Нопа. Нормализация реляционной модели данных
 Скачать 0.67 Mb.
|
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТАТема: Нормализация реляционной модели данных Порядок выполнения работы Описать функциональные и транзитивные зависимости между атрибутами исходного отношения. Выявить ключ исходного отношения. Нормализовать исходное отношение методом нормальных форм (привести к третьей нормальной форме). Построить схему данных БД. Оформить отчет по работе. Содержание отчета Титульный лист. Реляционная таблица для заданного варианта. Описание первичных ключей и функциональных зависимостей для заданного отношения (таблицы). Нормализованная реляционная модель до уровня 3НФ с описанием всех этапов проведения анализа исходной таблицы и выполняемых декомпозиций. Для каждой полученной в результате декомпозиции таблицы должны быть описаны все функциональные зависимости. Вывод по результатам работы. Теоретические сведенияНормализация – метод создания набора отношений с заданными свой- ствами на основе некоторых требований к данным. Процесс нормализации – формальный метод для оптимизации столбцов отношений и устранения аномалий. Избыточность данных и аномалии обновления Основная цель проектирования реляционной БД – группирование атрибутов в отношениях таким образом, чтобы минимизировать избыточность данных (сокращение объема вторичной памяти для хранения БД) и повышение надежности при работе с данными. Обычно процесс проектирования отношений реляционной БД ведется на основе разработанной ER-диаграммы или на основе просто здравого смысла разработчика. В общем случае при таком подходе расположение атрибутов в отношениях неоптимальное. При работе с отношениями, содержащими избыточные данные, могут возникать проблемы – аномалии обновления. Аномалии обновления делят на три вида: аномалии вставки – возникают при добавлении новых несогласованных данных (нарушающих целостность данных в отношении); аномалии изменения – возникают при изменении части ранее введенных данных; частичное обновление сведений приведет к нарушению целостности данных отношения; аномалии удаления – возникают при удалении строк из отношений. Обычно для решения проблем избыточности и аномалий выполняется деление отношения на такие отношения, в которых избыточности не будет. Для выполнения такого процесса необходимо выявить все зависимости между атрибутами отношения (потеря одной такой зависимости меняет модель внешнего мира). Функциональные зависимости Выявление смысловой зависимости между данными – один из способов формализации смысловой информации о данных. Функциональная зависимость описывает связь типа «многие-к-одному» между атрибутами отношения, где «много» – детерминант функциональной зависимости. Функциональная зависимость является семантическим свойством атрибутов отношения. Если в отношении R, содержащем атрибуты A и B, атрибут B функционально зависит от атрибута A (А является детерминантом атрибута B) A B, то в каждом кортеже этого отношения каждое конкретное значение атрибута A всегда связано только с одним значением атрибута B. Особенности функциональных зависимостей, лежащие в основе процесса нормализации: функциональная зависимость является специализированным правилом целостности – она накладывает ограничения на допустимые значения атрибутов отношений; эту особенность можно использовать при обновлении БД, т.к. зная, какие функциональные зависимости есть в отношении, можно понять, нарушат ли новые данные целостность данных отношения; функциональная зависимость является обобщением понятия потенциального ключа; функциональные зависимости позволяют определить все потенциальные ключи отношения (и соответственно – первичный ключ): все атрибуты отношения, которые не являются частью первичного (или потенциального) ключа, должны функционально зависеть от этого ключа; если не все остальные атрибуты отношения зависят от некоторого детерминанта, то этот детерминант не является потенциальным ключом этого отношения. Нормальные формы и нормализация методом декомпозиции Нормализация – это формальный метод анализа отношений на основе их первичного ключа и существующих функциональных зависимостей. Суть процесса нормализации: в нормализованных отношениях не разрешаются никакие функциональные зависимости, кроме функциональных зависимостей вида K A, где K – потенциальный ключ отношения R, а A – неключевой атрибут; если