数据库规范化（范式）
在本节中，你将学习数据库设计中的一个重要原则——规范化（Normalization）。我们将从“为什么需要规范化”开始，一步步了解不同的“范式”到底是什么，并通过简单的例子帮助你建立直观理解。
无论你将来使用哪种数据库系统，规范化都是帮助你建立结构清晰、逻辑合理、数据一致性高的数据库模型的关键技能。
为什么要规范化？
当你设计数据库表结构时，很容易就会遇到以下问题：
- 数据重复存储，占用空间；
- 数据不一致，比如一个地方更新了，另一个地方没变；
- 插入/删除/修改数据时容易出错；
- 表结构混乱，难以维护。
为了解决这些问题，就需要对数据表进行规范化处理，也就是按照“范式”的要求，把表拆分得更合理、字段安排得更清晰。
什么是范式（Normal Form）？
你可以把“范式”理解为一种设计标准，告诉你“怎样设计表结构才更好”。在数据库设计中，最常用的是前三种范式：
| 范式名称 | 简称 | 作用 |
|---|---|---|
| 第一范式 | 1NF | 消除字段中的重复数据 |
| 第二范式 | 2NF | 消除字段对部分主键的依赖 |
| 第三范式 | 3NF | 消除字段对非主属性的传递依赖 |
下面我们一一讲解。
第一范式（1NF）：字段不可再分
定义：每个字段必须是不可再分的原子值，不能是数组、列表、集合等结构。
例如，下面是一张不符合 1NF 范式的表：
| 学号 | 姓名 | 电话 |
|---|---|---|
| 1001 | 小明 | 138xxx,139xxx |
你看，“电话”字段里存了两个号码，这是一列多值，违反了第一范式。
正确做法（1NF）：可以将“电话”单独拆成一张表。
学生表：
| 学号 | 姓名 |
|---|---|
| 1001 | 小明 |
电话表：
| 学号 | 电话 |
|---|---|
| 1001 | 138xxx |
| 1001 | 139xxx |
第二范式（2NF）：消除对主键的“部分依赖”
定义：在满足 1NF 的基础上，每个非主属性必须完全依赖于主键，不能只依赖主键的一部分。
适用于：主键是组合键时，要特别注意这个问题。
例如，下面是一张不符合 2NF 范式的表：
| 学号 | 课程名 | 成绩 | 姓名 |
|---|---|---|---|
| 1001 | 数学 | 90 | 小明 |
| 1001 | 英语 | 85 | 小明 |
主键是（学号, 课程名），但是“姓名”只依赖于学号——这就是部分依赖。
正确做法（2NF）：
学生表：
| 学号 | 姓名 |
|---|---|
| 1001 | 小明 |
成绩表：
| 学号 | 课程名 | 成绩 |
|---|---|---|
| 1001 | 数学 | 90 |
| 1001 | 英语 | 85 |
现在，“成绩”依赖的是（学号, 课程名），“姓名”依赖的是学号，表结构就更合理了。
第三范式（3NF）：消除“传递依赖”
定义：在满足 2NF 的基础上，非主属性不能依赖于另一个非主属性。
换句话说，字段应该直接依赖主键，而不是间接依赖。
例如，下面是一张不符合 3NF 范式的表：
| 学号 | 姓名 | 班级ID | 班级名 |
|---|---|---|---|
| 1001 | 小明 | 1 | 一班 |
这里，“班级名”依赖的是“班级ID”，“班级ID”依赖的是“学号”——形成了传递依赖。
正确做法（3NF）：
学生表：
| 学号 | 姓名 | 班级ID |
|---|---|---|
| 1001 | 小明 | 1 |
班级表：
| 班级ID | 班级名 |
|---|---|
| 1 | 一班 |
现在，“班级名”归属于“班级”表，避免了传递依赖，结构更清晰。
小结
通过本节的学习，你应该掌握了以下关键点：
- 规范化的目的是减少冗余、提高数据一致性；
- 第一范式（1NF）：字段必须是原子值，不能再拆；
- 第二范式（2NF）：消除对主键的部分依赖；
- 第三范式（3NF）：消除非主属性之间的传递依赖；
- 通过分表和设置主键/外键，可以达到范式要求。
当然，实际开发中，有时为了查询效率，会对范式适当“反规范化”处理（比如合并表结构）。但前提是你先懂得如何正确规范化，才能做出合理的设计选择。