关系数据库规范化是数据库设计中的一个重要概念，旨在通过一系列规则和标准来优化关系数据库的结构，以减少数据冗余、确保数据一致性、避免数据操作异常（如插入、删除和更新异常），并提升数据库的整体性能和管理效率。规范化过程通常遵循一系列被称为“范式”（Normal Forms, NF）的层次化原则，从最基础的第一范式（1NF）逐渐递进到更高阶的范式，如第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、巴斯-科德范式（BCNF）、第四范式（4NF）等。
以下是这些主要范式的基本定义和作用：
第一范式（1NF）
原则：
- 每个关系模式（即表）的属性（即列）必须是原子的，即每个分量（单元格）是不可再分的数据项。
目的：
- 消除数据表中的重复组或复合属性，确保表中的每个列只包含单一值，避免数据碎片和不一致性。
第二范式（2NF）
前提：关系模式已经满足第一范式。 原则：
- 每个非主属性（非键列）必须完全依赖于任何候选键（即能唯一标识一条记录的最小属性集），即不存在对候选键的部分依赖。
- 在满足1NF的前提下，表中不存在部分依赖，非主键列要完全依赖于主键。(主要是说在联合主键的情况下，非主键列不能只依赖于主键的一部分)
目的：
- 消除非主属性对候选键的部分函数依赖，减少数据冗余和更新异常。
第三范式（3NF）
前提：关系模式已经满足第二范式。 原则：
- 消除非主属性对候选键的传递函数依赖，即非主属性不应通过其他非主属性间接依赖于候选键。
目的：
- 进一步减少冗余，防止由于中间属性的修改导致非主属性值的不一致，以及由此引发的插入、删除异常。
巴斯-科德范式（BCNF）
前提：关系模式可能已满足第三范式。 原则：
- 消除非平凡且非函数依赖的多值依赖，或者更严格地要求每个决定因素必须是一个候选键。
目的：
- 对于某些存在复杂依赖情况的模式，进一步消除可能存在的冗余和异常，即使在3NF下仍可能存在依赖问题的特殊情况。
第四范式（4NF）
前提：关系模式已满足BCNF。 原则：
- 消除不是由候选键所蕴含的连接依赖，即不允许一个表中存在多个独立的多值事实，每个事实应分别存储在自己的表中。
目的：
- 避免在表中混合存储不同实体类型的多值属性，确保数据的独立性和一致性。
规范化过程通常是根据实际需求和业务场景，选择适当级别的范式进行设计。虽然更高的范式意味着更严格的规范性和更低的数据冗余，但过度规范化可能导致查询效率下降（需要更多联接操作来获取所需数据）和数据访问复杂度增加。因此，在实际应用中，设计师通常会权衡规范化程度与系统性能、数据一致性、存储空间使用等因素，有时会选择适度反规范化（denormalization）以优化特定查询或提高读取性能。
总之，关系数据库规范化是一种结构优化手段，通过遵循一系列范式原则逐步消除数据冗余、保证数据一致性，减少数据操作异常，并在合理范围内优化数据库性能。在设计时需综合考虑业务需求、数据操作特点及系统性能要求，选择合适的规范化级别。
