資料庫三大正規化詳解

2021-08-09 06:20:21 字數 4454 閱讀 6547

資料庫的設計正規化是資料庫設計所需要滿足的規範,滿足這些規範的資料庫是簡潔的、結構明晰的,同時,不會發生插入(insert)、刪除(delete)和更新(update)操作異常。反之則是亂七八糟,不僅給資料庫的程式設計人員製造麻煩,而且面目可憎,可能儲存了大量不需要的冗餘資訊。

正規化說明

1.1 第一正規化(1nf)無重複的列

所謂第一正規化(1nf)是指資料庫表的每一列都是不可分割的基本資料項,同一列中不能有多個值,即實體中的某個屬性不能有多個值或者不能有重複的屬性。如果出現重複的屬性,就可能需要定義乙個新的實體,新的實體由重複的屬性構成,新實體與原實體之間為一對多關係。在第一正規化(1nf)中表的每一行只包含乙個例項的資訊。簡而言之,第一正規化就是無重複的列。

說明:在任何乙個關聯式資料庫中,第一正規化(1nf)是對關係模式的基本要求,不滿足第一正規化(1nf)的資料庫就不是關聯式資料庫。

例如,如下的資料庫表是符合第一正規化的:

欄位1欄位2

欄位3欄位4

而這樣的資料庫表是不符合第一正規化的:

欄位1欄位2

欄位3欄位4

欄位3.1

欄位3.2

資料庫表中的字段都是單一屬性的,不可再分。這個單一屬性由基本型別構成,包括整型、實數、字元型、邏輯型、日期型等。很顯然,在當前的任何關聯式資料庫管理系統(dbms)中,傻瓜也不可能做出不符合第一正規化的資料庫,因為這些dbms不允許你把資料庫表的一列再分成二列或多列。因此,你想在現有的dbms中設計出不符合第一正規化的資料庫都是不可能的。

1.2 第二正規化(2nf)屬性完全依賴於主鍵 [ 消除部分子函式依賴 ]

如果關係模式r為第一正規化,並且r中每乙個非主屬性完全函式依賴於r的某個候選鍵, 則稱為第二正規化模式。

第二正規化(2nf)是在第一正規化(1nf)的基礎上建立起來的,即滿足第二正規化(2nf)必須先滿足第一正規化(1nf)。第二正規化(2nf)要求資料庫表中的每個例項或行必須可以被惟一地區分。為實現區分通常需要為表加上乙個列,以儲存各個例項的惟一標識。這個惟一屬性列被稱為主關鍵字或主鍵、主碼。

例如員工資訊表中加上了員工編號(emp_id)列,因為每個員工的員工編號是惟一的,因此每個員工可以被惟一區分。

簡而言之,第二正規化(2nf)就是非主屬性完全依賴於主關鍵字。

所謂完全依賴是指不能存在僅依賴主關鍵字一部分的屬性(設有函式依賴w→a,若存在xw,有x→a成立,那麼稱w→a是區域性依賴,否則就稱w→a是完全函式依賴)。如果存在,那麼這個屬性和主關鍵字的這一部分應該分離出來形成乙個新的實體,新實體與原實體之間是一對多的關係。

假定選課關係表為selectcourse(學號, 姓名, 年齡, 課程名稱, 成績, 學分),關鍵字為組合關鍵字(學號, 課程名稱),因為存在如下決定關係:

(學號, 課程名稱) → (姓名, 年齡, 成績, 學分)

這個資料庫表不滿足第二正規化,因為存在如下決定關係:

(課程名稱) → (學分)

(學號) → (姓名, 年齡)

即存在組合關鍵字中的字段決定非關鍵字的情況。

由於不符合2nf,這個選課關係表會存在如下問題:

(1) 資料冗餘:

同一門課程由n個學生選修,"學分"就重複n-1次;同乙個學生選修了m門課程,姓名和年齡就重複了m-1次。

(2) 更新異常:

若調整了某門課程的學分,資料表中所有行的"學分"值都要更新,否則會出現同一門課程學分不同的情況。

(3) 插入異常:

假設要開設一門新的課程,暫時還沒有人選修。這樣,由於還沒有"學號"關鍵字,課程名稱和學分也無法記錄入資料庫。

(4) 刪除異常:

假設一批學生已經完成課程的選修,這些選修記錄就應該從資料庫表中刪除。但是,與此同時,課程名稱和學分資訊也被刪除了。很顯然,這也會導致插入異常。

把選課關係表selectcourse改為如下三個表:

學生:student(學號, 姓名, 年齡);

課程:course(課程名稱, 學分);

選課關係:selectcourse(學號, 課程名稱, 成績)。

這樣的資料庫表是符合第二正規化的, 消除了資料冗餘、更新異常、插入異常和刪除異常。

另外,所有單關鍵字的資料庫表都符合第二正規化,因為不可能存在組合關鍵字。

1.3 第三正規化(3nf)屬性不依賴於其它非主屬性 [ 消除傳遞依賴 ]

