資料庫設計範式完全指南：1NF 到 BCNF 逐層解析

關聯式資料庫設計需遵循範式以消除異常、減少冗余。本文系統整理 1NF、2NF、3NF、BCNF 定義、違反情形、分解方法與權衡原則。

第一範式 (1NF)：原子性

每個屬性值皆為不可再分割的最小單位。

違反例：員工(工號, 姓名, 電話) -- 一人有多支電話
解法：
1. 重複工號姓名 (電話為主鍵) -- 不推薦
2. 電話拆分為 公司電話、住宅電話
3. 強制單一電話 (視業務而定)

第二範式 (2NF)：完全函數相依

所有非主屬性完全相依於任一候選鍵 (無部分相依)。

違反例：選課(學號, 課號, 成績, 學分) -- 鍵(學號,課號)，學分僅相依課號
解法：分解為 選課(學號,課號,成績) + 課程(課號,學分)

第三範式 (3NF)：無傳遞相依

非主屬性不傳遞相依於任何候選鍵。

違反例：學生(學號, 姓名, 系號, 系名, 系址) -- 學號→系號→系名/系址
解法：分解為 學生(學號,姓名,系號) + 系(系號,系名,系址)

BCNF：強化 3NF，主屬性亦不傳遞相依

每個決定因素皆包含候選鍵。

違反例：倉管(倉庫, 配件, 員工, 數量)
條件：(倉庫,配件)→員工，員工→倉庫，(員工,配件)→數量
候選鍵：(倉庫,配件)、(員工,配件)
主屬性員工決定倉庫，但員工非超鍵 → 違反 BCNF
解法：分解為 管理(員工,配件,數量) + 所屬(員工,倉庫)
代價：函數相依 (倉庫,配件)→員工 遺失，需靠觸發器維護

範式階層關係

BCNF ⊃ 3NF ⊃ 2NF ⊃ 1NF

設計原則與權衡

• 目標：結構合理、消除異常、冗紅最小、操作高效。
• 原則：概念單一化「一事一地」，一個關聯描述一個實體或關係。
• 方法：投影分解為多個關聯，自然聯接可無損還原。
• 現實妥協：高查詢低更新系統可保留受控冗余 (如維度表非正規化) 提升查詢速度；不必強求全達 BCNF。

進階範式預告

4NF 處理多值相依，5NF 處理連接相依，適用於極複雜語義建模，實務較少見。