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title: '什麽是正規化？'
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什麽是正規化？
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正規化（Normalization）是數據庫設計中的一個重要過程，它涉及將數據庫中的數據結構安排到一組特定的規則和格式中。這樣做的目的是減少數據重複和依賴，並提高數據庫的效率和可擴展性。

為什麽要資料正規化？
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1. 減少數據重複：
- 重複的數據可能會導致不一致性，正規化通過將重複數據分解到不同的表中來解決這一問題。
2. 提高查詢效率：
- 適當的正規化可以讓查詢更快，因為數據庫不需要搜尋重複的數據。
3. 易於維護：
- 正規化的數據庫更易於維護和更新。

正規化的階段
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1. 第一范式 (1NF)：
- 確保每個表中的所有列的值都是原子的（不可再分的）。
3. 第二范式 (2NF)：
- 基於第一范式，並移除對主鍵的部分依賴。
5. 第三范式 (3NF)：
- 基於第二范式，並移除對主鍵的間接依賴（轉移依賴）。

正規化範例
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- 假設我們有一個未正規化的訂單表：

| 訂單ID | 客戶名 | 產品名 | 數量 | 價格 | 客戶地址 |
| ----- | ----- | ----- | ---- | ---- |---- |
| 001 | 張三 | 蘋果 | 3 | 10 | 台北市|
| 002 | 李四 | 香蕉 | 5 | 15 | 高雄市 |
| 003 | 張三 | 梨 | 2 | 8 | 台北市 |

- 進行正規化後：

客戶表 (客戶ID, 客戶名, 客戶地址)

| 客戶ID | 客戶名 | 客戶地址 |
| ----- | ----- | ----- |
| C01 | 張三 | 台北市 |
| C02 | 李四 | 高雄市 |

產品表 (產品ID, 產品名, 價格)

| 產品ID | 產品名 | 價格 |
| ----- | ----- | ----- |
| P01 | 蘋果 | 10 |
| P02 | 香蕉 | 15 |
| P03 | 梨 | 8 |

訂單表 (訂單ID, 客戶ID, 產品ID, 數量)

| 訂單ID | 客戶ID | 產品ID | 數量 |
| ----- | ----- | ----- | ----- |
| 001 | C01 | P01 | 3 |
| 002 | C02 | P02 | 5 |
| 003 | C01 | P03 | 2 |

這樣的設計可以減少重複的數據（例如，"張三" 和 "台北市" 不需要在每個訂單中重複），並使數據庫結構更加清晰。

爲什麽有選擇性正規化/反正規化？
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通常在實際開發中，數據庫的正規化程度通常取決於應用的具體需求。理想情況下，數據庫應該正規化到第三正規化（3NF），以確保數據完整性和減少多餘數據。

然而，有時過度正規化可能導致以下問題，這就是為什麼開發中不一定要到第三正規化的一些原因：

1. 性能問題：
- 過度正規化可能導致需要多次連接（JOIN）操作以重新組合數據，這可能會對性能造成負面影響，尤其是在大型數據庫和高流量的應用中。

2. 複雜的查詢：
- 更多的表意味著查詢將變得更加複雜，這可能會增加錯誤發生的機率，並使維護變得更困難。

3. 平衡讀寫操作：
- 在某些應用中，可能需要平衡讀寫操作的效率。過度正規化可能提高寫操作的效率（因為更新操作更簡單），但讀操作可能因多次連接操作而變慢。

4. 實際需求：
- 有時候對數據進行適度正規化（如第二正規化2NF）就足夠了。例如，如果一個應用僅需要非常特定的查詢方式，且數據更新頻率不高，那麼過度正規化可能是不必要的。

5. 可讀性和維護：
- 過度正規化可能會使數據庫結構變得非常複雜，這可能會降低代碼的可讀性和維護性。

例子：學生和課程的數據庫
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假設我們有一個學生和課程的數據庫，學生可以選修多門課程。

### 1. 未正規化的數據表：

| 學生ID | 學生名稱 | 課程 | 課程教師 |
| ----- | ----- | ----- | ---- |
| 001 | 張三 | 數學 | 李老師 |
| 001 | 張三 | 英語 | 王老師 |
| 002 | 李四 | 數學 | 李老師 |
| 003 | 王五 | 物理 | 趙老師 |

在這個未正規化的數據表中，「張三」的名稱被重複記錄了多次。如果需要更新「張三」的名字，就需要在多個地方進行修改，這增加了維護成本並有可能導致數據不一致。

### 2. 第一正規化（1NF）：

將數據表拆分為兩個表，一個是學生信息表，另一個是課程選修表。

**學生表：**

| 學生ID | 學生名稱 |
| ----- | ----- |
| 001 | 張三 |
| 002 | 李四 |
| 003 | 王五 |

**課程選修表：**
| 學生ID | 課程 | 課程教師 |
| ----- | ----- | ----- |
| 001 | 數學 | 李老師 |
| 001 | 英語 | 王老師 |
| 002 | 數學 | 李老師 |
| 003 | 物理 | 趙老師 |

這樣，學生的名字只需要在學生表中更新一次，其他關聯的就不要改名字了。

### 3. 第二正規化（2NF）：

進一步拆分課程選修表，將「課程」和「教師」拆分出來。

**課程表：**

| 課程 | 課程教師 |
| ----- | ----- |
| 數學 | 李老師 |
| 英語 | 王老師 |
| 物理 | 趙老師 |

**學生選課表：**

| 學生ID | 課程 |
| ----- | ----- |
| 001 | 數學 |
| 001 | 英語 |
| 002 | 數學 |
| 003 | 物理 |

這樣，如果需要更改某門課程的教師，只需要在課程表中進行修改。

### 4. 第三正規化（3NF）：

如果教師信息還包括其他屬性（如辦公室位置等），可以進一步拆分。

**教師表：**

| 教師名 | 辦公室位置 |
| ----- | ----- |
| 李老師 | A棟101 |
| 王老師 | B棟202 |
| 趙老師 | C棟303 |

**課程表：**

| 課程 | 教師名 |
| ----- | ----- |
| 數學 | 李老師 |
| 英語 | 王老師 |
| 物理 | 趙老師 |

這樣，如果需要更新教師的辦公室位置，只需要在教師表中進行修改。

### 5. 例子總結:
在該例子中可以看到正規化是如何減少冗餘數據，提高數據一致性，並使更新操作更簡單。
然而，這也增加了查詢的複雜性，因為現在需要多表連接來重建原始信息。這就是為什麼在某些情況下，可能會選擇進行部分正規化或甚至反正規化的原因。

總結
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在開發過程中正規化是數據庫設計中的一個重要過程，也很常見，它可以提高數據一致性和完整性，提升查詢效率，並使數據庫更易於維護和擴展。通過有效的索引策略，正規化還有助於提高數據庫的整體性能和存儲效率。對於任何需要長期維護和擴展的數據庫應用，然而進行正規化其中還需要考量是否理想，太多 (jion) 也是會發生不必要的麻煩以及查詢性能影響。

參考資料:
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- [資料庫設計的基本概念](https://support.microsoft.com/zh-hk/topic/%E8%B3%87%E6%96%99%E5%BA%AB%E8%A8%AD%E8%A8%88%E7%9A%84%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E6%A6%82%E5%BF%B5-eb2159cf-1e30-401a-8084-bd4f9c9ca1f5)