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數(shù)據(jù)庫規(guī)范化是數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中非常重要的一部分，它指的是將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則進行分解，以減少數(shù)據(jù)冗余性和數(shù)據(jù)不一致性，提高數(shù)據(jù)的完整性和一致性，從而提高數(shù)據(jù)庫的性能和可維護性。本文將介紹以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫規(guī)范化的具體方法。
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一、為什么需要數(shù)據(jù)庫規(guī)范化
1. 減少數(shù)據(jù)冗余性
在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)冗余指的是在多個表或多個字段中重復(fù)存儲相同的數(shù)據(jù)，這會浪費存儲空間，增加數(shù)據(jù)維護的難度，也會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致性，即在不同的表或字段中存在不同的數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)庫規(guī)范化，可以將重復(fù)的數(shù)據(jù)存儲在一個表中，減少數(shù)據(jù)冗余性，從而提高數(shù)據(jù)庫的存儲效率。
2. 提高數(shù)據(jù)完整性和一致性
數(shù)據(jù)完整性和一致性是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的重要目標之一。數(shù)據(jù)完整指的是數(shù)據(jù)在輸入和存儲過程中保持有效和正確，而數(shù)據(jù)一致指的是數(shù)據(jù)在不同的表或字段中的值保持一致。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中，通過合理地分解數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，可以保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。如果數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不規(guī)范化，可能會導(dǎo)致在數(shù)據(jù)更新或刪除時出現(xiàn)不一致性的問題，進而影響數(shù)據(jù)庫的正確性和可操作性。
3. 提高數(shù)據(jù)庫性能
數(shù)據(jù)庫的性能是很多企業(yè)和個人非常關(guān)注的一個點。通過數(shù)據(jù)庫規(guī)范化，可以減少數(shù)據(jù)冗余性，可以額外地提高數(shù)據(jù)庫的性能。因為數(shù)據(jù)庫的查詢和更新操作將不需要在多個表或字段中進行，而是只在一個表中進行，減少了數(shù)據(jù)讀寫的次數(shù)，大大提高了數(shù)據(jù)庫的效率和響應(yīng)速度。
4. 降低數(shù)據(jù)庫維護成本
一個不規(guī)范化的數(shù)據(jù)庫會給數(shù)據(jù)維護帶來很大的負擔(dān)。因為在每個表或字段中都可能存在相同的數(shù)據(jù)，當這樣的數(shù)據(jù)需要更新、修改或刪除時，需要在所有表中分別進行操作，這將需要更多的時間和人員來維護數(shù)據(jù)的正確性。通過數(shù)據(jù)庫規(guī)范化，可以將冗余數(shù)據(jù)分解成獨立的表來減少數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲，降低數(shù)據(jù)庫維護成本。
二、如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫規(guī)范化
1. 之一范式（1NF）
之一范式是指每個字段都是非分解的原子型數(shù)據(jù)項，即每個字段只包含一個屬性值。通過將重復(fù)數(shù)據(jù)進行拆分，可避免數(shù)據(jù)冗余，并保證每個字段只包含一個屬性值。
2. 第二范式（2NF）
