資料庫設計的三大正規化、BCNF、4NF
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。要想設計一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欄位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“地址”這個屬性,本來直接將“地址”屬性設計成一個數據庫表的欄位就行。但是如果系統經常會訪問“地址”屬性中的“城市”部分,那麼就非要將“地址”這個屬性重新拆分為省份、城市、詳細地址等多個部分進行儲存,這樣在對地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)。也就是說在一個數據庫表中,一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。
比如要設計一個訂單資訊表,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
這樣就產生一個問題: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、商品價格等資訊不與該表的主鍵相關,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一個表中,把訂單專案表也分離到另一個表中,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。
比如在設計一個訂單資料表的時候,可以將客戶編號作為一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)的欄位。如下面這兩個表所示的設計就是一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。
4、BCNF正規化
鮑依斯-科得正規化(BCNF是3NF的改進形式)
一個滿足BCNF的關係模式的條件:
1.所有非主屬性對每一個碼都是完全函式依賴。
2.所有的主屬性對每一個不包含它的碼,也是完全函式依賴。
3.沒有任何屬性完全函式依賴於非碼的任何一組屬性。
假設倉庫管理關係表為StorehouseManage(倉庫ID, 儲存物品ID, 管理員ID, 數量),且有一個管理員只在一個倉庫工作;一個倉庫可以儲存多種物品。這個資料庫表中存在如下決定關係:
(倉庫ID, 儲存物品ID) →(管理員ID, 數量)
(管理員ID, 儲存物品ID) → (倉庫ID, 數量)
所以,(倉庫ID, 儲存物品ID)和(管理員ID, 儲存物品ID)都是StorehouseManage的候選關鍵字,表中的唯一非關鍵欄位為數量,它是符合第三正規化的。但是,由於存在如下決定關係:
(倉庫ID) → (管理員ID)
(管理員ID) → (倉庫ID)
即存在關鍵欄位決定關鍵欄位的情況,所以其不符合BCNF正規化。
把倉庫管理關係表分解為二個關係表:
倉庫管理:StorehouseManage(倉庫ID, 管理員ID);
倉庫:Storehouse(倉庫ID, 儲存物品ID, 數量)。
這樣的資料庫表是符合BCNF正規化的。
5、4NF
4NF就是限制關係模式的屬性之間不允許有非平凡且非函式依賴的多值依賴。因為根據定義,對於每一個非平凡的多值依賴X→→Y,X都含有候選碼,於是就有X→Y,所以4NF所允許的非平凡的多值依賴實際上是函式依賴。
這裡解決幾個概念:
函式依賴簡單點說就是:某個屬性集決定另一個屬性集時,稱另一屬性集依賴於該屬性集。