Как изменяются отношения после нормализации

Реляционная база данных содержит как структурную, так и семантическую информацию. Структура базы данных определяется числом и видом включенных в нее отношений, и связями типа «один ко многим», существующими между кортежами этих отношений. Семантическая часть описывает множество функциональных зависимостей, существующих между атрибутами этих отношений. Дадим определение функциональной зависимости.

Если даны два атрибута X и Y некоторого отношения, то говорят, что Y функционально зависит от X , если в любой момент времени каждому значению X соответствует ровно одно значение Y .

Функциональная зависимость обозначается X -> Y . Отметим, что X и Y могут представлять собой не только единичные атрибуты, но и группы, составленные из нескольких атрибутов одного отношения.

Можно сказать, что функциональные зависимости представляют собой связи типа «один ко многим», существующие внутри отношения.

Некоторые функциональные зависимости могут быть нежелательны.

Избыточная функциональная зависимость — зависимость, заключающая в себе такую информацию, которая может быть получена на основе других зависимостей, имеющихся в базе данных.

Корректной считается такая схема базы данных, в которой отсутствуют избыточные функциональные зависимости. В противном случае приходится прибегать к процедуре декомпозиции (разложения) имеющегося множества отношений. При этом порождаемое множество содержит большее число отношений, которые являются проекциями отношений исходного множества. (Операция проекции описана в разделе, посвященном реляционной алгебре). Обратимый пошаговый процесс замены данной совокупности отношений другой схемой с устранением избыточных функциональных зависимостей называется нормализацией .

не должны появляться ранее отсутствовавшие кортежи;
на отношениях новой схемы должно выполняться исходное множество функциональных зависимостей.

4.2.2. 1NF — первая нормальная форма.

Для обсуждения первой нормальной формы необходимо дать два определения:

Простой атрибут — атрибут, значения которого атомарны (неделимы).

Сложный атрибут — получается соединением нескольких атомарных атрибутов, которые могут быть определены на одном или разных доменах. (его также называют вектор или агрегат данных).

Теперь можно дать

Определение первой нормальной формы:

отношение находится в 1NF если значения всех его атрибутов атомарны.

Рассмотрим пример, заимствованный из уже упоминавшейся статьи Е.Ф.Кодда:

В базе данных отдела кадров предприятия необходимо хранить сведения о служащих, которые можно попытаться представить в отношении СЛУЖАЩИЙ(НОМЕР_СЛУЖАЩЕГО, ИМЯ, ДАТА_РОЖДЕНИЯ, ИСТОРИЯ_РАБОТЫ, ДЕТИ).

Их связь представлена на рис. 4.3.

Рис.4.3. Исходное отношение.

Для приведения исходного отношения СЛУЖАЩИЙ к первой нормальной форме необходимо декомпозировать его на четыре отношения, так как это показано на следующем рисунке:
Рис.4.4. Нормализованное множество отношений.

Здесь первичный ключ каждого отношения выделен синей рамкой, названия внешних ключей набраны шрифтом синего цвета. Напомним, что именно внешние ключи служат для представления функциональных зависимостей, существующих в исходном отношении. Эти функциональные зависимости обозначены линиями со стрелками.

Начиная с отношения, находящегося на верху дерева (рис. 4.3.), берется его первичный ключ, и каждое непосредственно подчиненное отношение расширяется путем вставки домена или комбинации доменов этого первичного ключа.
Первичный Ключ каждого расширенного таким образом отношения состоит из Первичного Ключа, который был у этого отношения до расширения и добавленного Первичного Ключа родительского отношения.
После этого из родительского отношения вычеркиваются все непростые домены, удаляется верхний узел дерева, и эта же процедура повторяется для каждого из оставшихся поддеревьев.

4.2.3. 2NF — вторая нормальная форма.

Очень часто первичный ключ отношения включает несколько атрибутов (в таком случае его называют составным ) — см., например, отношение ДЕТИ, показанное на рис. 4.4. При этом вводится понятие полной функциональной зависимости .

