了解資料庫規範化：確保高效且一致的資料存儲

什麼是資料庫規範化？

標準化是在關係資料庫中組織資料的過程，透過將大表劃分為較小的表並定義它們之間的關係來減少冗餘和依賴性。規範化的主要目的是確保資料完整性並最小化資料異常，例如插入、更新和刪除異常。

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標準化的目標

1. 消除冗餘:
   
   避免在資料庫中儲存重複的數據，這樣可以節省儲存空間並防止不一致。

2. 確保資料完整性:
   
   透過有效組織數據，標準化可確保數據準確、一致且可靠。

3. 最小化異常：
   
   減少冗餘有助於防止以下問題：

   • 插入異常：由於缺少其他相關資料而無法插入資料。
   • 更新異常：更新後資料不一致。
   • 刪除異常：刪除記錄時意外遺失資料。

4. 最佳化查詢:
   
   規範化資料可以透過邏輯關係建構資料來實現更有效率的查詢。

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普通形式

標準化是分步驟完成的，稱為範式。每個範式都有特定的規則，必須遵循這些規則才能進入下一個範式化層級。主要範式有：

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1.第一範式 (1NF)

• 規則：
  
  若符合下列條件，則表格位於 1NF 中：

  • 每列僅包含原子（不可分割）值。
  • 每列包含單一類型的值。
  • 每筆記錄必須是唯一的。

- 範例：

1NF（重複組）之前：

OrderID	Product	Quantity
1	Apple, Banana	2, 3
2	Orange	1

1NF之後：

OrderID	Product	Quantity
1	Apple	2
1	Banana	3
2	Orange	1

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2.第二範式 (2NF)

• 規則：
  
  若滿足下列條件，則表格位於 2NF 中：

  • 位於1NF。
  • 所有非鍵列完全依賴主鍵。

• 注意：
  
  
  2NF 中消除了部分依賴的概念。這意味著每個非鍵列必須依賴整個主鍵，而不僅僅是它的一部分。

- 範例：

2NF之前：

OrderID	Product	CustomerName	Price
1	Apple	John	10
1	Banana	John	5
2	Orange	Jane	8

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這裡，CustomerName 只取決於 OrderID，而不取決於整個主鍵（OrderID、Product）。

2NF之後：
表格：

• 訂單（訂單 ID、客戶名稱）
• 訂單詳細資料（訂單 ID、產品、價格）

訂單表：

OrderID	CustomerName
1	John
2	Jane

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訂單明細表：

OrderID	Product	Price
1	Apple	10
1	Banana	5
2	Orange	8

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3.第三範式 (3NF)

• 規則：
  
  若符合下列條件，則表格位於 3NF 中：

  • 位於2NF。
  • 沒有傳遞依賴。非鍵列不應依賴另一個非鍵列。

• 範例：

3NF之前：

OrderID	Product	Category	Supplier
1	Apple	Fruit	XYZ
2	Carrot	Vegetable	ABC

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這裡，供應商依賴類別，這是一個傳遞依賴。

3NF之後：
表格：

• 訂單（訂單 ID、產品、類別）
• 類別（類別、供應商）

訂單表：

OrderID	Product	Category
1	Apple	Fruit
2	Carrot	Vegetable

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類別表：

Category	Supplier
Fruit	XYZ
Vegetable	ABC

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4. Boyce-Codd 範式 (BCNF)

• 規則：
  
  若滿足下列條件，則表格位於 BCNF 中：

  • 位於3NF。
  • 每個決定因素（決定另一列的欄位）都是一個候選鍵。

• 範例：

BCNF之前：

CourseID	Instructor	Room
101	Dr. Smith	A1
101	Dr. Johnson	A2
102	Dr. Smith	B1

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在本例中，Instructor 確定 Room，但 Instructor 不是候選鍵。為了遷移到BCNF，我們分離了導師和房間之間的關係。

BCNF 之後：
表格：

• 課程（課程ID、講師）
• 房間（教練室）

課程表：

CourseID	Instructor
101	Dr. Smith
101	Dr. Johnson
102	Dr. Smith

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房間表：

Instructor	Room
Dr. Smith	A1
Dr. Johnson	A2
Dr. Smith	B1

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標準化的好處

1. 減少資料冗餘:
   
   資料儲存更有效率，防止重複和不必要的儲存空間。

2. 防止資料異常:
   
   規範化透過防止更新、插入或刪除期間出現錯誤來幫助保持資料的一致性。

3. 提高查詢效能:
   
   組織良好的表格可以加快查詢處理速度，因為需要處理的資料較少。

4. 資料完整性:
   
   透過定義的關係確保資​​料的準確性和可靠性。

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何時非規範化？

雖然標準化可以提高資料完整性，但有時會因為效能原因而進行非規範化。非規範化是組合表以減少聯接數量並提高查詢效能的過程，特別是在讀取繁重的應用程式中。然而，這可能會導致數據冗餘和異常，因此應謹慎使用。

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結論

標準化是資料庫設計中的關鍵概念，旨在組織資料以最大限度地減少冗餘並提高資料完整性。透過將大型表分解為較小的相關表，標準化可確保高效儲存和資料一致性。雖然該過程涉及多個階段（1NF、2NF、3NF 和 BCNF），但目標保持不變：建立高效且可維護的資料庫模式。

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