關係型資料庫設計三大正規化

作者：鄭龍飛

正規化定義

百度百科:設計關聯式資料庫時，遵從不同的規範要求，設計出合理的關係型資料庫，這些不同的規範要求被稱為不同的正規化，各種正規化呈遞次規範，越高的正規化資料庫冗餘越小。

人類語言: 正規化可以理解為設計一張資料表的表結構，符合的標準級別、規範和要求。

而通常我們用的最多的就是第一正規化（1NF）、第二正規化（2NF）、第三正規化（3NF），也就是本文要講的 “三大正規化”。

正規化的優點

採用正規化可以降低資料的冗餘性。

為什麼要降低資料的冗餘性？

1. 十幾年前，磁碟很貴，為了減少磁碟儲存。
2. 以前沒有分散式系統，都是單機，只能增加磁碟，磁碟個數也是有限的。
3. 一次修改，需要修改多個表，很難保證資料一致性。

正規化的缺點

正規化的缺點是獲取資料時，需要透過 Join 拼接出最後的資料。

目前正規化的分類

目前業界正規化有：第一正規化 (1NF)、第二正規化 (2NF)、第三正規化 (3NF)、巴斯 - 科德正規化 (BCNF)、第四正規化 (4NF)、第五正規化 (5NF)。

什麼是函式依賴？

百度百科:函式依賴簡單點說就是：某個屬性集決定另一個屬性集時，稱另一屬性集依賴於該屬性集。

人類語言:以下面表格為例，通俗易懂的解釋，什麼是函式依賴。

學號	姓名	系名	系主任	科名	分數
001	張三	計算機系	李雷	高等數學	87
001	張三	計算機系	李雷	大學英語	88
001	張三	計算機系	李雷	資料庫設計	89
002	李四	計算機系	李雷	高等數學	86
002	李四	計算機系	李雷	java 程式設計	90
002	李四	計算機系	李雷	大學英語	98
003	王五	財務系	韓梅梅	高等數學	96
003	王五	財務系	韓梅梅	財務基礎	95

完全函式依賴

官方定義:設 X，Y 是關係 R 的兩個屬性集合，X’ 是 X 的真子集，存在 X→Y，但對每一個 X’ 都有 X’!→Y，則稱 Y 完全函式依賴於 X。

人類語言:比如透過，(學號，課程) 推出分數 ，但是單獨用學號推斷不出來分數，那麼就可以說：分數 完全依賴於 (學號，課程) 。

總結:即：透過 A B 能得出 C，但 是 A B 單獨得不出 C，那麼說 C 完全依賴於 AB。

部分函式依賴

官方定義:假如 Y 函式依賴於 X，但同時 Y 並不完全函式依賴於 X，那麼我們就稱 Y 部分函式依賴於 X。

人類語言:比如透過，(學 號，課程) 推出姓名，因為其實直接可以透過，學號推出姓名，所以：姓名 部分依賴於 (學號，課程)。

總結:透過 AB 能得出 C，透過 A 也能得出 C，或者透過 B 也能得出 C，那麼說 C 部分依賴於 AB。

傳遞函式依賴

官方定義:傳遞函式依賴：設 X，Y，Z 是關係 R 中互不相同的屬性集合，存在 X→Y(Y !→X),Y→Z，則稱 Z 傳遞函式依賴於 X。

人類語言:比如：學號 推出 系名 ， 系名 推出 系主任， 但是，系主任推不出學號，系主任主要依賴於系名。這種情況可以說：系主任 傳遞依賴於 學號 。

總結:即：通 過 A 得 到 B，通 過 B 得 到 C，但 是 C 得不到 A，那 麼說 C 傳遞依賴於 A。

三正規化的區別

第一正規化

第一正規化 1NF 核心原則：屬性不可切割。

舉例說明:

