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Normalization（范式化）

為什么需要 Normalization？

🧩 表格分析：

第一范式（1NF）?

?什么是第一范式（First Normal Form）？

?第二范式（2NF）

?什么是第二范式（2NF）？

怎么規范化成 2NF？

?第三范式（3NF）

什么是第三范式（3NF）？

當前表違反 3NF 的原因：

規范化為3NF?

Normalization（范式化）

為什么需要 Normalization？

目的：

1. 減少數據冗余（重復）

2. 避免數據不一致

3. 提高數據完整性

4. 簡化維護（插入、更新、刪除）

🧩 表格分析：

原始表（未規范化）：

Student	Year	Class	Teacher
John Smith	9	Geography	Mr. Green
Tom Buchanan	9	Geography	Mr. Green
Sarah Bennet	8	Physics	Mrs. Einstein
Charlie Brown	9	Geography	Mr. Green
April Barnes	10	Music	Mrs. Sharpe

這個表的問題：

• “Geography - Mr. Green” 重復了 3 次。

• 如果某天 Mr. Green 改名了，需要修改所有相關記錄 → 數據一致性風險

• 如果 Geography 班級沒有學生，無法記錄老師信息 → 數據不完整

第一范式（1NF）?

?什么是第一范式（First Normal Form）？

• 字段中不能有多個值（必須是原子值）

• 字段名不應重復（如 Class1, Class2）

• 每一行記錄應代表一個唯一實體的單一信息單位

Student	Year	Class
Paul Dawson	11	Math
Peggy Mitchell	10	History
Paul Dawson	11	Math
Brian Cox	8	English, Chemistry
Linda Marsh	7	Math, History, Biology

? 為什么這個表不滿足第一范式（1NF）？

1. 字段“Class”不是原子值（存在多個值組合成一個字段）：

   • Brian Cox 的 Class 是 “English, Chemistry”（包含多個課程）

   • Linda Marsh 的 Class 是 “Math, History, Biology”

   • 這違反了 1NF 的“每個字段必須只包含一個值”的規則。

2. 存在重復行（Paul Dawson 出現了兩次，內容完全一樣）。

?規范化后的學生信息表

💡 拆解多值字段 → 變為多行，每行只包含一個原子值

學生姓名（Student）	年級（Year）	課程（Class）
Paul Dawson	11	Math
Peggy Mitchell	10	History
Paul Dawson	11	Math
Brian Cox	8	English
Brian Cox	8	Chemistry
Linda Marsh	7	Math
Linda Marsh	7	History
Linda Marsh	7	Biology

?第二范式（2NF）

?什么是第二范式（2NF）？

2NF 的定義： 一個表滿足 2NF，要求它首先是 1NF，且不能有任何“非主屬性”對主鍵的部分依賴。?

通俗講：

• 如果主鍵是復合主鍵（比如由 Student, Subject?組成），

• 那么其他字段（如 Age） 必須依賴于整個主鍵，而不能只依賴主鍵的一部分。

? 看看這個表的問題在哪：

Student	Subject	Grade	Age
Natasha Williams	Maths	A	15
Natasha Williams	English	B	15
Daniel James	Maths	C	16
Simon Brown	Chemistry	A	14
Emma Thomas	Geography	B	14

• Grade 依賴于整個 (Student + Subject)，這是 OK 的?

• 但 Age 只依賴于 Student，不依賴 Subject? → 部分依賴！

怎么規范化成 2NF？

我們要“消除部分依賴” → 拆成兩個表：讓每張表中，非主屬性都完全依賴主鍵。

表一：成績表（以 Student + Subject 為主鍵）?

Student	Subject	Grade
Natasha Williams	Maths	A
Natasha Williams	English	B
Daniel James	Maths	C
Simon Brown	Chemistry	A
Emma Thomas	Geography	B

表二：學生基本信息表（以 Student 為主鍵）?

Student	Age

Natasha Williams

15

Daniel James

16

Simon Brown

14

Emma Thomas

14

• 主鍵：Student

• 非主屬性：Age

• Age 完全依賴于 Student，符合第二范式 ?

?第三范式（3NF）

什么是第三范式（3NF）？

一個關系模式滿足 3NF，需要：

1. 滿足 2NF；

2. 所有非主屬性 必須直接依賴主鍵，不能依賴其他非主屬性（即消除傳遞依賴）。

原始表：

Subject	Year	Star Pupil	Star Pupil Date Of Birth
Math	2015	Matthew Taylor	1999-03-21
Physics	2015	William Edwards	1999-09-15
Chemistry	2015	Georgina Simon	1998-11-04
Math	2016	Benjamin Long	2000-05-02
Physics	2016	William Edwards	1999-09-15

當前表違反 3NF 的原因：

• 主鍵候選是 (Subject, Year)

• Star Pupil 是依賴于 (Subject, Year) ?

• 但是 Star Pupil Date Of Birth 是依賴于 Star Pupil ? → 傳遞依賴存在

規范化為3NF?

表一：課程之星表?

主鍵：Subject + Year，非主鍵：Star Pupil）

Subject	Year	Star Pupil
Math	2015	Matthew Taylor
Physics	2015	William Edwards
Chemistry	2015	Georgina Simon
Math	2016	Benjamin Long
Physics	2016	William Edwards

表二：學生信息表?

（主鍵：Star Pupil，非主鍵：Date of Birth）

Star Pupil	Date of Birth
Matthew Taylor	1999-03-21
William Edwards	1999-09-15
Georgina Simon	1998-11-04
Benjamin Long	2000-05-02

通過拆分：

• 我們將“課程→之星學生”和“學生→出生日期”的兩種關系分離；

• 保證每個非主屬性直接依賴其所屬表的主鍵；