数据库规范化：从基础到实践

### 数据库规范化：从基础到实践 #### 1. 函数依赖与主键识别 函数依赖是数据库设计中的重要概念，它描述了属性之间的关系。通过分析函数依赖，我们可以确定关系的主键，进而为数据库的规范化奠定基础。 ##### 1.1 函数依赖示例 在一个示例关系中，存在以下函数依赖： - \(A \to C\) (fd1) - \(C \to A\) (fd2) - \(B \to D\) (fd3) - \(A, B \to E\) (fd4) - \(B, C \to E\) (fd5) 这些函数依赖表明了属性之间的依赖关系，例如 \(A\) 可以决定 \(C\)，\(B\) 可以决定 \(D\) 等。 ##### 1.2 主键识别示例 通过函数依赖来确定主键是一个关键步骤。以下是两个示例： - **StaffBranch 关系**：该关系有五个函数依赖，其决定因素包括 `staffNo`、`branchNo`、`bAddress`、`(branchNo, position)` 和 `(bAddress, position)`。经过分析，唯一的候选键（即主键）是 `staffNo`，因为其他所有属性都依赖于它。 - **Sample 关系**：该关系有五个函数依赖，决定因素包括 \(A\)、\(B\)、\(C\)、\((A, B)\) 和 \((B, C)\)。能决定所有其他属性的决定因素是 \((A, B)\) 和 \((B, C)\)，因此这两个都是候选键。由于它们的特性相似，主键的选择是任意的，未被选为主键的候选键称为备用键。 | 关系 | 候选键 | 主键 | | ---- | ---- | ---- | | StaffBranch | staffNo | staffNo | | Sample | (A, B), (B, C) | 任意选择 (A, B) 或 (B, C) | #### 2. 规范化过程概述 规范化是一种基于主键和函数依赖来分析关系的正式技术。它通过一系列规则来测试单个关系，将数据库规范化到不同程度。 ##### 2.1 常见的范式 常见的范式包括第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF），以及后来提出的 Boyce–Codd 范式（BCNF）、第四范式（4NF）和第五范式（5NF）。其中，除了 1NF，其他范式都基于属性之间的函数依赖。 ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(未规范化形式 UNF):::process --> B(第一范式 1NF):::process B --> C(第二范式 2NF):::process C --> D(第三范式 3NF):::process D --> E(BCNF):::process E --> F(4NF):::process F --> G(5NF):::process ``` ##### 2.2 规范化的重要性 规范化可以减少数据冗余，避免更新异常。随着规范化的进行，关系的格式变得更加严格，对更新异常的抵抗力也更强。虽然只有 1NF 对于创建关系是关键的，但为了避免更新异常，通常建议至少将数据库规范化到 3NF。 #### 3. 第一范式（1NF） 第一范式是规范化的起点，它要求关系中每个行和列的交叉点只包含一个值。 ##### 3.1 未规范化形式（UNF） 未规范化形式是指包含一个或多个重复组的表格。要将未规范化表格转换为 1NF，需要识别并移除重复组。 ##### 3.2 移除重复组的方法 有两种常见的方法可以移除未规范化表格中的重复组： - **方法一：填充空列**：通过在包含重复数据的行的空列中输入适当的数据，即复制非重复数据来填充空白。这种方法通常被称为“扁平化”表格，但会引入更多的数据冗余。 - **方法二：创建新关系**：将重复数据与原始键属性的副本一起放在一个单独的关系中。如果未规范化表格包含多个重复组或嵌套的重复组，则需要多次应用此方法，直到没有重复组为止。这种方法产生的冗余较少，能使表格在规范化过程中更进一步。 ##### 3.3 示例：DreamHome 租赁数据 以 DreamHome 的