資料正規化
何謂正規化 正規化的步驟 欄位相依的用意 正規化的另類思考
實體 - 關係圖與正規化的關係 資料表的正規化理論 (Normalization Theory) 其實是一套資料表分割的法則。 正規化的目的, 則是要避免資料重複或相互矛盾的情形, 並使資料庫在使用時能更有效率、更容易維護。
資料庫的正規化 資料庫的正規化共可分為 1NF (Normal Form)、2NF、3NF、BCNF (Boyce-Codd Normal Form)、4NF、5NF 等多個階段, 不過對於一般資料庫設計來說, 通常只需要執行到 BCNF 即可, 而其他更高階的正規化只有在特殊的情況下才用得到。 在資料表正規化的過程 (1NF 到 BCNF) 中, 每個階段都是以欄位的相依性, 做為分割資料表的依據之一。
資料庫的正規化
欄位相依 在一個資料表中, 若乙欄位的值必須搭配甲欄位才有意義, 則我們說『乙欄位相依於甲欄位』。舉例來說, 一個員工資料表如下：
欄位相依
正規化基本概念 正規化的過程是循序漸進的, 資料表必須在滿足第一階正規化的條件之下, 才能進行第二階正規化。也就是說, 第二階正規化必須建立在符合第一階正規化的資料表上, 依此類推。而第一階正規化正是所有正規化的基礎。
第一階正規化的規則 如果資料表符合以下條件, 我們就說這個資料表符合第一階正規化的形式(First Normal Form, 簡稱 1NF)： 資料表中有主鍵, 而其他所有的欄位都相依於主鍵。 每個欄位中都只有儲存單一值, 例如姓名欄位中不能存放 2 個人的姓名。 資料表中沒有意義相同的多個欄位, 例如姓名1、姓名2...等重複的欄位。
未符合 1NF 資料表的缺點 學號、學生姓名及成績欄的長度無法確定 降低存取資料的效率
建構 1NF 資料表的方法 對於不具第一階正規化形式的資料表, 我們可將重複的資料項分別儲存到不同的記錄中, 並加上適當的主鍵：
第二階正規化 (2NF) 在執行符合一階正規化的資料表時, 應該會發覺：我們輸入了許多重複的資料。如此, 不但浪費儲存的空間, 更容易造成新增、刪除或更新資料時的異常狀況。所以, 我們必須進行第二階正規化, 來消除這些問題。
第二階正規化的規則 如果資料表符合以下的條件, 我們說這個資料表符合第二階正規化的形式 (Second Normal Form, 簡稱 2NF)： 符合 1NF 的格式。 各欄位與主鍵間沒有部分相依的關係。
第二階正規化的規則
部分相依的問題 新增資料時：若有一個新來的轉學生『吳技安』, 但還沒有選修任何課程, 那麼它的資料將無法輸入。 更改資料時：當我們想要將課程名稱『資料庫系統』更改為『資料庫管理』時, 必須搜尋整個資料庫並一一更改, 非常沒有效率。 刪除資料時：由於陳鐵雄只修了『CS101』一門課, 如果將該筆記錄刪除, 那麼陳鐵雄的資料也就跟著消失了。
建構 2NF 資料表的方法 要除去資料表中的部分相依性, 只需將部份相依的欄位分割成另外的資料表即可。例如我們將修課資料表分割成 3 個較小的資料表 (加 "*" 號的欄位為主鍵)：
建構 2NF 資料表的方法
第三階正規化 (3NF) 經過了第二階正規化後的資料表, 其實還存在一些問題： 在課程資料表中, 如果新來了一位教師『甄蒡』, 在尚未安排他教授的課程之前, 我們無法輸入該教師的資料。 若要刪除影像處理的課程, 勢必會將教授該門課程的教師一併刪除。 若要更改影像處理課程的名稱, 則必須同時更改多筆記錄, 造成不便。
第三階正規化的規則 如果資料表符合以下條件, 我們就說這個資料表符合第三階正規化的形式 (Third Normal Form, 簡稱 3NF)： 符合 2NF 的格式。 各欄位與主鍵間沒有間接相依的關係。
第三階正規化的規則
建構 3NF 資料表的方法 要除去資料表中的間接相依性, 其方法和除去部分相依性完全相同。例如課程資料表可再分割成兩個資料表：
與直覺式的分割技巧做比較
Boyce-Codd 正規化 (BCNF) 對於大部分資料庫來說, 通常只需要執行到第三階段的正規化即足夠了。如果資料表的主鍵是由多個欄位組成的, 則必須再執行 Boyce-Codd 正規化。
Boyce-Codd 正規化的規則 如果資料表的主鍵只由單一欄位組成, 則符合第三階正規化的資料表, 亦符合 Boyce-Codd 正規化。 若資料表的主鍵由多個欄位組成, 則資料表只要符合以下條件, 我們就說這個資料表符合Boyce-Codd 正規化的形式 (Boyce-Codd Normal Form, 簡稱 BCNF)： 符合 2NF 的格式。 各欄位與主鍵沒有間接相依的關係。 主鍵中的各欄位不可以相依於其他非主鍵的欄位。
檢驗成績資料表是否滿足 BCNF 規範 我們利用 Boyce-Codd 正規化的條件, 來檢驗主鍵由多個欄位組成的成績資料表：
經過正規化產生的資料表
正規化的另類思考 不必要的分割, 以郵遞區號為例： 人工的分割