DB 資料庫設計

二、設計正規化

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。

目前關聯式資料庫有六種正規化：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）和第五正規化（5nf，又稱完美正規化）。

以下僅介紹前三種設計正規化。通常，滿足前三種設計正規化的資料庫可以滿足絕大多數的資料儲存需求。

第一正規化（1nf）：每一列都是不可分割的原子資料項

第二正規化（2nf）：在1nf的基礎上，非碼屬性必須完全依賴於碼（在1nf基礎上消除非主屬性對主碼的部分函式依賴）

第三正規化（3nf）：在2nf基礎上，任何非主屬性不依賴於其它非主屬性（在2nf基礎上消除傳遞依賴）

案例分析：**的設計和優化

觀察以下**，從設計正規化的角度出發，分析**資料的儲存方式存在哪些問題？如何改進？

顯然，這張**不滿足第一正規化。因為，對於「系」字段，它不是乙個原子資料項，它可以繼續拆分成「系名」和「系主任」兩個字段。所以，該錶目前不滿足所有的設計正規化。

為了使**滿足第一正規化，需要修改「系」字段：

此時，**已經滿足第一正規化，所有欄位都是不可分割的原子資料項。然而，這張表依然存在一些問題：

存在非常嚴重的資料冗餘（重複）：姓名、系名、系主任

資料新增存在問題：新增新開設的系和系主任時，資料不合法

資料刪除存在問題：張無忌同學畢業了，刪除資料，會將系的資料一起刪除。

這些問題只有通過引入第二正規化和第三正規化才能解決。為了理解第二正規化，需要先掌握以下概念：

函式依賴：a–>b，如果通過a屬性（屬性組）的值，可以確定唯一b屬性的值。則稱b依賴於a。

例如：學號-->姓名；（學號，課程名稱） --> 分數

完全函式依賴：完全函式依賴：a–>b，如果a是乙個屬性組，則b屬性值得確定需要依賴於a屬性組中所有的屬性值。

例如：（學號，課程名稱） --> 分數

部分函式依賴：a–>b，如果a是乙個屬性組，則b屬性值得確定只需要依賴於a屬性組中某一些值即可。

例如：（學號，課程名稱） -- > 姓名

傳遞函式依賴：a–>b, b – >c . 如果通過a屬性（屬性組）的值，可以確定唯一b屬性的值，在通過b屬性（屬性組）的值可以確定唯一c屬性的值，則稱c傳遞函式依賴於a。

例如：學號-->系名，系名-->系主任

碼：如果在一張表中，乙個屬性或屬性組，被其他所有屬性所完全依賴，則稱這個屬性（屬性組）為該錶的碼。

例如：該表中碼為（學號，課程名稱）

主屬性（碼屬性）：碼屬性組中的所有屬性。

非主屬性（非碼屬性）：除去碼屬性組的屬性。

結合第二正規化的描述：在1nf基礎上消除非主屬性對主碼的部分函式依賴。在滿足inf的表中，碼屬性組是（學號，課程名稱），只有「分數」完全依賴於主碼；而「姓名」、「系名」和「系主任」欄位只依賴於「學號」，它們都屬於部份依賴於主碼，顯然當前的**不滿足2nf。

為了使資料儲存進一步滿足第二正規化，首先需要對**的內容進行拆分：將原表中區域性依賴於主碼組的字段單獨抽取出來，將這些欄位與它們完全依賴的「學號」欄位組在一起建一張新錶：

此時，右表存在天然的資料冗餘，將冗餘記錄去除後發現：左表儲存了學生的課程和分數，右表儲存了學生的基礎資訊。將左表稱為「選課表」，右表稱為「學生表」。

此時，對於這兩張表而言，它們中的所有欄位都屬於原子資料項，且「分數」完全依賴於（「學號」，「課程名稱」），「姓名」、「系名」、「系主任」完全依賴於「學號」。兩張表均滿足第二正規化。

至此，回頭思考之前發現的 3 個問題，發現第 1 個問題已經解決，資料不再有嚴重的冗餘情況。但是，對於 2，3 問題，無論是新增新的專業還是去掉某個學生的記錄，都會是**再次處於不合法的狀態。解決這兩個問題，需要借助第三正規化的設計思路。

根據第三正規化的描述可知，需要在 2nf 基礎上消除**中的傳遞依賴。觀察學生表發現：「系名」完全依賴於「學號」，而「系主任」雖然也完全依賴於「學號」，但同時也完全依賴於「系名」。因此，「學號」、「系名」、「系主任」構成了傳遞依賴。

為了進一步使資料儲存滿足第三正規化，將學生表中的「系名」和「系主任」字段提取，構造一張新錶稱為「係表」，主鍵設為「系名」。原來的學生表只儲存係表中的主鍵，並剔除係表中的冗餘記錄。

此時，在消除傳遞依賴後，對學生資訊的增刪改不再影響教師資訊的儲存，而對教師資訊的增刪改也不再影響學生資訊的儲存。整體資料的儲存滿足第三正規化。