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Normalization（范式化）
为什么需要 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）？
怎么规范化成 2NF？
第三范式（3NF）
什么是第三范式（3NF）？
当前表违反 3NF 的原因：
规范化为3NF
Normalization（范式化）
为什么需要 Normalization？
目的：
-
减少数据冗余（重复）
-
避免数据不一致
-
提高数据完整性
-
简化维护（插入、更新、删除）
🧩 表格分析：
原始表（未规范化）：
| 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 |
这个表的问题：
-
“Geography - Mr. Green” 重复了 3 次。
-
如果某天 Mr. Green 改名了，需要修改所有相关记录 → 数据一致性风险
-
如果 Geography 班级没有学生，无法记录老师信息 → 数据不完整
第一范式（1NF）
什么是第一范式（First Normal Form）？
-
字段中不能有多个值（必须是原子值）
-
字段名不应重复（如 Class1, Class2）
-
每一行记录应代表一个唯一实体的单一信息单位
| 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 |
❌ 为什么这个表不满足第一范式（1NF）？
-
字段“Class”不是原子值（存在多个值组合成一个字段）：
-
Brian Cox 的 Class 是 “English, Chemistry”（包含多个课程）
-
Linda Marsh 的 Class 是 “Math, History, Biology”
-
这违反了 1NF 的“每个字段必须只包含一个值”的规则。
-
-
存在重复行（Paul Dawson 出现了两次，内容完全一样）。
规范化后的学生信息表
💡 拆解多值字段 → 变为多行，每行只包含一个原子值
| 学生姓名（Student） | 年级（Year） | 课程（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 的定义： 一个表满足 2NF，要求它首先是 1NF，且不能有任何“非主属性”对主键的部分依赖。
通俗讲：
-
如果主键是复合主键（比如由 Student, Subject 组成），
-
那么其他字段（如 Age） 必须依赖于整个主键，而不能只依赖主键的一部分。
❌ 看看这个表的问题在哪：
| 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依赖于整个(Student + Subject)，这是 OK 的 -
但
Age只依赖于Student，不依赖 Subject → 部分依赖！
怎么规范化成 2NF？
我们要“消除部分依赖” → 拆成两个表：让每张表中，非主属性都完全依赖主键。
表一：成绩表（以 Student + Subject 为主键）
| 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：学生基本信息表（以 Student 为主键）
| Student | Age |
|---|
| Natasha Williams | 15 |
| Daniel James | 16 |
| Simon Brown | 14 |
| Emma Thomas | 14 |
-
主键：
Student -
非主属性：
Age -
Age完全依赖于Student，符合第二范式 ✅
第三范式（3NF）
什么是第三范式（3NF）？
一个关系模式满足 3NF，需要：
-
满足 2NF；
-
所有非主属性 必须直接依赖主键，不能依赖其他非主属性（即消除传递依赖）。
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 |
当前表违反 3NF 的原因：
-
主键候选是
(Subject, Year) -
Star Pupil是依赖于(Subject, Year)✅ -
但是
Star Pupil Date Of Birth是依赖于Star Pupil❌ → 传递依赖存在
规范化为3NF
表一：课程之星表
主键：Subject + Year，非主键：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：学生信息表
（主键：Star Pupil，非主键：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 |
通过拆分：
-
我们将“课程→之星学生”和“学生→出生日期”的两种关系分离；
-
保证每个非主属性直接依赖其所属表的主键；