在資料庫設計中，正規化（Normalization）是確保資料結構穩健與一致性的關鍵過程。透過正規化，可以消除資料冗餘、減少異常、提升查詢效能。以下將說明正規化的概念、各正規形式（Normal Forms）的定義，以及實務中的應用策略。
一、正規化的目的
- 消除資料冗餘。
- 避免插入、刪除與更新異常。
- 提升資料完整性與一致性。
- 簡化資料庫維護與擴展。
二、正規化的階段與正規形式
正規化過程通常依據正規形式進行，主要包含以下五個層級：
1. 第一正規形式（1NF）
- 定義：資料表中所有欄位的值必須是不可再分的原子性資料。
- 要點：消除重複欄位與多值欄位。
範例：
-- 非 1NF
| 顧客ID | 姓名 | 電話 |
|--------|------|-----------------|
| 001 | 王小明 | 0912-345678, 02-12345678 |
-- 轉為 1NF
| 顧客ID | 姓名 | 電話 |
|--------|------|---------------|
| 001 | 王小明 | 0912-345678 |
| 001 | 王小明 | 02-12345678 |2. 第二正規形式（2NF）
- 定義：符合 1NF，且非主鍵欄位必須完全依賴主鍵。
- 要點：消除部分依賴性，避免部分主鍵影響非鍵屬性。
範例：
-- 非 2NF
| 訂單ID | 商品ID | 商品名稱 | 數量 |
|--------|--------|----------|------|
| 1001 | A001 | 鉛筆 | 2 |
-- 轉為 2NF
| 商品ID | 商品名稱 |
|--------|----------|
| A001 | 鉛筆 |
| 訂單ID | 商品ID | 數量 |
|--------|--------|------|
| 1001 | A001 | 2 |3. 第三正規形式（3NF）
- 定義：符合 2NF，且非主鍵欄位不得依賴其他非主鍵欄位。
- 要點：消除傳遞依賴。
範例：
-- 非 3NF
| 學生ID | 系所代碼 | 系所名稱 |
|--------|----------|----------|
| S001 | CS01 | 資訊工程系 |
-- 轉為 3NF
| 系所代碼 | 系所名稱 |
|----------|----------|
| CS01 | 資訊工程系 |
| 學生ID | 系所代碼 |
|--------|----------|
| S001 | CS01 |4. BCNF（Boyce-Codd Normal Form）
- 定義：每個決定因素都是候選鍵。
- 要點：解決 3NF 無法處理的複合候選鍵依賴問題。
5. 第四正規形式（4NF）
- 定義：符合 BCNF，且無多值依賴。
6. 第五正規形式（5NF）
- 定義：符合 4NF，且無連接依賴（Join Dependency）。
三、實務中正規化的取捨
- 一般情況下，3NF 足以滿足大多數業務需求。
- BCNF、4NF、5NF 適用於複雜關聯與資料一致性要求極高的情境。
- 過度正規化可能導致查詢效能下降，需要根據系統需求適度反正規化（Denormalization），以提升讀取速度。
四、正規化實務技巧
- 分析業務需求與資料流，確保關聯鍵設計合理。
- 優先實現 3NF，必要時視效能考量採取反正規化。
- 針對高頻率讀取操作，可考慮建立索引或物化檢視（Materialized View）。
- 定期審視資料庫設計，避免隨著業務變化導致資料結構混亂。
透過正規化分析與實務應用，能有效提升資料庫設計品質，確保資料一致性，並改善資料操作效能。在實務中應靈活運用正規化原則，結合業務特性與性能需求，打造高效且穩健的資料庫系統。