неключевой атрибут функционально полно зависит от составного ключа если он функционально зависит от всего ключа в целом, но не находится в функциональной зависимости от какого-либо из входящих в него атрибутов.

N_поставщика, товар -> цена
товар -> цена

ПОСТАВКИ (N_ПОСТАВЩИКА, ТОВАР)
ЦЕНА_ТОВАРА (ТОВАР, ЦЕНА)

Определение второй нормальной формы:

Отношение находится во 2НФ, если оно находится в 1НФ и каждый неключевой атрибут функционально полно зависит от ключа.

4.2.4. 3NF — третья нормальная форма.

Перед обсуждением третьей нормальной формы необходимо ввести понятие транзитивной функциональной зависимости .

Пусть X, Y, Z — три атрибута некоторого отношения. При этом X —> Y и Y —> Z, но обратное
соответствие отсутствует, т.е. Z -/-> Y и Y -/-> X. Тогда Z транзитивно зависит от X.

фирма -> склад
склад -> объем

если в данный момент ни одна фирма не получает товар со склада, то в базу данных нельзя ввести данные о его объеме (т.к. не определен ключевой атрибут)
если объем склада изменяется, необходим просмотр всего отношения и изменение кортежей для всех фирм, связанных с данным складом.

ХРАНЕНИЕ ( ФИРМА , СКЛАД)
ОБЪЕМ_СКЛАДА ( СКЛАД , ОБЪЕМ)

Отношение находится в 3НФ, если оно находится во 2НФ и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа.

4.2.5. BCNF — нормальная форма Бойса-Кодда.

Эта нормальная форма вводит дополнительное ограничение по сравнению с 3НФ.

Определение нормальной формы Бойса-Кодда:

Отношение находится в BCNF, если оно находится во 3НФ и в ней отсутствуют зависимости атрибутов первичного ключа от неключевых атрибутов.

Ситуация, когда отношение будет находится в 3NF, но не в BCNF, возникает при условии, что отношение имеет два (или более) возможных ключа, которые являются составными и имеют общий атрибут. Заметим, что на практике такая ситуация встречается достаточно редко, для всех прочих отношений 3NF и BCNF эквивалентны.

4.2.6. Многозначные зависимости и четвертая нормальная форма (4NF).

Четвертая нормальная форма касается отношений, в которых имеются повторяющиеся наборы данных. Декомпозиция, основанная на функциональных зависимостях, не приводит к исключению такой избыточности. В этом случае используют декомпозицию, основанную на многозначных зависимостях .

Многозначная зависимость является обобщением функциональной зависимости и рассматривает соответствия между множествами значений атрибутов.

В качестве примера рассмотрим отношение ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (ИМЯ, КУРС, УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ), хранящее сведения о курсах, читаемых преодавателем, и написанных им учебниках. Пусть профессор N читает курсы «Теория упругости» и «Теория колебаний» и имеет соответствующие учебные пособия, а профессор K читает курс «Теория удара» и является автором учебников «Теория удара» и «Теоретическая механика». Тогда наше отношение будет иметь вид:

---------------------------------------------------- | ИМЯ | КУРС | УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ | ---------------------------------------------------- | N | Теория упругости | Теория упругости | | N | Теория колебаний | Теория упругости | | N | Теория упругости | Теория колебаний | | N | Теория колебаний | Теория колебаний | | K | Теория удара | Теория удара | | K | Теория удара | Теоретическая механика | ---------------------------------------------------- добавляем: ---------------------------------------------------- | K | Теория упругости | Теория удара | | K | Теория упругости | Теоретическая механика | ----------------------------------------------------

Это отношение имеет значительную избыточность и его использование приводит к возникновению аномалии обновления . Например, добавление информации о том, что профессор K будет также читать лекции по курсу «Теория упругости» приводит к необходимости добавить два кортежа (по одному для каждого написанного им учебника) вместо одного. Тем не менее, отношение ПРЕПОДАВАТЕЛЬ находится в NFBC (ключевой атрибут — ИМЯ).