第二范式是指數(shù)據(jù)表中所有字段都要和主鍵相關(guān)。如果表中的某個字段與主鍵不相關(guān)，就需要將其拆分到另一個新的數(shù)據(jù)表中。這樣可以避免數(shù)據(jù)冗余，保證數(shù)據(jù)庫的一致性和完整性。
3. 第三范式（3NF）
第三范式是指一個數(shù)據(jù)表中的每個字段都應(yīng)該與主鍵直接相關(guān)，而不是間接相關(guān)。如果某個字段依賴于另一個字段，那么就需要將其分解到新的數(shù)據(jù)表中。這樣可以保證數(shù)據(jù)的一致性和可維護性。
4. 其他范式
此外還存在其他的規(guī)范化范式，如巴斯-科德范式（BCNF）等，它們是為了解決數(shù)據(jù)之間的關(guān)系而產(chǎn)生的。不同的規(guī)范化范式可以根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需求選擇使用。
數(shù)據(jù)庫規(guī)范化是數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中非常重要的一部分，它對于數(shù)據(jù)的安全、可靠、高效和易維護等方面至關(guān)重要。通過實施規(guī)范化，可以減少數(shù)據(jù)冗余性和不一致性，提高數(shù)據(jù)的完整性和一致性，增強數(shù)據(jù)庫的可擴展性和可維護性。在實踐中，應(yīng)根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求選擇適當?shù)囊?guī)范化范式，并充分考慮規(guī)范化帶來的性能和可維護成本等因素。
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規(guī)范化理論把關(guān)系應(yīng)滿足的規(guī)范要求分為幾級，滿足更低要求的一級叫做之一范式(1NF)，在之一范式的基礎(chǔ)上提出了第二范式(2NF)，在第二范式的基礎(chǔ)上又提出了第三范式(3NF)，以后又提出了BCNF范式，4NF，5NF。范式的等級越高，應(yīng)滿足的約束集條件也越嚴格。
之一范式（1NF）
在關(guān)系模式R中中，如果每個屬性值都是不可再分的原子屬性，則稱R是之一范式的關(guān)系。例如：關(guān)系R（職工號，姓名，號碼）中一個人可能有一個辦公室和一個住宅號碼，規(guī)范成為1NF的方法一般是將號碼分為單位和住宅兩個屬性，即 R（職工號，姓名，辦公，住宅）。1NF是關(guān)系模式的更低要求。
第二范式（2NF）
如果關(guān)系模式R是1NF且其中的所有非主屬性都完全函數(shù)依賴于關(guān)鍵字，則稱關(guān)系R 是屬于第二范式的。例：選課關(guān)系 SC（SNO，CNO，GRADE，CREDIT）其中SNO為學(xué)號， CNO為課程號，GRADEGE 為成績，CREDIT 為學(xué)分。 由以上條件，關(guān)鍵字為組合關(guān)鍵字（SNO，CNO）。在應(yīng)用中使用以上關(guān)系模式有以下問題： （1）數(shù)據(jù)冗余，假設(shè)同一門課由40個學(xué)生選修，學(xué)分就重復(fù)40次；（2）更新復(fù)雜，若調(diào)整了某課程的學(xué)分，相應(yīng)元組的CREDIT值都要更新，有可能會出現(xiàn)同一門課學(xué)分不同；（3）插入異常，如計劃開新課，由于沒人選修，沒有學(xué)號關(guān)鍵字，只能等有人選修才能把課程和學(xué)分存入；（4）.刪除異常，若學(xué)生已經(jīng)結(jié)業(yè)，從當前數(shù)據(jù)庫刪除選修記錄，而某些課程新生尚未選修，則此門課程及學(xué)分記錄無法保存。以上問題產(chǎn)生的原因是非主屬性CREDIT僅函數(shù)依賴于CNO，也就是CREDIT部分依賴組合關(guān)鍵字（SNO，CNO）而不是完全依賴。解決方法是將以上關(guān)系分解成兩個關(guān)系模式 SC（SNO，CNO，GRADE）和C（CNO，CREDIT）。新關(guān)系包括兩個關(guān)系模式，它們之間通過SC中的外鍵CNO相聯(lián)系，需要時再進行自然聯(lián)接，恢復(fù)原來的關(guān)系
第三范式（3NF）