же отношение Rимеет функциональные зависимости B A , где B не является потенциальным ключом, то в отношении R будет наблюдаться избыточность данных. В процессе нормализации реляционных отношений применяются концепции нормальных форм. Говорят, что отношение находится в определенной нормальной форме, если оно удовлетворяет правилам этой нормальной формы. В настоящее время используется шесть нормальных форм, которые зависят друг от друга путем усложнения (вложенности) набора правил: 1НФ 2НФ 3НФ НФБК 4НФ 5НФ . Каждая нормальная форма, таким образом, удовлетворяет всем предыдущим нормальным формам. Более высокая нормальная форма приводит к более строгому формату отношения (меньшее число аномалий обновления). Примечание. БД можно построить и на отношениях, находящихся в первой нормальной форме, но такая БД будет сильно подвержена аномалиям и избыточности данных. На практике желательно использовать, как минимум, 3НФ, чтобы устранить большинство аномалий обновления. 1НФ. Отношение находится в 1НФ тогда и только тогда, когда в любом допустимом значении этого отношения каждый кортеж содержит только одно значение для каждого из атрибутов, т.е. это значение не имеет внутренней структуры (множество, таблица и т.п.). Отношения в 1НФ имеют большое количество аномалий обновления. 2НФ. Отношение находится в 2НФ тогда и только тогда, когда оно находится в 1НФ, и каждый атрибут отношения, не входящий в состав первичного ключа, характеризуется полной функциональной зависимостью от этого первичного ключа. Полной функциональной зависимостью называется такая зависимость A B , когда B функционально зависит от A и не зависит ни от какого подмножества A (т.е. удаление какого-либо атрибута из A приведет к утрате этой функциональной зависимости). 2НФ устраняет в отношении частичные функциональные зависимости неключевых атрибутов от первичного ключа, которые выносятся в отдельное отношение вместе с копиями своих детерминантов (частей первичного ключа, от которого они зависят). 3НФ. Отношение находится в 3НФ тогда и только тогда, когда оно находится в 2НФ и не имеет не входящих в первичный ключ атрибутов, которые находились бы в транзитивной функциональной зависимости от этого первичного ключа. Транзитивной функциональной зависимостью называется зависимость A C , если существуют зависимости A B и B C(говорят, что атрибут C транзитивно зависит от A через атрибут B), при условии, что атрибут A функционально не зависит ни от атрибута B, ни от атрибута C. 3НФ устраняет в отношении транзитивные функциональные зависимости неключевых атрибутов от первичного ключа, которые выносятся в отдельное отношение вместе с копиями своих детерминантов. В 3НФ устранено большинство аномалий от первичного ключа, но отношение в этой форме имеет аномалии в случае наличия более чем одного потенциального ключа. Декомпозиция – формирование отношений БД путем разделения их на более мелкие, если эти отношения не выполняют правила необходимой нормальной формы. Рекомендации по выполнению работыЭтап 1. Выделить функциональные зависимости для каждого отношения исходной реляционной схемы. Проверить практический смысл выделенных функциональных зависимостей. Этап 2. Для каждого отношения (включая и вновь создаваемые) последовательно применить правила нормальных форм. При несоблюдении текущего правила в отношении выполнить его декомпозицию (удалить проблемный атрибут из отношения с образованием нового отношения, первичным ключом которого будет детерминант рассматриваемой функциональной зависимости (этот атрибут только копируется в новое отношение)). Нормализованное отношение должно удовлетворять как минимум 3НФ. Этап 3. Для полученной нормализованной реляционной схемы проверить смысл ссылок. Этап 4. Реализовать полученные реляционные отношения в виде таблиц в среде целевой СУБД. Этап 5. Оформить отчет по работе. Пример приведения отношения к 3НФ Рассмотрим отношение «Экзаменационная ведомость»
Первичный ключ таблицы состоит из атрибутов: Код студента, Код экзамена Отношение находится в первой нормальной форме (1НФ), если все атрибуты отношения принимают простые значения (атомарные или неделимые), не являющиеся множеством или кортежем из более элементарных составляющих. Наше отношение не находится в 1НФ. Приведем отношение к 1НФ:
