бд полный курс. Информация, данные, информационные системы Информация как социальный ресурс
 Скачать 1.56 Mb.
|
|
Первая нормальная форма Отношение находится в первой нормальной форме (1НФ), если все атрибуты отношения являются простыми (требование атомарности атрибутов в реляционной модели), т.е. не имеют компонентов. Иными словами, домен атрибута должен состоять из неделимых значений и не может включать в себя множество значений из более элементарных доменов. Так, например, дата не может считаться простым атрибутом. В большинстве случаев выполнить это требование достаточно просто. Каждый простой атрибут должен иметь свою колонку в таблице. Однако это часто приводит к дублированию данных в отношении. Типичным примером неатомарности атрибута являются так называемые повторяющиеся группы, представляющие массив значений атрибута. Пример. Приведение отношения к 1НФ На рис. 6.1 представлено ненормализованное отношение SHIPMENT (ОТГРУЗКА). Оно содержит повторяющиеся группы, представляющие массив значений, 1st Consignments, 2st Consignments, 3st Consignments (партии грузов). Атрибуты, характеризующие партию грузов (показаны на следующем рисунке), - Consignee (грузополучатель), Insured Value (застрахованная стоимость) и Declared Value (объявленная стоимость), - повторяются для каждой такой партии. Отметим, что для такого отношения следует ввести бизнес-правило, требующее, чтобы груз состоял не более чем из трех партий, поскольку четвертую партию вставить в этом отношении некуда.  Рис. 6.1. Ненормализованное отношение Использование отношения, представленного не в 1НФ, может породить следующие проблемы: если груз аннулируется и строка, связанная с грузом, удаляется из отношения, то вместе с ней удаляются все сведения о партиях груза на борту судна; если на склад прибывает новая партия груза, и она еще не включена в состав груза, подлежащего отправке, то сведения о партии заносить некуда; необходимо вводить ограничение: в грузе не может быть более трех партий. Приведение отношения SHIPMENT к 1НФ заключается в изъятии данных о партиях груза из отношения SHIPMENT и создании для них связанного подчиненного отношения CONSIGNMENT (ПАРТИЯ_ГРУЗА). Результат приведения отношения SHIPMENT к 1НФ представлен на рис. 6.2. Для такого представления сущности SHIPMENT не требуется вводить ограничительное бизнес-правило, о котором упоминалось выше.  Рис. 6.2. Отношение в 1НФ Таким образом, процедура приведения отношения к 1НФ состоит в вынесении неатомарных атрибутов в отдельное подчиненное отношение, т.е. в выполнении двух проекций. Вторая нормальная форма Будем считать атрибут отношения ключевым, если он является элементом какого-либо ключа отношения. В противном случае атрибут будет считаться неключевым атрибутом. Так в отношении (Город, Адрес, Почтовый_индекс) все атрибуты являются ключевыми, поскольку при заданных ФЗ город, адрес -> почтовый_индекс и почтовый_индекс \to город ключами являются пары город, адрес и адрес, почтовый_индекс. Отношение находится во второй нормальной форме (2НФ), если оно находится в 1НФ, и все неключевые атрибуты отношения функционально полно зависят от составного ключа отношения. Иными словами, 2НФ требует, чтобы отношение не содержало частичных ФЗ. Пример. Приведение отношения ко 2НФ Вновь обратимся к рассмотрению отношения SHIPMENT, представленного на рис. 6.2. Оно содержит частичную ФЗ: неключевой атрибут Ship Capacity (грузоподъемность корабля) не зависит от ключевого атрибута Departure Date (даты убытия), а зависит от ключевого атрибута Ship Registration Number (регистрационный номер корабля). Использование отношения, представленного не во 2НФ, может породить следующие проблемы: невозможно занести в базу данных название и грузоподъемность корабля, который не доставил еще ни одного груза, - можно только ввести для него фиктивный груз; если удалить кортеж из отношения Shipment после отправки груза, то потеряются все данные о кораблях, для которых в настоящее время нет груза; невозможно отразить факт переоборудования корабля и получения им новой грузоподъемности; если переписать все предыдущие кортежи об этом корабле, то получится, что он в прошлом плавал недогруженным или перегруженным. Приведение отношения SHIPMENT ко 2НФ заключается в изъятии атрибутов частичной ФЗ из отношения SHIPMENT и создании для нее связанного подчиненного отношения SHIP. Результат приведения отношения SHIPMENT ко 2НФ представлен на рис. 6.3.  Рис. 6.3. Отношения во 2НФ Таким образом, процедура приведения отношения ко 2НФ состоит в выполнении двух проекций: проекции без атрибутов частичной ФЗ и проекции на часть составного ключа и те атрибуты, которые от него зависят. Третья нормальная форма Отношение находится в третьей нормальной форме (3НФ), если оно находится во 2НФ, и все неключевые атрибуты отношения зависят только от первичного ключа. Иными словами, 3НФ требует, чтобы отношение не содержало транзитивных ФЗ неключевых атрибутов от ключа. Формально это требование можно сформулировать следующим образом: схема отношения R находится в 3НФ, если не существует ключа Х для R, множества атрибутов  и неключевого атрибута А из R, не принадлежащего Х или Y, таких, что: 1)  имеет место в R, 2)  имеет место в R, но 3)  не имеет места в R.