SQL：Normalization（范式化）

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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：

1. 减少数据冗余（重复）

2. 避免数据不一致

3. 提高数据完整性

4. 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）？

1. 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。

2. 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：

1. 满足 2NF；

2. 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；