Заметим, что указанные аномалии исчезают при замене отношения ПРЕПОДАВАТЕЛЬ его проекциями:

--------------------------- ------------------------------- | ИМЯ | КУРС | | ИМЯ | УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ | --------------------------- ------------------------------- | N | Теория упругости | | N |Теория упругости | | N | Теория колебаний | | N |Теория колебаний | | K | Теория удара | | K |Теоретическая механика | | K | Теория упругости | | K |Теория удара | --------------------------- -------------------------------

зависимость множества значений атрибута КУРС от множества значений атрибута ИМЯ
зависимость множества значений атрибута УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ от множества значений атрибута ИМЯ.

Такие зависимости и называются многозначными и обозначаются как

ИМЯ ->> КУРС ИМЯ ->> УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ

Нетрудно показать, что многозначные зависимости всегда образуют связанные пары, поэтому их часто обозначают

ИМЯ ->> КУРС | УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ

Очевидно, что каждая функциональная зависимость является многозначной, но не каждая многозначная зависимость является функциональной.

Определение четвертой нормальной формы:

Отношение находится в 4NF если оно находится в BCNF и в нем отстутсвуют многозначные зависимости, не являющиеся функциональными зависимостями.

4.2.7. Зависимости по соединению и пятая нормальная форма (5NF).

До сих пор мы предполагали, что единственной операцией, необходимой для устранения избыточности в отношении, была декомпозиция его на две проекции. Однако, существуют отношения, для которых нельзя выполнить декомпозицию без потерь на две проекции, но которые можно подвергнуть декомпозиции без потерь на три (или более) проекций. Этот факт получил название зависимости по соединению , а такие отношения называют 3-декомпозируемые отношения (ясно, что любое отношение можно назвать «n-декомпозируемым», где n >= 2 ).

Детально этот вопрос здесь мы не обсуждаем (полное изложение см. в книге К.Дейта), заметим лишь, что зависимость по соединению является обощением многозначной зависимости. Отношения, в которых имеются зависимости по соединению, не являющиеся одновременно ни многозначными, ни функциональными, также характеризуются аномалиями обновления. Поэтому, вводится понятие пятой нормальной формы.

Определение пятой нормальной формы:

Отношение находится в 5НФ тогда и только тогда, когда любая зависимость по соединению в нем определяется только его возможными ключами.

Другими словами, каждая проекция такого отношения содержит не менее одного возможного ключа и не менее одного неключевого атрибута.
Следующая глава: 4.3.Ограничения целостности.

Введение в базы данных. (c) Зеленков Ю.А. (yz@yars.free.net) 1997 г. (c) Центр Интернет ЯрГУ

2.2.1 Понятие нормализации отношений

Одни и те же данные могут группироваться в таблицы (отношения) различными способами, т.е. возможна организация различных наборов отношений взаимосвязанных информационных объектов. Группировка атрибутов в отношениях должна быть рациональной, т.е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки и обновления.

Определенный набор отношений обладает лучшими свойствами при включении, модификации, удалении данных, чем все остальные возможные наборы отношений, если он отвечает требованиям нормализации отношений.

Нормализация отношений — формальный аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц), который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) базы данных.

Процесс проектирования баз данных заключается в последовательном переводе отношений из первой нормальной формы в нормальные формы более высокого порядка по определенным правилам. Каждая следующая нормальная форма ограничивает определенный тип функциональной зависимости, устраняет соответствующие аномалии при работе с отношениями и сохраняет свойства предшествующих форм.

Каждой нормальной форме соответствует некоторый определенный набор ограничений, и отношение находится в некоторой нормальной форме, если удовлетворяет свойственному ей набору ограничений.

В теории реляционных БД обычно выделяется следующая последовательность нормальных форм:

· первая нормальная форма (1NF);

· вторая нормальная форма (2NF);

· третья нормальная форма (3NF);

· нормальная форма Бойса— Кодда (BCNF);

· четвертая нормальная форма (4NF);

· пятая нормальная форма, или форма проекции-соединения (5NF или PJNF).

