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了解數據庫設計中的范式:綜合指南


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小浪云 2024-12-18 134

了解數據庫設計中的范式:綜合指南

數據庫規范化與范式

數據庫設計中的規范化旨在減少數據冗余,增強數據完整性,避免數據異常(如插入、更新、刪除異常)。這通過將大型數據表分解成更小、更易管理的表,并定義它們之間的關系來實現。

不同的范式代表不同的規范化級別,每個級別都建立在前一個級別的基礎上,并遵循特定的規則。以下是幾種常用的范式:


第一范式 (1NF)

1NF 是規范化的基礎級別,其核心目標是消除重復數據,確保表中每個字段都包含單個、不可分割的值(原子值)。

  • 1NF規則:
    1. 每個字段必須包含原子值,即不可再細分的值。
    2. 每行數據必須唯一。
    3. 每列數據類型一致。
    4. 不允許出現重復的列或字段內包含多個值。

1NF示例:

非1NF:

訂單ID 商品 數量
1 蘋果,香蕉 2,3
2 橙子 5

轉換為1NF:

訂單ID 商品 數量
1 蘋果 2
1 香蕉 3
2 橙子 5

第二范式 (2NF)

2NF 在1NF的基礎上,進一步消除了部分函數依賴。部分函數依賴是指非主鍵屬性依賴于主鍵的一部分(對于復合主鍵)。要滿足2NF,必須先滿足1NF。

  • 2NF規則:
    1. 滿足1NF。
    2. 每個非主鍵屬性必須完全依賴于整個主鍵。

2NF示例:

非2NF(部分函數依賴):

訂單ID 商品 客戶姓名 價格
1 蘋果 John 10
1 香蕉 John 5
2 橙子 Jane 8

轉換為2NF:
表:

  • 訂單 (訂單ID, 客戶姓名)
  • 訂單明細 (訂單ID, 商品, 價格)

訂單表:

訂單ID 客戶姓名
1 John
2 Jane

訂單明細表:

訂單ID 商品 價格
1 蘋果 10
1 香蕉 5
2 橙子 8

第三范式 (3NF)

3NF 在2NF的基礎上,消除了傳遞函數依賴。傳遞函數依賴是指非主鍵屬性依賴于其他非主鍵屬性。要滿足3NF,必須先滿足2NF。

  • 3NF規則:
    1. 滿足2NF。
    2. 任何非主鍵屬性都不應依賴于其他非主鍵屬性。

3NF示例:

非3NF(傳遞函數依賴):

訂單ID 商品 類別 供應商
1 蘋果 水果 XYZ
2 胡蘿卜 蔬菜 ABC

轉換為3NF:
表:

  • 訂單 (訂單ID, 商品, 類別)
  • 類別 (類別, 供應商)

訂單表:

訂單ID 商品 類別
1 蘋果 水果
2 胡蘿卜 蔬菜

類別表:

類別 供應商
水果 XYZ
蔬菜 ABC

Boyce-Codd范式 (BCNF)

BCNF 比3NF更嚴格。如果每個函數依賴的左部都是候選鍵,則表滿足BCNF。

  • BCNF規則:
    1. 滿足3NF。
    2. 每個決定因素都是候選鍵。

第四范式 (4NF)

4NF 解決了多值依賴問題,即一個屬性決定另一個屬性的多個值,且這些值彼此獨立。

  • 4NF規則:
    1. 滿足BCNF。
    2. 沒有多值依賴。

總結

數據庫規范化是確保數據質量的關鍵步驟。不同的范式提供了不同級別的規范化,選擇合適的范式需要權衡數據完整性和性能需求。 雖然高范式能保證數據完整性,但在某些情況下,為了性能考慮,可能會選擇降低范式級別。

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