Для исследования наличия 2НФ следует проанализировать функциональные зависимости между атрибутами отношения. Единственный способ определить функциональные зависимости – внимательно проанализировать семантику (смысл) атрибутов. Примеры функциональных зависимостей для отношения ЭКЗАМЕНАЦИОННАЯ ВЕДОМОСТЬ: Код студента → Фамилия Код студента, Код экзамена → Оценка Код экзамена → Дата Код экзамена → Предмет Отношение находится в 2НФ, если оно находится в 1НФ и каждый неключевой атрибут зависит от всего первичного ключа (не зависит от части ключа). Отношение находится в 3НФ, если оно находится в 2НФ и каждый ключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа. Отношение находится в 3НФ в том и только том случае, если все неключевые атрибуты отношения взаимно независимы и полностью зависят от первичного ключа. Продолжим рассмотрение примера с отношением ЭКЗАМЕНАЦИОННАЯ ВЕДОМОСТЬ. Для более краткой записи процесса нормализации введем следующие обозначения: КС – код студента, КЭ – код экзамена, Ф – фамилия, П – предмет, Д – дата, О – оценка. Наше отношение примет вид: R=( КС, КЭ, Ф, П, Д, О ) Выпишем функциональные зависимости: КС, КЭ → Ф, П, Д, О (КС, КЭ - первичный ключ отношения, все неключевые атрибуты зависят от первичного ключа) При этом некоторые атрибуты зависят не от всего ключа в целом: КЭ → П КЭ → Д (предмет и дата зависят только от кода экзамена) КС → Ф (фамилия студента зависит тольео от кода студента) В соответствии с определением, отношение находится во второй нормальной форме (2НФ), если оно находится в 1НФ и каждый неключевой атрибут зависит от первичного ключа и не зависит от части ключа. Здесь атрибуты П, Д, Ф зависят от части ключа. Чтобы избавиться от этих зависимостей необходимо произвести декомпозицию отношения. Выделим неполные зависимости в отдельные отношения. Если какие-то атрибуты зависят от одной части ключа, объединяем их в одну таблицу. Получим отношение R1(КС, Ф) - это отношение находится в 2 НФ, так как ключ отношения простой и частичной зависимости быть не может. Так как в этом отношении нет транзитивных зависимостей, отношение R1(КС, Ф) находится в 3НФ. Второе отношение R2(КЭ, П, Д) - зависимости неключевых атрибутов от части ключа нет, следовательно отношение находится в 2НФ. Транзитивных зависимостей в этом отношении также нет, следовательно отношение находится в 3НФ. Исходное отношение приведено к виду: R(КС, КЭ, О). Из него выведены неключевые атрибуты, зависящие от части ключа. Неключевой атрибут О зависит от ключа КС, КЭ в целом, а не от его части. Значит, это отношение находится в 2НФ. Транзитивные зависимости отсутствуют, то есть отношение находится в 3НФ. Таким образом все полученные отношения находятся в 3НФ. Между таблицами установлены связи, как показано на рис. 1.  Рис. 1. Полученная реляционная модель (нормализованная) Использованы следующие обозначения: id_st – код студента; surname – фамилия; id_ex – код экзамена; subject – предмет; date – дата; mark – оценка. Практическая работа 1 Тема: «Нормализация отношений в базе данных» Задание к работе: Описать функциональные и транзитивные зависимости между атрибутами исходного отношения. Выявить ключ исходного отношения. Нормализовать исходное отношение методом нормальных форм (привести к третьей нормальной форме). Построить схему данных БД. Вариант 1 – отношение «Морские перевозки»
Практическая работа 1 Тема: «Нормализация отношений в базе данных» Задание к работе: Описать функциональные и транзитивные зависимости между атрибутами исходного отношения. Выявить ключ исходного отношения. Нормализовать исходное отношение методом нормальных форм (привести к третьей нормальной форме). Построить схему данных БД. Вариант 2 – отношение «Контрагенты»
Практическая работа 1 Тема: «Нормализация отношений в базе данных» Задание к работе: Описать функциональные и транзитивные зависимости между атрибутами исходного отношения. Выявить ключ исходного отношения. Нормализовать исходное отношение методом нормальных форм (привести к третьей нормальной форме). Построить схему данных БД. Вариант 3 – отношение «Отдел кадров»
Практическая работа 1 Тема: «Нормализация отношений в базе данных» Задание к работе: Описать функциональные и транзитивные зависимости между атрибутами исходного отношения. Выявить ключ исходного отношения. Нормализовать исходное отношение методом нормальных форм (привести к третьей нормальной форме). Построить схему данных БД. Вариант 4 – отношение «Ведомость расходов»  |