Зависимости ключей от не ключевых атрибутов (удовлетворяет нормальной форме Бойса-Кодда) альтернативой этого подхода является метод ER-диаграмм (метод сущность-связь), которой применяется для проектирования больших баз данных и на нем реализованы средства проектирования баз данных.

Наиболее часто в процессе проектирования БД используют первую, вторую и третью нормальные формы. Рассмотрим их более подробно.

Первая нормальная форма. Отношение называется нормализованным или приведенным к первой нормальной форме, если все его атрибуты простые. Преобразование отношения к первой нормальной форме может привести к увеличению количества реквизитов (полей) отношения и изменению ключа.

Вторая нормальная форма. Чтобы рассмотреть вопрос приведения отношений ко второй нормальной форме, необходимо дать пояснения к таким понятиям, как функциональная зависимость и полная функциональная зависимость.

Описательные реквизиты информационного объекта логически связаны с общим для них ключом, эта связь носит характер функциональной зависимости реквизитов.

Функциональная зависимость реквизитов — зависимость, при которой экземпляру информационного объекта определенному значению ключевого реквизита соответствует только одно значение описательного реквизита.

Такое определение функциональной зависимости позволяет при анализе всех взаимосвязей реквизитов предметной области выделить самостоятельные информационные объекты.

В случае составного ключа вводится понятие функционально полной зависимости.

Функционально полная зависимость не ключевых атрибутов заключается в том, что каждый не ключевой атрибут функционально зависит от ключа, но не находится в функциональной зависимости ни от какой части составного ключа.

Отношение будет находиться во второй нормальной форме, если оно находится в первой нормальной форме, и каждый не ключевой атрибут функционально полно зависит от составного ключа.

Третья нормальная форма. Понятие третьей нормальной формы основывается на понятии нетранзитивной зависимости.

Транзитивная зависимость наблюдается в том случае, если один из двух описательных реквизитов зависит от ключа, а другой описательный реквизит зависит от первого описательного реквизита.

Отношение будет находиться в третьей нормальной форме, если оно находится во второй нормальной форме, и каждый не ключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа.

Для устранения транзитивной зависимости описательных реквизитов необходимо провести «расщепление» исходного информационного объекта. В результате расщепления часть реквизитов удаляется из исходного информационного объекта и включается в состав других (возможно, вновь созданных) информационных объектов.

2.3 Нормализация отношений

Выделены три нормальные формы отношений и предложен механизм, позволяющий любое отношение преобразовать к третьей (самой совершенной) нормальной форме.

· Первая нормальная форма

Отношение называется нормализованным или приведенным к первой нормальной форме, если все его атрибуты простые (далее неделимы). Преобразование отношения к первой нормальной форме может привести к увеличению количества реквизитов (полей) отношения и изменению ключа.

Например, отношение Сотрудники = (Код должности, ФИО, № паспорта, Адрес, телефон, возраст, код должности) находится в первой нормальной форме.

· Вторая нормальная форма

Чтобы рассмотреть вопрос приведения отношений ко второй нормальной форме, необходимо дать пояснения к таким понятиям, как функциональная зависимость и полная функциональная зависимость.

Функциональная зависимость реквизитов — зависимость, при которой экземпляре информационного объекта определенному значению ключевого реквизита соответствует только одно значение описательного реквизита, к примеру, в таблице заказы это код сотрудника выполняющего заказ или таблица склад в которой значению ключевого реквизита соответствует только одно значение описательного реквизита как код блюда.

· Третья нормальная форма

Понятие третьей нормальной формы основывается на понятии нетранзитивной зависимости. Транзитивная зависимость наблюдается в том случае, если один из двух описательных реквизитов зависит от ключа, а другой описательный реквизит зависит от первого описательного реквизита.

Отношение будет находиться в третьей нормальной форме, если оно находится во второй нормальной форме, и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа.