如果關(guān)系模式R是2NF且其中的所有非主屬性都不傳遞依賴于碼，則稱關(guān)系R是屬于第三范式的。例如關(guān)系模式S（SNO，SNAME，DNO，DNAME，LOCATION）中各屬性分別代表學(xué)號、姓名、所在系、系名稱、系地址。關(guān)鍵字SNO決定各個屬性。由于是單個關(guān)鍵字，沒有部分依賴的問題，肯定是2NF。但關(guān)系S肯定有大量的冗余，有關(guān)學(xué)生所在系的幾個屬性DNO，DNAME，LOCATION將重復(fù)存儲，插入、刪除和修改時也將產(chǎn)生類似以上例的情況。原因在于關(guān)系中存在傳遞依賴，即SNO -> DNO，DNO -> LOCATION, 因此關(guān)鍵字SNO對LOCATION函數(shù)決定是通過傳遞依賴SNO -> LOCATION 實現(xiàn)的。也就是說，SNO不直接決定非主屬性LOCATION。解決方法是將該關(guān)系模式分解為兩個關(guān)系S（SNO，SNAME，DNO）和D（DNO，DNAME，LOCATION），兩個關(guān)系通過S中的外鍵DNO聯(lián)系。
BC范式(BCNF)
如果關(guān)系模式R的所有屬性（包括主屬性和非主屬性）都不傳遞依賴于R的任何候選關(guān)鍵字，那么稱關(guān)系R是屬于BCNF的?；蛘哒f關(guān)系模式R中，如果每個決定因素都包含關(guān)鍵字（而不是被關(guān)鍵字所包含），則R是BCNF。 通常認為BCNF是修正的第三范式，有時也稱為擴充的第三范式。
為什么數(shù)據(jù)庫規(guī)范化處理
通常情況下，可以從兩個方面來判斷數(shù)據(jù)庫是否設(shè)計的比較規(guī)范。一是看看是否擁有大量的窄表，二是寬表的數(shù)量是否足夠的少。若符合這兩個條件，則可以說明這個數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化水平還是比較高的。當然這是兩個泛泛而談的指標。為了達到數(shù)據(jù)庫設(shè)計規(guī)范化的要求，一般來說，需要符合以下五個要求。
要求一：表中應(yīng)該避免可為空的列。
雖然表中允許空列，但是，空字段是一種比較特殊的數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)庫在處理的時候，需要進行特殊的處理。如此的話，就會增加數(shù)據(jù)庫處理記錄的復(fù)雜性。當表中有比較多的空字段時，在同等條件下，數(shù)據(jù)庫處理的性能會降低許多。
所以，雖然在數(shù)據(jù)庫表設(shè)計的時候，允許表中具有空字段，但是，我們應(yīng)該盡量避免。若確實需要的話，我們可以通過一些折中的方式，來處理這些空字段，讓其對數(shù)據(jù)庫性能的影響降低到最少。
一是通過設(shè)置默認值的形式，來避免空字段的產(chǎn)生。如在一個人事管理系統(tǒng)中，有時候身份證號碼字段可能允許為空。因為不是每個人都可以記住自己的身份證號碼。而在員工報到的時候，可能身份證沒有帶在身邊。所以，身份證號碼字段往往不能及時提供。為此，身份證號碼字段可以允許為空，以滿足這些特殊情況的需要。但是，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計的時候，則可以做一些處理。如當用戶沒有輸入內(nèi)容的時候，則把這個字段的默認值設(shè)置為0或者為N/A。以避免空字段的產(chǎn)生。
二是若一張表中，允許為空的列比較多，接近表全部列數(shù)的三分之一。而且，這些列在大部分情況下，都是可有可無的。若數(shù)據(jù)庫管理員遇到這種情況，筆者建議另外建立一張副表，以保存這些列。然后通過關(guān)鍵字把主表跟這張副表關(guān)聯(lián)起來。將數(shù)據(jù)存儲在兩個獨立的表中使得主表的設(shè)計更為簡單，同時也能夠滿足存儲空值信息的需要。
要求二：表不應(yīng)該有重復(fù)的值或者列。
為了解決這個問題，有多種實現(xiàn)方式。但是，若設(shè)計不合理的話在，則會導(dǎo)致重復(fù)的值或者列。如我們也可以這么設(shè)計，把客戶信息、聯(lián)系人都放入同一張表中。為了解決多個聯(lián)系人的問題，可以設(shè)置之一聯(lián)系人、之一聯(lián)系人、第二聯(lián)系人、第二聯(lián)系人等等。若還有第三聯(lián)系人、第四聯(lián)系人等等，則往往還需要加入更多的字段。
所以，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計的時候要盡量避免這種重復(fù)的值或者列的產(chǎn)生。筆者建議，若數(shù)據(jù)庫管理員遇到這種情況，可以改變一下策略。如把客戶聯(lián)系人另外設(shè)置一張表。然后通過客戶ID把供應(yīng)商信息表跟客戶聯(lián)系人信息表連接起來。也就是說，盡量將重復(fù)的值放置到一張獨立的表中進行管理。然后通過視圖或者其他手段把這些獨立的表聯(lián)系起來。
