Capp (ComputerAided Process Planning) Автоматизированное технологическая подготовка производства (планирование технологических процессов)
 Скачать 1.81 Mb.
|
|
Сущность нормализации <891011121314> Под нормализацией отношений понимают процесс построения оптимальной структуры таблиц и связей в реляционной базе данных. Теория нормализации основана на том, что определенный набор таблиц обладает лучшими свойствами при включении, модификации и удалении данных, чем все остальные наборы таблиц, с помощью которых могут быть представлены те же данные. Нормализованным отношением называют отношение, каждый домен которого содержит только атомарные значения. Отношение, даже если оно нормализовано, может обладать нежелательными свойствами - нормальная форма не обеспечивает сохранность набора отношений в процессе удаления, включения и обновления данных, ввиду существующей зависимости между последними, которая называется функциональной зависимостью (F-зависимостью). Рассмотрим БД для консультанта университета, состоящую из одной таблицы Консультант со следующими полями: № студента, ФИО студента, № комнаты, № телефона, № курса, Семестр1, Оценка:
Проблема включения. Когда у консультанта появляется новый консультируемый им студент, для него необходимо включить в БД кортеж с пустыми ячейками атрибутов: Семестр, Оценка, что повлечет за собой аномалии при поиске и редактировании данных (например, в результате запроса «Выдать список фамилий и номеров студентов, получивших хотя бы одну оценку ниже 3» в число таких студентов попадут такие, которые не закончили ни одного курса). Проблема обновления. В отношении Консультант большое число избыточных данных. Избыточность (дублирование) данных всегда свидетельствует о возможности модификации только части требуемых данных с помощью операции обновления. Отношение характеризуется как явной, так и неявной избыточностью. Явная избыточность: фамилия студента, его номер комнаты и номер телефона появляются в отношении не один раз. Например, если студент Васильев О.И. обратится к консультанту и сообщит ему об изменении номера своей комнаты, то консультант будет вынужден проследить изменение этого номера во всех четырех кортежах во избежание противоречивости данных. Неявная избыточность: один и тот же номер телефона имеют все студенты, живущие в одной комнате. Допустим, Васильев О.И. извещает консультанта о том, что его номер телефона изменен на 7777, забыв при этом сообщить о друге по комнате, консультант меняет телефонный номер в кортежах для Васильева О.И. – в результате правильный номер телефона будет фактически утерян. Выясним различие между дублированием данных и избыточным дублированием данных. Рассмотрим отношение СлужащийНачальник:
Фамилии одних и тех же начальников могут неоднократно появляться в данном отношении. Причина отсутствия избыточности заключается в том, что при удалении из отношения одной из фамилий будет утеряна информация.
Дублированные фамилии удалены – и невозможно узнать фамилии начальников для служащих с номерами 195 и 200. Теперь рассмотрим отношение СлужащийНачальникТелефон (предполагаем, что каждый начальник имеет только один телефонный номер):
Дублированная информация о телефонных номерах является избыточной. Причина избыточности в том, что если удалить один из номеров Джонса, то эта информация может быть получена из других кортежей отношения. Для исключения избыточности телефонных номеров данное отношение разбивается на следующие два: СлужащийНачальник НачальникТелефон
Данные отношения являются проекциями исходного отношения, естественное соединение которых даст опять таки его. Проблема удаления. В экземпляре1 отношения Консультант имеется только один кортеж для студента с фамилией Гатаулин. Предположим, консультант узнает, что этот студент не закончил курс ООП, как это отмечено, и удаляет соответствующий кортеж, что приведет к потере из БД информации об этом студенте. Дадим определение функциональнойзависимости между данными. Пусть имеется отношение r(A1, A2, …, An). Атрибут А2 отношения r функционально зависит от атрибута A1 того же отношения, если в каждый момент времени каждому значению атрибута А1 соответствует не более, чем одно значение атрибута А2 (то есть функциональная зависимость А2 от А1 означает, что если в любой момент времени известно значение А1, то можно однозначно получить и значение А2). Обозначается: А1 ® А2. Рассмотрим отношение Студент (№ зачетной книжки, № группы, ФИО). Функционально зависимы следующие атрибуты: № зачетной книжки ® № группы; № зачетной книжки ® ФИО. Если предположить, что имеются полные однофамильцы, то: ФИО ↛ № зачетной книжки; ФИО ↛ № группы. Атрибут может функционально зависеть не от какого-то одного атрибута, а от целой группы атрибутов, то есть А1 и А2 могут быть составными. В связи с этим дадим определение полной функциональной зависимости. Если в отношении r для множеств атрибутов А1 и А2 имеет место А1 ® А2 и при этом  ↛ А2, где – подмножество А1 (  ), то говорят, что множество атрибутов А2 функционально полно зависит от всего множества А1, но не зависит ни от какого подмножества А1.