Нормалізація баз даних як один з основних етапів

Нормалізація баз даних як один з основних етапів їх проектування

Загальні відомості Кожна таблиця в реляційній БД задовольняє умову, у відповідності з якою у позиції на перетині кожного рядка і стовпця таблиці завжди знаходиться єдине атомарне значення і ніколи не може бути множини таких значень. Будь-яка таблиця, що задовольняє цю умову, називається нормалізованою.

Нормалізація це розбивка таблиці на дві або більше, які характеризуються кращими властивостями при доповненні, зміні і вилученні даних. Кінцева мета нормалізації зводиться до отримання такого проекту бази даних, у якому кожний факт з'являється лише в одному місці, тобто виключена надлишковість інформації. .

Типи АНОМАЛІЙ Аномалія явної надлишковості Аномалія редагування Аномалія вставки Аномалія видалення Аномалія неявної надлишковості

Основні властивості нормальних форм q кожна наступна нормальна форма має покращені характеристики по відношенню до попередньої; q при переході до наступної нормальної форми властивості попередніх нормальних властивостей зберігаються. Кожній нормальній формі відповідає деякий визначений набір обмежень. Відношення знаходиться в деякій нормальній формі, якщо задовольняється властивий їй набір обмежень. в (N+1) ій нормальній формі вилучаються небажані властивості, які характерні N ій нормальній формі.

Функціональна залежність У відношенні R атрибут В функціонально залежить від атрибута А у тому і тільки в тому випадку, якщо кожному значенню А відповідає в точності одне значення В: А >В: Повна функціональна залежність Функціональна залежність А >В називається повною, якщо атрибут В не залежить функціонально від будь якої підмножини А. Транзитивна функціональна залежність Функціональна залежність називається транзитивною, якщо з функціональних залежностей А >В та В >Z випливає, що А >Z.

Неключовий атрибут Неключовим атрибутом називається будь який атрибут відношення, що не входить до складу первинного ключа. Взаємно незалежні атрибути Два або більше атрибути взаємно незалежні, якщо жодний із цих атрибутів не є функціонально залежним від інших.

Нормальні форми

Нормальні форми Перша нормальна форма. Відношення знаходиться в 1 й НФ, тільки коли виконуються всі фундаментальні властивості. Значення атрибуту вважається атомарним, якщо воно є неподільним в усіх застосуваннях. Прізвище Дата народження Бойко 15 лютого 1991 Прізвище Бойко Дата і місяць 15 лютого День 15 Місяць Лютого Рік 1991

Друга нормальна форма. Відношення знаходиться в 2 й НФ, якщо відношення знаходиться в 1 й НФ і кожен його неключовий атрибут функціонально повно залежить від первинного ключа. Неповною функціональною залежністю називається залежність неключового атрибуту від частини ключа, що складається з декількох атрибутів. Студент Номер залікової книжки Прізвище Група 1010 Бойко 1 ТП 31 бази даних Функціональні залежності: № Залік. Кн. , Дисципліна оцінка; № Залік. Кн. Дисципліна Оцінка 5 → Прізвище, група, → Прізвище, група.

Для приведення даного відношення до другої нормальної форми повинна бути виконана умова можливості відновлення вихідного відношення без втрат: Студент Номер залікової книжки Дисципліна Оцінка 1010 бази даних 5 Група Номер залікової книжки Прізвище Група 1010 Бойко 1 ТП 31

Друга нормальна форма нейтралізує аномалії, пов'язані з неповними функціональними залежностями. Звести відношення до другої нормальної форми можна лише шляхом його поділу (декомпозиції) принаймні на два інших. Поділ має відповідати таким умовам: відношення, які отримуємо в результаті, є проекціями початкового; початкове реляційне відношення можна відновити з кінцевих за допомогою операції природного з'єднання без втрат даних; під час декомпозиції не втрачаються функціональні залежності (множини залежностей початкового й кінцевого відношень є еквівалентними)

Теорема Хіта Якщо у реляційному відношенні R з наборами атрибутів А, В, С (В С = ) задано функціональну залежність R. A R. B, то його можна декомпонувати на два відношення — R [А, В] і R [А, С] так, що завдяки операції природного з'єднання проек цій за групами атрибутів. А початкове відношення R відновлюється без втрат даних

Алгоритм зведення схеми відношення до 2 НФ Нехай задано реляційне відношення R із множиною атрибутів М. 2. Якщо в R є неповна функціональна залежність R. A R. B непервинного атрибута В від можливого ключа А, то R декомпонується на дві проекції: 1. R [A, B] i R[M-В], де (М-В) - це теоретико множинна різниця) 3. Якщо отримані в результаті таблиці все ще не перебувають у другій нормальній формі, до них знову застосовується це правило, доки всі відношення не досягнуть 2 НФ.

ОПТИМАЛЬНА декомпозиція Декомпозиція схеми реляційного відношення до другої нормальної форми називається оптимальною, якщо в результаті утворюється мінімально можлива кількість таблиць проекцій.