學號	姓名	系名	系主任	科名	分數	學籍資訊
001	張三	計算機系	李雷	高等數學	87	本科，大二
002	李四	計算機系	李雷	大學英語	88	研究生,研三

很明顯上面表格設計是不符合第一正規化的，學籍資訊列中的資料不是原子資料項，是可以進行分割的，因此對錶格進行修改，讓表格符合第一正規化的要求，修改結果如下圖所示：

學號	姓名	系名	系主任	科名	分數	學歷	所在年級
001	張三	計算機系	李雷	高等數學	87	本科	大二
002	李四	計算機系	李雷	大學英語	88	研究生	研三

實際上 ，1NF 是所有關係型資料庫的最基本要求 ,你在關係型資料庫管理系統（RDBMS），例如 SQL Server，Oracle，MySQL 中建立資料表的時候，如果資料表的設計不符合這個最基本的要求，那麼操作一定是不能成功的。也就是說，只要在 RDBMS 中已經存在

的資料表，一定是符合 1NF 的。

第二正規化

第二正規化 2NF 核心原則：不能存在 “部分函式依賴”。

舉例說明:

學號	姓名	系名	系主任	科名	分數
001	張三	計算機系	李雷	高等數學	87
001	張三	計算機系	李雷	大學英語	88
001	張三	計算機系	李雷	資料庫設計	89
002	李四	計算機系	李雷	高等數學	86
002	李四	計算機系	李雷	java 程式設計	90
002	李四	計算機系	李雷	大學英語	98
003	王五	財務系	韓梅梅	高等數學	96
003	王五	財務系	韓梅梅	財務基礎	95

以上表格明視訊記憶體在，部分依賴。比 如，這張表的主鍵是 (學號，課名），分數確實完全依賴於 (學號，課名），但是姓名並不完全依賴於 (學號，課名）,讓表格符合第二正規化的要求，修改結果如下圖所示：

學號	科名	分數
001	高等數學	87
001	大學英語	88
001	資料庫設計	89
002	高等數學	86
002	java 程式設計	90
002	大學英語	98
003	高等數學	96
003	財務基礎	95

學號	姓名	系名	系主任
001	張三	計算機系	李雷
002	李四	計算機系	李雷
003	王五	財務系	韓梅梅

以上符合第二正規化，去掉部分函式依賴依賴。

第三正規化

第三正規化 3NF 核心原則：不能存在傳遞函式依賴。

舉例說明:

學號	姓名	系名	系主任
001	張三	計算機系	李雷
002	李四	計算機系	李雷
003	王五	財務系	韓梅梅

在上面這張表中，存 在傳遞函式依賴：學號->系 名->系主任，但是系主任推不出學號。

上面表需要再次拆解：

學號	姓名	系名
001	張三	計算機系
002	李四	計算機系
003	王五	財務系

系名	系主任
計算機系	李雷
計算機系	李雷
財務系	韓梅梅

反三正規化

沒有冗餘的資料庫未必是最好的資料庫，有時為了提高執行效率，就必須降低正規化標準，適當保留冗餘資料。具體做法是： 在概念資料模型設計時遵守第三正規化，降低正規化標準的工作放到物理資料模型設計時考慮。降低正規化就是增加欄位，減少了查詢時的關聯，提高查詢效率，因為在資料庫的操作中查詢的比例要遠遠大於 DML 的比例。但是反正規化化一定要適度，並且在原本已滿足三正規化的基礎上再做調整的。

總結

引用知乎大佬對正規化的理解:

資料庫設計應該也是分為三個境界的：

第一個境界，剛入門資料庫設計，正規化的重要性還未深刻理解。這時候出現的反正規化設計，一般會出問題。

第二個境界，隨著遇到問題解決問題，漸漸瞭解到正規化的真正好處，從而能快速設計出低冗餘、高效率的資料庫。

第三個境界，再經過 N 年的鍛鍊，是一定會發覺正規化的侷限性的。此時再去打破正規化，設計更合理的反正規化部分。