要求三：表中記錄應(yīng)該有一個唯一的標識符。
在數(shù)據(jù)庫表設(shè)計的時候，數(shù)據(jù)庫管理員應(yīng)該養(yǎng)成一個好習(xí)慣，用一個ID號來唯一的標識行記錄，而不要通過名字、編號等字段來對紀錄進行區(qū)分。每個表都應(yīng)該有一個ID列，任何兩個記錄都不可以共享同一個ID值。另外，這個ID值更好有數(shù)據(jù)庫來進行自動管理，而不要把這個任務(wù)給前臺應(yīng)用程序。否則的話，很容易產(chǎn)生ID值不統(tǒng)一的情況。
要求四：數(shù)據(jù)庫對象要有統(tǒng)一的前綴名。
一個比較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，其對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表往往以千計。若讓數(shù)據(jù)庫管理員看到對象名就了解這個數(shù)據(jù)庫對象所起的作用，恐怕會比較困難。而且在數(shù)據(jù)庫對象引用的時候，數(shù)據(jù)庫管理員也會為不能迅速找到所需要的數(shù)據(jù)庫對象而頭疼。
其次，表、視圖、函數(shù)等更好也有統(tǒng)一的前綴。如視圖可以用V為前綴，而函數(shù)則可以利用F為前綴。如此數(shù)據(jù)庫管理員無論是在日常管理還是對象引用的時候，都能夠在最短的時間內(nèi)找到自己所需要的對象。
要求五：盡量只存儲單一實體類型的數(shù)據(jù)。
這里將的實體類型跟數(shù)據(jù)類型不是一回事，要注意區(qū)分。這里講的實體類型是指所需要描述對象的本身。筆者舉一個例子，估計大家就可以明白其中的內(nèi)容了。如現(xiàn)在有一個圖書館里系統(tǒng)，有圖書基本信息、作者信息兩個實體對象。若用戶要把這兩個實體對象信息放在同一張表中也是可以的。如可以把表設(shè)計成圖書名字、圖書作者等等?？墒侨绱嗽O(shè)計的話，會給后續(xù)的維護帶來不少的麻煩。
遇到這種情況時，筆者建議可以把上面這張表分解成三種獨立的表，分別為圖書基本信息表、作者基本信息表、圖書與作者對應(yīng)表等等。如此設(shè)計以后，以上遇到的所有問題就都引刃而解了。
以上五條是在數(shù)據(jù)庫設(shè)計時達到規(guī)范化水平的基本要求。除了這些另外還有很多細節(jié)方面的要求，如數(shù)據(jù)類型、存儲過程等等。而且，數(shù)據(jù)庫規(guī)范往往沒有技術(shù)方面的嚴格限制，主要依靠數(shù)據(jù)庫管理員日常工作經(jīng)驗的累積。
數(shù)據(jù)庫中為什么要對關(guān)系模式進行規(guī)范化？
關(guān)系模式進行規(guī)范化的目地：規(guī)范化目的是使結(jié)構(gòu)更合理，消除存儲異常，使數(shù)據(jù)冗余盡量小，便于插入、刪除和更新
關(guān)系模式進行規(guī)范化的原則：遵從概念單一化 “一事一地”原則，即一個關(guān)系模式描述一個實體或?qū)嶓w間的一種聯(lián)系。規(guī)范的實質(zhì)就是概念的單一化。
關(guān)系模式進行規(guī)范化的方法：將關(guān)系模式投影分解成兩個或兩個以上的關(guān)系模式。
要求：分解后的關(guān)系模式應(yīng)當與原關(guān)系模式”等價”，即經(jīng)過自然聯(lián)接可以恢復(fù)原關(guān)系而不丟失信息，并保持屬性間合理的聯(lián)系。
注意：一個關(guān)系模式結(jié)這分解可以得到不同關(guān)系模式，也就是說分解方法不是唯一的。最小冗余的要求必須以分解后的數(shù)據(jù)庫能夠表達原來數(shù)據(jù)庫所有信息為前提來實現(xiàn)。其根本目標是節(jié)省存儲空間，避免數(shù)據(jù)不一致性，提高對關(guān)系的操作效率，同時滿足應(yīng)用需求。實際上，并不一定要求全部模式都達到BCNF不可。有時故意保留部分冗余可能更方便數(shù)據(jù)查詢。尤其對于那些更新頻度不高，查詢頻度極高的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)更是如此。
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