ФЗ представляют не только ограничения целостности, налагаемые на отношения, но и связи между атрибутами, если они (связи) сохраняются в базе данных. Если отношение содержит частичную зависимость  - ключ отношения и  , то в каждом кортеже, используемом для хранения связи значений Х со значениями какого-либо другого атрибута, кроме А и Х, должна появиться связь между Y и A. Так, например, адрес поставщика дублируется для каждого поставляемого товара в отношении ПОСТАВКИ. Использование 3НФ исключает возможность возникновения такой ситуации (см. условие 3 в формальном определении 3НФ).Наличие транзитивной зависимости  не позволяет связать значения Y и Х, если не существует значения А, связанного со значением Y. Это затрудняет вставку и обновление данных, которые необходимо выполнить сразу для пары связей, а в случае удаления данных приводит к потере связи.Пример. Приведение отношения к 3НФ Вновь обратимся к рассмотрению отношения SHIPMENT, представленного на рис. 6.3. Оно содержит транзитивную ФЗ: атрибут Customs Declaration (таможенная декларация) является по своей сути свойством атрибутов Origin (пункт отправления) и Destination (пункт назначения). Результат приведения отношения SHIPMENT к 3НФ представлен на рис. 6.4.  Рис. 6.4. Отношение в 3НФ Таким образом, процедура приведения отношения к 3НФ состоит в выполнении двух проекций: проекции по правой части транзитивной ФЗ и проекции по левой части транзитивной ФЗ. Нормальная форма Бойса-Кодда 3НФ упрощает решение проблем контроля избыточности данных, интерпретации нуль-значений, контроля за операциями модификации данных, только если в отношениях отсутствуют какие-либо другие ФЗ, в частности обратные ФЗ неключевого атрибута на один из атрибутов составного первичного ключа или многозначные ФЗ. В противном случае вышеперечисленные проблемы остаются неразрешенными. Для устранения таких проблем, связанных с существованием обратных ФЗ неключевых атрибутов на часть составного ключа, была предложена усиленная 3НФ или НФ Бойса-Кодда. Отношение находится в нормальной форме Бойса-Кодда (НФБК), если оно находится в 3НФ, и в нем отсутствовали зависимости ключевых атрибутов от неключевых атрибутов. Иными словами, НФБК допускает наличие только таких нетривиальных ФЗ, в которых ключ определяет один или более других атрибутов:  , где  включает некоторый ключ.Таким образом, схема отношения в НФБК обладает теми же достоинствами, что и схема в 3НФ, но устраняет некоторые дополнительные аномалии, не устраняемые 3НФ. Например, в отношение (Город, Адрес, Почтовый_индекс), находящееся в 3НФ, невозможно записать кортеж для города с известным почтовым индексом, если не известен адрес с этим почтовым индексом. Данное отношение не находится в НФБК, так как имеет место ФЗ Почтовый_индекс -> Город, а атрибут почтовый_индекс не является ключом этого отношения. Замечание. В отличие от 3НФ, исходные отношения не всегда могут быть приведены в НФБК. Пример. Приведение отношения к НФБК Продолжим рассмотрение примеров из области судоходства. Допустим, что экипаж судна разделен на команды, каждая из которых отвечает за разные виды работ. Члены экипажа могут входить в разные команды, но в каждую команду входит только один руководитель. Команда может иметь несколько руководителей. Каждый член экипажа может руководить только одной командой. Отношение задается таблицей 6.1 ниже:
Отношение находится в 3НФ, однако содержит аномалию удаления. Если Петрова удалить из команды наблюдения, то будет потеряна информация о том, что Леонтьев является руководителем команды наблюдения, и при назначении нового члена экипажа в команду наблюдения не будет известно, что у нее есть еще один руководитель, кроме Прохорова. Заметим, что в предыдущих случаях разбиение отношений происходило без создания избыточности данных из-за обратной зависимости атрибута на часть ключа. Приведение отношения к НФБК заключается в создании дополнительного отношения, содержащего сведения о руководителях команд (таблица 6.2).
Результат приведения отношения КОМАНДА к НФБК представлен на рис. 6.5.  Рис. 6.5. Отношение в НФБК Четвертая нормальная форма Отношение находится в четвертой нормальной форме (4НФ), если оно находится в 3НФ или НФБК и все независимые многозначные ФЗ разнесены в отдельные отношения с одним и тем же ключом. Иными словами, 4НФ применяется при наличии в отношении более чем одной многозначной ФЗ и требует, чтобы отношение не содержало независимых многозначных ФЗ. Пример. Приведение к 4НФ Рассмотрим отношение, содержащее сведения о кораблях (Ship), совершаемых ими рейсах (Voyage) и капитанах (Captain) (задано таблицей 6.3). Отношение представлено в таблице ниже и на рис. 6.6.
 Рис. 6.6. Отношение с многозначными зависимостями Отношение находится в НФБК и содержит только многозначные ФЗ. Однако имеет место аномалия удаления: если капитан Петров уйдет в отставку и все кортежи о нем будут удалены, то будут потеряны сведения о том, что корабль Жучка совершает рейсы Санкт-Петербург - Марсель. Если добавить новый рейс, то, возможно, придется ввести несколько кортежей в наше отношение. Приведение отношения к 4НФ заключается в выделении для каждой многозначной ФЗ своего отношения, как показано на рис. 6.7.  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||