOYEE_1 表。现在新关系不包含任何非原子值，因此该表被认为是规范化的，并且处于第一范式。

方法 2

另一种方法是删除违反 1NF 的属性，并将其与主键一起放入单独的关系中。因此，未规范化的关系 EMPLOYEE 表被分解为两个子关系 EMP_DETAILS 和 EMP_PERFORMANCE

EMP_DETAILS

EMP_PERFORMANCE

分解关系的主要思想是将不同类型的信息保存在各自的关系中，因为第一范式不允许具有复合性质的多值属性。在 EMP_DETAILS 关系中，属性 (EMP_ID) 作为主键，在 EMP_PERFORMANCE 关系中，属性 (EMP_ID, EMP_PHONE) 作为主键。现在它满足了关系处于 1NF 的两个条件。

关系根据以下规则分解：

• 一个关系由原始关系（即 EMPLOYEE）的主键（EMP_ID）和原始关系（即 EMP_NAME）的非重复属性组成。
• 另一个关系由原始关系主键的副本和原始关系的所有重复属性组成。

方法 3

将未规范化关系规范化为 1NF 的第三种方法将通过以下示例进行解释，其中某个公司的员工技能是固定的。假设一名员工最多可以拥有五种技能。

EMP_SKILL 关系

这里 EMP_SKILL 关系 不符合 1NF，因为技能属性包含一组值。因此，为了解决这个问题，我们定义了多个技能列，如下所示。

上述关系在以下示例中被分解为 1NF。

上述表示处于 1NF，但这种技术不被推荐，因为它可能导致以下问题：

• 查询关系会很困难。例如，回答“哪个员工共享一项技能？”、“哪些员工拥有技能 C？”等查询会很困难。
• 员工技能限制为 5 项。如果出现拥有更多技能的员工，将无法记录。

总而言之，所有这三种方法都是正确的，因为它们将任何未规范化的表转换为第一范式表。然而，将表分解为关系的方法效率更高，因为它可以最大限度地减少数据重复。因此，要使关系处于第一范式，每组重复的组都应该出现在自己的表中，并且每个关系都应该有一个主键。

第一范式中的异常

第一范式关注的是关系表示的结构，而第二范式关注的是消除这些关系中的冗余。

各种异常可以分为：

• 插入异常
• 删除异常
• 更新异常

这些异常的名称来源于它们对关系执行的关系操作。

让我们以 ORDER_BOOK 关系为例：

插入异常： 假设我们想在 ORDER_BOOK 关系中插入一本新书的信息。但是我们无法插入此信息，除非为它下订单，因为在此关系中，主键由两个属性 Order_No 和 B_Name 组成，它们被称为复合键。

因此，Order_No 和 B_Name 都不能包含空值，因为它违反了实体完整性原则。所以我们无法插入尚未下订单的新书信息，因为在这种情况下，属性 Order_No 将包含空值，这违反了实体完整性规则，即主键不能为空值。如下图所示：

表现出这种不良性质的关系被称为存在插入异常。

删除异常： 假设订单号为 4154 的订单因某些原因被取消。因此，我们必须从 ORDER_BOOK 关系中删除此订单信息。

从关系中我们可以看到，这个特定的订单包含名为“IT”的书籍信息。因此，从关系中删除此记录将导致“IT”书籍信息的丢失。这可能导致重要信息的丢失，因为它是唯一包含“IT”书籍信息的记录。但是，如果尝试从关系中删除任何其他记录，则不会引起问题，因为它仍然包含其他记录中书籍的信息。

例如： 删除订单号 = 4154 的记录，如下图所示：

表现出这种不良性质的关系被称为存在删除异常。

更新异常： 修改关系中的某些值也可能很麻烦。假设如果书籍 C 的价格修改为 190，那么所有引用这本书的元组都必须更新，而多次更新总是伴随着一些不一致的风险。

在 ORDER_BOOK 关系中，更新似乎非常容易，因为它只包含两个 B_price 为 175 的元组。但如果关系中包含数千个元组，其中包含大量冗余数据，则更新可能导致不一致，因为人容易犯错误。

表现出这种不良性质的关系被称为存在更新异常。

以上考虑得出结论，1NF 中的关系具有不良的数据操作属性，因此将关系规范化为 1NF 不会终止逻辑数据库设计。需要进一步的转换才能消除原始关系中的此类异常。这引入了第二范式的概念。