4.2 Нормализация отношений и теория нормальных форм

 

При группировке атрибутов в отдельном отношении возникает задача рационального формирования схемы БД. Эта группировка должна отвечать следующим требованиям:

1. Выбранные для отношений первичные ключи, должны быть минимальными. Любое изъятие атрибута из ключа, делает его не первичным.

2. Выбранный состав отношений(количество отношений) должно быть минимально.

3. При операциях - включения, удаления, модификации таблиц не должны возникать затруднения (аномалии).

4. Перестройка набора отношений при добавлении новых таблиц, некоторые домены должны быть - min.

5. Время ответа на запрос должно быть минимальным.

При манипулировании с данными, могут возникать аномалии или коллизии, которые делятся на 4 группы:

1) избыточность данных: Поставка (Имя_пост., адрес, товар, цена);

2) модификация;

3) включение(добавление);

4) удаление.

Корректной считается схема отношений, в которой отсутствует аномалия. Достичь этой цели можно с помощью декомпозиции или разбиения отношений. Пошаговый процесс замены данной совокупности отношений на другую схему, лишенной аномалий, называется нормализацией отношений. Отдельные  шаги называются нормальными формами. Каждая нормальная форма ограничивает типы функциональных и многозначных зависимостей, и тем самым устраняет соответствующие аномалии. При этом должна сохранятся обратимость, которая называется соединением без потерь, т. е. при естественных соединениях не должны теряться и возникать новые кортежи.

Теория нормальных форм.

Каждая последняя нормальная форма содержит в себе требования к представленной нормальной форме. Процесс нормализации представляет собой переход от низших нормальных форм к высшим. Нормализация заканчивается на 5-ой нормальной форме:

1-ая нормальная форма. Отношение находится в 1-ой нормальной форме(1НФ), если все данные в отношениях атомарные, а не составные.

2-ая нормальная форма. Отношение находится во второй нормальной форме(2НФ), если оно находится в 1НФ и каждый атрибут функционально - полно зависит от ключа. Полная зависимость означает, если атрибут зависит от всего составного ключа, а не от его частей. Количество часов зависит не от всего составного ключа, а только от предмета. Группа зависит от всего ключа(ФИО, группа). Разбивает исходную таблицу на две таблицы:

3-я нормальная форма. Отношения находятся в 3-ей нормальной форме(3НФ), если оно находится в 2НФ и в нем отсутствуют функциональные зависимости от ключа.

Не должно быть транзитивных зависимостей.

4-ая нормальная форма Бойса – Кодда (3-я усиленная). Отн-ние находится в 3НФ и в нем отсут-ют функц-ные завис-ти ключ-ых атр-тов от не ключевых.

Пр-р: Студент вып-ет курс-е работы, имеет одного руководителя к/р. Одна к/р может выполнятся несколькими студентами.

Возможны следующие аномалии:

1. аномалия удаления - удаление студента влечет удаление преподавателя, удаление преподавателя влечет за собой удаление студента с курсовым.

2. фамилия студента не может быть внесена(аномалия включения).

3. Фейджин: 4НФ, 5НФ. Описание находится в 3НФ, если оно находится в НФБК и в нем существуют  многозначные зависимости:

5-я нормальная форма(5НФ). Декомпозиция должна гарантировать обратимость некоторого отношения путем естественного соединения. При наличии более трех многозначных зависимостей в одном отношении, необходимы меры, обеспечивающие соединения без потерь, которые не поддерживаются 4НФ. Отношения находятся в 5НФ, если оно находится в 4НФ и любая функциональная зависимость по соединению определяется возможными ключами в исходном отношении.