Нормализация отношений в базе данных

Тема 5. Нормализация отношений в базе данных

 

Цель:  Дать понятие и назначение  нормализации отношений. Выявить сложности обработки отношений, находящихся в первой и второй нормальной формах. Освоить алгоритм нормализации отношений.

 

План

  1. Понятие нормализации отношений
  2. Первая нормальная форма
  3. Вторая нормальная форма
  4. Третья нормальная форма.
  5. Алгоритм нормализации (приведение к 3нф)
  6. Анализ критериев для нормализованных и ненормализованных моделей данных

 

  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.

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

 

  1. Первая нормальная форма (1нф)

 

Первая нормальная форма (1НФ) – это обычное отношение. Согласно нашему определению отношений, любое отношение автоматически уже находится в 1НФ. Напомним кратко свойства отношений (это и будут свойства 1НФ):

  • В отношении нет одинаковых кортежей.
  • Кортежи не упорядочены.
  • Атрибуты не упорядочены и различаются по наименованию.
  • Все значения атрибутов атомарны.

 

  1. Вторая нормальная форма (2 нф)

 

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 в экземпляре информационного объекта определенному значению ключевого реквизита соответствует только одно значение описательного реквизита.

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

Т.е.  если  часть описательных  реквизитов  полностью  зависит от составного ключа, а  другие  описательные реквизиты  этого  же объекта, зависят только  от  части составного  ключа, то такая  зависимость не является  функционально-полной.

Отношение будет находиться во второй нормальной форме, тогда и только тогда,  когда оно находится в первой нормальной форме, и нет неключевых атрибутов, зависящих от части составного ключа. (т.е. каждый неключевой атрибут функционально полно зависит от составного ключа.)

 

  1. Третья нормальная форма (3 нф)

 

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.

Описательные атрибуты называются взаимно независимыми, если ни один из них не является функционально зависимым от другого.

 

Отношение будет находиться в третьей нормальной форме, если оно находится во второй нормальной форме, и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа  (т.е. все описательные  атрибуты  взаимно  независимы).

 

  1. Алгоритм нормализации (приведение к 3нф)

 

Итак, алгоритм нормализации (т.е. алгоритм приведения отношений к 3НФ) описывается следующим образом.

Шаг 1 (Приведение к 1НФ). На первом шаге задается одно или несколько отношений, отображающих понятия предметной области. По модели предметной области (не по внешнему виду полученных отношений!) выписываются обнаруженные функциональные зависимости. Все отношения автоматически находятся в 1НФ.

Шаг 2 (Приведение к 2НФ). Если в некоторых отношениях обнаружена зависимость атрибутов от части сложного ключа, то проводим декомпозицию этих отношений на несколько отношений следующим образом: те атрибуты, которые зависят от части сложного ключа выносятся в отдельное отношение вместе с этой частью ключа. В исходном отношении остаются все ключевые атрибуты  и остаток  описательных.

Шаг 3 (Приведение к 3НФ). Если в некоторых отношениях обнаружена зависимость некоторых неключевых атрибутов от других неключевых атрибутов, то проводим декомпозицию этих отношений следующим образом: те неключевые атрибуты, которые зависят других неключевых атрибутов выносятся в отдельное отношение. В новом отношении ключом становится детерминант функциональной зависимости.

 

  1. Анализ критериев для нормализованных и ненормализованных моделей данных

 

Соберем воедино результаты анализа критериев (таблица 10), по которым мы хотели оценить влияние логического моделирования данных на качество физических моделей данных и производительность базы данных:

 

Таблица 10 – Результаты анализа критериев для нормализованных и ненормализованных моделей данных

 

Критерий Отношения слабо нормализованы

(1НФ, 2НФ)

Отношения сильно нормализованы

(3НФ)

Адекватность базы данных предметной области ХУЖЕ (-) ЛУЧШЕ (+)
Легкость разработки и сопровождения базы данных СЛОЖНЕЕ (-) ЛЕГЧЕ (+)
Скорость выполнения вставки, обновления, удаления МЕДЛЕННЕЕ (-) БЫСТРЕЕ (+)
Скорость выполнения выборки данных БЫСТРЕЕ (+) МЕДЛЕННЕЕ (-)

 

Как видно из таблицы, более сильно нормализованные отношения оказываются лучше спроектированы (три плюса, один минус). Они больше соответствуют предметной области, легче в разработке, для них быстрее выполняются операции модификации базы данных. Правда, это достигается ценой некоторого замедления выполнения операций выборки данных.

 

Контрольные вопросы

 

  1. Что такое нормализация отношений?
  2. Какое отношение находится в первой нормальной форме?
  3. Какие сложности возникают при обработке данных, если отношение находится в первой нормальной форме?
  4. Дайте определение функциональной и функционально-полной зависимости атрибутов (реквизитов).
  5. В каком случае можно говорить, что отношение находится во второй нормальной форме?
  6. Что такое декомпозиция отношений? С какой целью она проводится?
  7. Какие сложности возникают при обработке данных, если отношение находится во второй нормальной форме?
  8. Что такое транзитивная зависимость атрибутов (реквизитов)?
  9. В каком случае можно говорить, что отношение находится в третьей нормальной форме?

Опишите последовательность действий приведения отношения к третьей нормальной форме.

Автор публикации

не в сети 4 дня

Администратор ресурса

3
Здравствуйте. Если у Вас возникают какие-либо вопросы касательно работы сайта, то вы можете написать на электронную почту admin@learn-more.kz
Комментарии: 23Публикации: 219Регистрация: 25-01-2017
Администратор ресурса

Здравствуйте. Если у Вас возникают какие-либо вопросы касательно работы сайта, то вы можете написать на электронную почту admin@learn-more.kz

Добавить комментарий