Единственный способ определения F-зависимостей для любого отношения заключается в тщательном анализе семантики атрибутов этого отношения. В этом смысле зависимости являются фактически отображением связей, существующих в реальном мире. В качестве примера обратимся к атрибутам отношения Консультант. Функционально зависимы следующие атрибуты: № студента ® ФИО студента; № студента ® № комнаты; № студента ® № телефона; № комнаты ® № телефона; № телефона ® № комнаты; № студента, № курса, Семестр ® Оценка. Другой способ представления функциональных зависимостей:  Нормальные формы Наличие тех или иных зависимостей в отношении определяет степень его нормализации. Определение первойнормальнойформы (1НФ): отношение r находится в 1НФ, если каждый его элемент имеет и всегда будет иметь атомарное значение. (Это определение просто устанавливает тот факт, что любое нормализованное отношение находится в 1НФ.) Примером отношения, находящегося в 1НФ, является отношение Консультант. На этом примере мы уже пояснили, почему отношение, находящееся в 1НФ, имеет нежелательную структуру. Определение второйнормальнойформы (2НФ): отношение r находится во 2НФ, если оно находится в 1НФ и если каждый его атрибут, не являющийся основным атрибутом, функционально полно зависит от первичного ключа этого отношения. Атрибут Ai отношения r называют основным атрибутом, если он является элементом первичного ключа данного отношения. Рассмотрим отношение Факультет (Код факультета, Наименование факультета, ФИО декана, № телефона). Функционально зависимы следующие атрибуты (исходим из предположения, что на одном телефонном номере может «висеть» несколько абонентов):  Код факультетаНаименование факультета ФИО декана № телефона Таким образом, в рассматриваемом отношении три возможных ключа: Код факультета, Наименование факультета, ФИО декана. Выберем в качестве первичного ключа атрибут Код факультета. Атрибуты Наименование факультета, ФИО декана, № телефона, не являющиеся основными, функционально полно зависят от первичного ключа отношения, значит отношение находится во 2НФ. Рассмотрим отношение СтудентКурспроект (№ студента, Код предмета, ФИО студента, № группы, ФИО преподавателя, Процент выполнения). Предположим, что в одной группе могут учиться полные однофамильцы. Тогда у этого отношения один возможный ключ: № студента, Код предмета. Атрибуты ФИО студента и № группы не являются основными, но функционально зависят от основного атрибута № студента, являющегося элементом ключа (т. е. отношение не находится во 2НФ). ФЗ между атрибутами данного отношения:  № студентаКод предмета ФИО студента № группы ФИО преподавателя Процент выполнения Разбив исходное отношение на два по принципу: атрибуты, функционально зависящие от одного основного атрибута, вместе с ним помещаются в одно отношение:  № студентаФИО студента № группы остальные атрибуты, которые полностью зависят от составного ключа, помещаются в другое отношение:  № студентаКод предмета ФИО преподавателя Процент выполнения получим два отношения во 2НФ. Отношения Студент (№ студента, ФИО студента, № группы) и Курспроект (№ студента, Код предмета, ФИО преподавателя, Процент выполнения) являются проекциями исходного отношения, естественное соединение которых даст его. Таким образом, в процессе преобразования никакая информация не теряется, любая информация, которая может быть получена из первоначальной структуры, может быть получена и из новой структуры. Обратное, однако, неверно: новая структура может содержать информацию (например, о студентах, еще не получивших задания на курсовое проектирование), которая не может быть представлена в первоначальной структуре. В этом смысле новая структура является более точным отображением реального мира. Приведение отношения ко 2НФ заключается в обеспечении полной функциональной зависимости всех неосновных атрибутов от первичного ключа за счет разбиения отношения на несколько. Определение третьейнормальнойформы (3НФ): отношение r находится в 3НФ, если оно является отношением во 2НФ, и каждый его атрибут, не являющийся основным, не транзитивно зависит от первичного ключа этого отношения. Транзитивная зависимость определяется следующим образом: если X ® Y и Y ® Z, то X ® Z (Z транзитивно зависит от X). Приведение отношения к 3НФ заключается в устранении транзитивных зависимостей в отношении путем разбиения исходного отношения r(X, Y, Z) на: r1(X, Y) и r2(Y, Z). Рассмотрим отношение Общежитие (Код студента, № группы, № комнаты, Староста комнаты). F-зависимости между атрибутами данного отношения:  Код студента№ группы № комнаты Староста комнаты Возможным и единственным ключом отношения является атрибут Код студента. Отношение находится во 2НФ, но не в третьей, так как неосновной атрибут Староста комнаты зависит от атрибута № комнаты, который, в свою очередь, зависит от ключа отношения Код студента, и, следовательно, атрибут Староста комнаты транзитивно зависит от ключа. Данное отношение имеет недостатки (например, если студент переходит жить в другую комнату, то работающему с данной БД необходимо, кроме номера комнаты, не забыть изменить и старосту комнаты). Для устранения недостатков разобьем отношение на следующие два:  Код студента № комнаты№ группы Староста комнаты № комнаты Полученные отношения находятся в 3НФ и они предпочтительнее исходного (например, информация о старосте комнаты может потребоваться независимо от информации о студентах, проживающих в этой комнате). Отношение может быть в 3НФ и при этом все же иметь некоторые нежелательные свойства. Например, рассмотрим отношение ГАИ (город, адрес, индекс), где индекс – это индекс отделения связи, адрес – название улицы, номер дома и номер квартиры. F-зависимости между атрибутами отношения:  ГородАдрес Индекс Т. е. полный адрес определяет почтовый индекс, а тот, в свою очередь, определяет название города, но не определяет адрес. Ключом отношения является составной атрибут: город, адрес. Отношение находится в 3НФ (в нем нет транзитивных и неполных зависимостей). В рассматриваемое отношение нельзя включить кортеж для города, к которому относится заданный индекс, если неизвестен адрес с этим индексом. Если же удалить все кортежи, содержащие адреса в одном городе, то будет потерян индекс данного города. Для устранения недостатков 3НФ вводится четвертая нормальная форма, имеющая две разновидности. Первая разновидность известна под названием нормальнойформыБойса -Кодда (НФБК) (в некоторых литературных источниках она называется усовершенствованной 3НФ). Определение: отношение r находится в НФБК, если и только если каждый детерминант отношения является возможным ключом. |