如果關係模式r是第二正規化,且每個非主屬性都不傳遞依賴於r的候選鍵,則稱r為第三正規化模式。

滿足第三正規化(3nf)必須先滿足第二正規化(2nf)。第三正規化(3nf)要求乙個資料庫表中不包含已在其它表中已包含的非主關鍵字資訊。

例如,存在乙個部門資訊表,其中每個部門有部門編號(dept_id)、部門名稱、部門簡介等資訊。那麼在的員工資訊表中列出部門編號後就不能再將部門名稱、部門簡介等與部門有關的資訊再加入員工資訊表中。如果不存在部門資訊表,則根據第三正規化(3nf)也應該構建它,否則就會有大量的資料冗餘。

第三正規化(3nf):在第二正規化的基礎上,資料表中如果不存在非關鍵字段對任一候選關鍵字段的傳遞函式依賴則符合第三正規化。簡而言之,第三正規化就是屬性不依賴於其它非主屬性。

所謂傳遞函式依賴,指的是如果存在"a → b → c"的決定關係,則c傳遞函式依賴於a。

因此,滿足第三正規化的資料庫表應該不存在如下依賴關係:

關鍵字段 → 非關鍵字段x → 非關鍵字段y

假定學生關係表為student(學號, 姓名, 年齡, 所在學院, 學院地點, 學院**),關鍵字為單一關鍵字"學號",因為存在如下決定關係:

(學號) → (姓名, 年齡, 所在學院, 學院地點, 學院**)

這個資料庫是符合2nf的,但是不符合3nf,因為存在如下決定關係:

(學號) → (所在學院) → (學院地點, 學院**)

即存在非關鍵字段"學院地點"、"學院**"對關鍵字段"學號"的傳遞函式依賴。

它也會存在資料冗餘、更新異常、插入異常和刪除異常的情況,讀者可自行分析得知。

把學生關係表分為如下兩個表:

學生:(學號, 姓名, 年齡, 所在學院);

學院:(學院, 地點, **)。

這樣的資料庫表是符合第三正規化的,消除了資料冗餘、更新異常、插入異常和刪除異常。

為了建立冗餘較小、結構合理的資料庫,設計資料庫時必須遵循一定的規則。在關係型資料庫中這種規則就稱為正規化。正規化是符合某一種設計要求的總結。要想設計乙個結構合理的關係型資料庫,必須滿足一定的正規化。

在實際開發中最為常見的設計正規化有三個:

1.第一正規化(確保每列保持原子性)

第一正規化是最基本的正規化。如果資料庫表中的所有字段值都是不可分解的原子值,就說明該資料庫表滿足了第一正規化。

第一正規化的合理遵循需要根據系統的實際需求來定。比如某些資料庫系統中需要用到「位址」這個屬性,本來直接將「位址」屬性設計成乙個資料庫表的字段就行。但是如果系統經常會訪問「位址」屬性中的「城市」部分,那麼就非要將「位址」這個屬性重新拆分為省份、城市、詳細位址等多個部分進行儲存,這樣在對位址中某一部分操作的時候將非常方便。這樣設計才算滿足了資料庫的第一正規化,如下表所示。

上表所示的使用者資訊遵循了第一正規化的要求,這樣在對使用者使用城市進行分類的時候就非常方便,也提高了資料庫的效能。

2.第二正規化(確保表中的每列都和主鍵相關)

第二正規化在第一正規化的基礎之上更進一層。第二正規化需要確保資料庫表中的每一列都和主鍵相關,而不能只與主鍵的某一部分相關(主要針對聯合主鍵而言)。也就是說在乙個資料庫表中,乙個表中只能儲存一種資料,不可以把多種資料儲存在同一張資料庫表中。

比如要設計乙個訂單資訊表,因為訂單中可能會有多種商品,所以要將訂單編號和商品編號作為資料庫表的聯合主鍵,如下表所示。

訂單資訊表

這樣就產生乙個問題:這個表中是以訂單編號和商品編號作為聯合主鍵。這樣在該表中商品名稱、單位、商品**等資訊不與該錶的主鍵相關,而僅僅是與商品編號相關。所以在這裡違反了第二正規化的設計原則。

而如果把這個訂單資訊表進行拆分,把商品資訊分離到另乙個表中,把訂單專案表也分離到另乙個表中,就非常完美了。如下所示。

這樣設計,在很大程度上減小了資料庫的冗餘。如果要獲取訂單的商品資訊,使用商品編號到商品資訊表中查詢即可。

3.第三正規化(確保每列都和主鍵列直接相關,而不是間接相關)

第三正規化需要確保資料表中的每一列資料都和主鍵直接相關,而不能間接相關。

比如在設計乙個訂單資料表的時候,可以將客戶編號作為乙個外來鍵和訂單表建立相應的關係。而不可以在訂單表中新增關於客戶其它資訊(比如姓名、所屬公司等)的字段。如下面這兩個表所示的設計就是乙個滿足第三正規化的資料庫表。

這樣在查詢訂單資訊的時候,就可以使用客戶編號來引用客戶資訊表中的記錄,也不必在訂單資訊表中多次輸入客戶資訊的內容,減小了資料冗餘。

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