Рисунок 3 — Схема процесса нормализации

3.2 Нормализация отношений

Процесс уменьшения избыточности информации в базе данных называется нормализацией. Каждой нормальной форме соответствует некоторый определенный набор ограничений, и отношение находится в некоторой нормальной форме, если удовлетворяет свойственному ей набору ограничений. Примером набора ограничений является ограничение первой нормальной формы — значения всех атрибутов отношения атомарные. Таблица в первой нормальной форме должна удовлетворять следующим требованиям:

Таблица не должна иметь повторяющихся записей.
В таблице должны отсутствовать повторяющиеся группы полей.
Строки должны быть не упорядочены.
Столбцы должны быть не упорядочены.

Правила нормализации 1. Значение атрибута для экземпляра сущности должно быть единственным ( 1-я нормальная форма (НФ) сущности ); 2. для сущности, уже находящейся в 1НФ, значение каждого неидентифицирующего атрибута должно полностью зависеть от всего уникального идентификатора сущности ( 2-я нормальная форма (НФ) сущности ); 3. для сущности, уже находящейся в 2НФ, значение каждого неидентифицирующего атрибута не должно зависеть от значения другого неидентифицирующего атрибута ( 3-я нормальная форма (НФ) сущности ); Попробуем применить эти правила к сущности Подписка. Для начала — об идентифицирующих атрибутах. Чтобы избежать путаницы, каждый экземпляр сущности должен иметь идентифицирующий атрибут ( составной идентифицирующий атрибут, состоящий из нескольких неидентифицирующих ). На практике это означает, что в таблице должен присутствовать столбец, все значения в ячейках которого уникальны, не равны NULL и не меняются. В нашей таблице нет ни одного столбца, значения которого были бы уникальны. Самый простой выход — добавить столбец Код, в котором перенумеровать строки по порядку. Первому правилу нормализации явно не удовлетворяет атрибут Издание — в одной ячейке — несколько значений. Вторая нормальная форма. О таблице говорят, что она находится во второй нормальной форме, если:

Она удовлетворяет условиям первой нормальной формы.
Любое не ключевое поле однозначно идентифицировать полным набором ключевых полей.

Третья нормальная форма. О таблице говорят, что она находится в третьей нормальной форме, если: 1. Она удовлетворяет условиям второй нормальной формы. 2. Ни одно из неключевых полей таблицы не идентифицируется с помощью другого неключевого поля. Сведение таблицы к третьей нормальной форме предполагает разделение таблицы с целью помещения в отдельную таблицу столбцов, которые не зависят от значения составного индекса. В результате такого разбиения каждое из неключевых полей должно оказаться независимым от какого-либо другого неключевого поля. Рис.6 Логическая модель базы данных «Автошкола»

3.3 Поддержка целостности данных

встроенные средства для назначения первичного ключа, в том числе средства для работы с типом полей с автоматическим приращением, когда СУБД самостоятельно присваивает новое уникальное значение;
средства поддержания ссылочной целостности, которые обеспечивают запись информации о связях таблиц и автоматически пресекают любую операцию, приводящую к нарушению ссылочной целостности.

05.05.2015 34.3 Кб 11 Курсовая работа.doc

13.11.2018 911.36 Кб 2 курсовая Чупаков.doc

13.11.2018 187.43 Кб 1 Курсовая+ОПД.docx

24.12.2018 751.02 Кб 10 Курсовая1.docx

27.09.2019 608.29 Кб 0 Курсовой 261.docx

22.12.2018 1.75 Mб 15 Курсовой АВтошкола.doc

22.08.2019 310.78 Кб 0 курсовой мой (мой вариант).doc

24.11.2019 583.99 Кб 4 курсовой1.docx

16.09.2019 1.24 Mб 8 Л 2.docx

16.09.2019 1.09 Mб 5 Л1.doc

16.09.2019 926.94 Кб 11 Л3.docx

Ограничение

Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:

Как изменяются отношения после нормализации