Наявність у реляційному відношенні транзитивної залежності призводить до тих самих аномалій, що й наявність неповної функціональної залежності. Якщо в R (А, В, С) є функціональні залежності А В та В С, то таке відношення містить інформацію про дві множини сутностей: (А, В) та (В, С) що призводить до аномалій додавання, видалення й оновлення.

Третя нормальна форма. Відношення знаходиться в 3 й НФ, якщо відношення знаходиться в 2 й НФ і жоден з непервинних атрибутів у відношенні не є транзитивно залежним від первинного ключа. Атрибут С транзитивно залежить від атрибуту А, якщо для атрибутів А, В, С виконуються такі умови А → В і В → С , але зворотна залежність відсутня. Номер залікової книжки Прізвище 1010 Бойко Функціональні залежності: № Залік. Кн. Група Факультет 1 ТП 31 АІТ Група → Прізвище, група, факультет; → Факультет.

Між атрибутами існує транзитивна залежність, для її усунення необхідно виконати декомпозицію відношення: Студент Номер залікової книжки Прізвище Група 1010 Бойко 1 ТП 31 Група 1 ТП 31 Факультет АІТ

Алгоритм зведення до ЗНФ базується на теоремі Хіта. 1. Нехай задано відношення R з атрибутами (або наборами атрибутів) А, В, С, де А можливий ключ, і є функціональні залежності 2. 3. R. A R. B, R. B R. C. Таблиця R декомпонується на дві проекції: R [А, В] та R [В, С]. Якщо отримані в результаті відношення все ще не перебувають у третій нормальній формі, до них знову застосовується зазначене правило.

Третя нормальна форма вимагає відсутності транзитивної залежності саме непервинних, а не всіх атрибутів відношення.

ПІБ СТУДЕНТА НОМЕР ГРУПИ НОМЕР КІМНАТИ СТАРОСТА КІМНАТИ Приклад усунення транзитивної залежностi ПІБ СТУДЕНТА НОМЕР ГРУПИ НОМЕР КІМНАТИ СТАРОСТА Лекція № 8 Бази даних і нормальні форми

Нормальна форма Бойса Кодда. Відношення знаходиться в НФБК, якщо відношення знаходиться в 3 й НФ і у ньому відсутні залежності атрибутів первинного ключа від неключових атрибутів. Спеціальність Дисципліна ІТП Бази Даних ІУСТ Бази Даних Функціональні залежності: Спеціальність, Дисципліна Викладач → Дисципліна. Викладач Барко Шевченко → Викладач;

Для того щоб позбутися аномалій необхідно виконати декомпозицію відношення: Спеціальність ІТП ІУСТ Дисципліна Бази Даних Дисципліна Викладач Барко Шевченко Дисципліна Бази Даних

Четверта нормальна форма. Відношення знаходиться в 4 й НФ, коли у випадку існування багатозначні залежності А →→ В всі інші атрибути відношення функціонально залежать від А. Багатозначна залежність А →→ В існує коли множина значень В, що відповідає парі значень А і С залежить тільки від А і не залежить від С. Відношення R(A, B, C) можна розбити без втрат інформації на відношення R 1(A, B) і R 2(A, C) тоді, коли існують багатозначні залежності А →→ В А →→ С.

Приклад вiдношення в четвертій нормальній формі Студент Товариство Іванов ВТВР Іванов ДТСААФ Петров ВТВР Петров ДТСААФ Студент Суспільна робота Рік Іванов Староста групи 1999 Петров Член iнформацiйного "Прожектору" 1999

Спеціальність Кафедра ІТ ІТ ІТ Викладач Барко Шевченко Група ІТП 31 ІТП 32 ІТП 31 ІТ Шевченко ІТП 32 Функціональні залежності: →→ Викладач; Кафедра →→ Група. Кафедра

Для того щоб відношення було у 4 й НФ необхідно виконати його декомпозицію відношення: Кафедра ІТ ІТ Викладач Барко Шевченко Група Кафедра ІТ ІТ Група ІТП 31 ІТП 32

П'ята нормальна форма. Відношення знаходиться в 5 й НФ, коли будь яка залежність з'єднання у відношенні виходить з існування деякого можливого ключа у відношенні. Відношення R(X, Y, … , Z) задовольняє залежності зєднання (X, Y, … , Z) тоді, коли R відновлюється від втрат інформації шляхом з'єднання своїх проекцій на X, Y, … , Z. Залежність з'єднання є узагальненням функціональної і багатозначної залежностей.

послiдовнiсть етапiв нормалiзацiї: 1. Перехiд вiд структурної моделi даних до плоских двовимiрних вiдношень (таблицям). 2. Усунення всiх неповних залежностей атрибутiв, якi не є основними, вiд усiх ймовiрних ключiв. 3. Усунення всiх транзитивних залежностей атрибутiв, якi не є основними, вiд усiх ймовiрних ключiв. 4. Усунення всiх нетривiальних багатозначних залежностей атрибутiв, якi не є основними, вiд всiх можливих ключiв.