关系数据库中函数依赖和规范化的基础

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介绍

函数依赖和规范化是关系数据库设计中的重要概念。函数依赖是指一个属性的值决定另一个属性的值。规范化是组织数据库以减少冗余和依赖性的过程。它是设计高效和有效数据库结构的关键步骤。

什么是函数依赖？

函数依赖是数据库中属性之间的关系。它们描述了一个属性如何依赖于另一个属性。例如，考虑一个员工记录数据库。员工的 ID 号码可能函数依赖于他们的姓名，因为姓名决定了 ID 号码。在这种情况下，我们会说 ID 号码函数依赖于姓名。

函数依赖可以用来设计一个消除冗余并确保数据完整性的数据库。例如，考虑一个存储员工记录及其工作部门的数据库。如果我们为每个员工存储部门名称，我们可能会最终得到多个相同部门名称的副本。

这将是冗余的，并将占用数据库中不必要的空间。相反，我们可以使用函数依赖只存储部门名称一次，并使用员工的 ID 号码来确定他们工作的部门。这减少了冗余，并使数据库更高效。

为什么规范化很重要？

规范化是组织数据库以减少冗余和依赖性的过程。它很重要，因为它有助于消除数据不一致性，并确保数据以逻辑和组织化的方式存储。

例如，考虑一个存储客户信息及其购买产品的数据库。如果我们为每个客户记录存储产品名称，我们可能会最终得到多个相同产品名称的副本。这将是冗余的，并将占用数据库中不必要的空间。相反，我们可以使用规范化来为产品创建一个单独的表，并只存储产品名称一次。这减少了冗余，并使数据库更高效。

有几种范式可以用来规范化数据库。最常见的范式是一范式、二范式和三范式。

第一范式 (1NF)

第一范式 (1NF) 是规范化的基本级别。要处于 1NF，一个表必须满足以下条件：

它必须只包含原子值。原子值是一个不能进一步分解的单个值。例如，姓名是原子值，但地址不是，因为它可以分解成街道、城市、州和邮政编码的单独值。

它不能包含重复组。重复组是在单个记录中重复的一组值。例如，如果一个表包含电话号码字段，它不应该在同一个字段中包含多个电话号码。相反，应该为每个电话号码设置单独的字段。

第二范式 (2NF)

第二范式 (2NF) 是更高一级的规范化。要处于 2NF，一个表必须满足以下条件：

• 它必须处于 1NF。

• 它不能有任何部分依赖。部分依赖是指非键属性仅依赖于主键的一部分。例如，考虑一个具有以下属性的表：EmployeeID（主键）、EmployeeName 和 DepartmentID。如果 DepartmentID 依赖于 EmployeeID，但不依赖于 EmployeeName，则存在部分依赖。为了消除这种依赖性，我们将为部门创建一个单独的表，并将 DepartmentID 和 DepartmentName 存储在该表中。

第三范式 (3NF)

第三范式 (3NF) 是更高一级的规范化。要处于 3NF，一个表必须满足以下条件：

• 它必须处于 2NF。

• 它不能有任何传递依赖。传递依赖是指一个属性依赖于另一个不是主键的属性。例如，考虑一个具有以下属性的表：EmployeeID（主键）、EmployeeName 和 ManagerID。如果 ManagerID 依赖于 EmployeeID（主键），则不存在传递依赖。但是，如果 ManagerID 依赖于 EmployeeName（不是主键），则存在传递依赖。为了消除这种依赖性，我们将为经理创建一个单独的表，并将 ManagerID 和 ManagerName 存储在该表中。

现实生活中的例子

为了更好地理解这些概念，让我们来看一些函数依赖和规范化的现实生活中的例子。

例子 1

考虑一个在线商店的客户订单数据库。下表存储有关每个订单的信息：

订单ID	客户ID	产品ID	数量
1	1	10	2
2	1	11	1
3	2	10	3

在此表中，OrderID 是主键，CustomerID 和 ProductID 是外键。数量属性依赖于 OrderID，因为它决定了订单中每种产品的数量。

此表处于 1NF，因为它只包含原子值并且没有任何重复组。但是，它不处于 2NF，因为数量属性依赖于 OrderID，而 OrderID 只是主键 (OrderID，ProductID) 的一部分。为了消除这种部分依赖性，我们可以为订单详细信息创建一个单独的表，并将 OrderID、ProductID 和数量存储在该表中。

订单ID	产品ID	数量
1	10	2
1	11	1
3	10	3

例子 2

考虑一个公司的员工记录数据库。下表存储有关每个员工的信息：

员工ID	员工姓名	经理ID	部门ID
1	John Smith	3	1
2	Jane Doe	3	1
3	Bob Johnson	4	2
4	Mary Williams	NULL	2

在此表中，EmployeeID 是主键，ManagerID 和 DepartmentID 是外键。ManagerID 依赖于 EmployeeID，因为它决定了员工的经理。DepartmentID 依赖于 ManagerID，因为它决定了员工工作的部门。

此表处于 2NF，因为它处于 1NF 并且没有任何部分依赖。但是，它不处于 3NF，因为 DepartmentID 依赖于 ManagerID，而 ManagerID 不是主键。为了消除这种传递依赖性，我们可以为部门创建一个单独的表，并将 DepartmentID 和 DepartmentName 存储在该表中。然后，我们可以更新员工表以将 DepartmentID 作为外键存储。

员工ID	员工姓名	经理ID	部门ID
1	John Smith	3	1
2	Jane Doe	3	1
3	Bob Johnson	4	2
4	Mary Williams	NULL	2

部门ID	部门名称
1	销售部
2	市场部

结论

函数依赖和规范化是关系数据库设计中的重要概念。它们通过以逻辑和有效的方式组织数据库来帮助消除冗余并确保数据完整性。通过理解这些概念并将它们应用于您的数据库设计，您可以创建一个高效、有效且易于维护的数据库。