Тема: Теорія нормалізації відношень

Мета: вивчення теорії нормалізації відносин БД

План

1. Визначення «Нормалізація відносин»

2. Склад атрибутів відносин БД

Нормалізація відносин - це ітераційний зворотний процес декомпозиції початкового відносини на декілька більш простих відносин меншої розмірності. Під возвратностью процесу розуміють те, що операція об'єднання відносин, отриманих в результаті декомпозиції, повинна дати початкове ставлення. У результаті нормалізації склад атрибутів відносин БД повинні відповідати таким вимогам:

ÿ між атрибутами повинні виключатися небажані функціональні залежності;

ÿ групування атрибутів не повинно мати збиткового дублювання даних;

ÿ забезпечувати обробку та обнобновленіе атрибутів без ускладнень.

Апарат нормалізації був розроблений американським вченим Е.Ф. Коддом. Кожна нормальна форма обмежує тип допустимих залежностей між атрибутами. Кодд виділив три нормальних форми (скорочена назва 1НФ, 2НФ і ЗНФ). Цілковита з них - це ЗНФ. Тепер вже відомі і певні 4НФ, 5НФ. Нормалізація відносин виконується за кілька кроків (рис. 1).

1-й крок (1-я ітерація) - зведення відносин до першої нормальної форми (1НФ). Ставлення в 1 НФ повинні відповідати таким вимогам:

ÿ всі атрибути відносини повинні бути атомарними, тобто неподільними;

ÿ всі рядки таблиці повинні бути однакової структури, тобто мати одне і те ж кількість атрибутів з однаковими іменами;

ÿ імена стовпців повинні бути різними, а значення однорідними (мати однаковий формат);

ÿ порядок рядків у таблиці неістотний.

Кожне відношення БД містить як структурну, так і семантичну інформацію. Структурна інформація задається схемою відносини, а семантична висловлює функціональні зв'язки між атрибутами.

2-й крок (2-а ітерація) нормалізації виявляє ключі, атрибути та аналізує відповідні залежності з метою вилучення неповних функціональних залежностей.

Визначення 1. Атрибут Б функціонально залежить від А відносно R тоді, коли в кожен момент часу одному й тому ж значенню А відповідає не більше ніж одне значення Б. Функціональної залежності відповідає ставлення 1:1 між атрибутами.

Визначення 2. Атрибут знаходиться в повній функціональної залежності, якщо він залежить від усього ключа й не залежить від його складових.

3й крок (3-я ітерація) нормалізації - це вилучення транзитивних залежностей. Ставлення в 2 НФ повинні аналізуватися на предмет присутності транзитивних залежностей.

Транзитивна залежність - це залежність між неключових атрибутами. Транзитивні залежності вилучаються також за допомогою декомпозиції відносини на інші два або більше відносин, які не містять транзитивних відносин та об'єднання яких дасть початкове ставлення.

4-й крок (4-я ітерація) нормалізації виконує аналіз на присутність незалежних багатозначних залежностей у відношенні. Якщо вони є, то виконується декомпозиція відносини.

Багатозначна залежність - це різновид функціональної залежності. Атрибут В знаходиться в багатозначною залежно від атрибута А, тоді коду одного значення атрибута А відповідає багато значень атрибуту В. Наприклад, поміж атрибутами код структурного підрозділу: табельний номер = 1: Б, так як в одному підрозділі може працювати багато співробітників. Тобто багатозначною залежності відповідає відношення 1: Б між атрибутами.

Існують поняття тривіальної і нетривіальною багатозначною залежності.

Залежність типу X ®> У і У ®> Х є тривіальною, а залежність X ®> У і У # ®> X - нетривіальною. Присутність нетривіальних багатозначних залежностей у схемі відносини і незалежність їх правих частин зумовлюють комбінаторики правих частин відносини.

Визначення 3. Відношення R міститься в 4 НФ, коли в структурі багатозначною залежності, яка визначається на множині атрибутів, є лише тривіальні або такі нетривіальні багатозначні залежності, у яких ліва частина будь-якої з них є ключем.

Декомпозиція початкового відносини на кілька інших повинні гарантувати його звернення, тобто забезпечувати одержання початкової відносини об'єднанням відносин, знайдених в результаті декомпозиції.

Проте не завжди декомпозиція гарантує звернення. Відношення, яке містить більше трьох багатозначних залежностей, потребує спеціальних заходах щодо забезпечення обігу декомпозиції. Для цього існує 5 НФ. При декомпозиції з 4 НФ отримують такі проекції, щоб кожна з них містила не менш ніж один можливий ключ і щонайменше один неключових атрибут початкового відносини.

5 НФ усуває надмірність і разом з тим аномалії поповнення БД. Нормалізація відносин скасовує між атрибутами такі залежності: неповні функціональні, транзитивні, нетривіальні (незалежні) багатозначні. Усуваючи ці залежності, виключаємо дублювання даних і можливість виникнення аномалій при виконанні операцій поповнення, заміни та вилучення даних з БД. Крім того, нормалізована база даних вимагає значно менше пам'яті для її збереження, ніж ненормалізоване база даних.

Контрольні запитання:

1. Що таке «нормалізація відносин»?

2. Хто першим придумав апарат нормалізації відносин?

3. Що таке перша нормальна форма (1НФ)?

4. Що таке друга нормальна форма (2НФ)?

5. Що таке третя нормальна форма (3НФ)?

6. Що таке четверта нормальна форма (4НФ)?

7. Що таке п’ята нормальна форма (5НФ)?

Література:

1. Електроний ресурс: http://ru.wikipedia.org/wiki/Нормальная_форма

2. Електроний ресурс: http://www.citforum.idknet.com/database/dblearn/dblearn06.shtml