Описание предметной области базы данных. Нормализация концептуальной модели

ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ БАЗЫ ДАННЫХ. Нормализация концептуальной модели

НФ, 2НФ, 3НФ, Бойса-Кодда.

 

Цель работы: Получить теоретические знания и практические навыки проектирования баз данных (БД). Привести анализ схем отношений с точки зрения соответствия структуры БД нормальным формам.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Нормальные формы отношений

Во второй лабораторной работе мы рассматривали описание таблицы БД (рис. 3.1.) и выяснили, что первичный ключ - это атрибут, уникально идентифицирующий отдельные экземпляры типа сущности, т.е. если считать, что сущность преобразовывается в таблицу, то первичный ключ - это поле уникально идентифицирующее запись.

Рис. 3.1. Описание таблицы БД

 

Также разобрали четыре типа связи между классами объектов: «один к одному» (1:1); «один ко многим» (1:М); «многие к одному» (М:1) и «многие ко многим» (М:М). Причем желательно при создании БД использовать связи типа «один к одному», «многие к одному» или «один ко многим».

Связь «многие к одному» при создании БД физически обычно организуется путем введения дополнительного поля в таблицу со стороны «много». Это поле называется внешний ключ. На рис. 3.2. код группы - внешний ключ.

В процессе проектирования базы данных возникают вопросы: хорошо ли спроектированы отношения между сущностями? Правильно ли они отражают предметную область?

 

Рис. 3.2. Введение внешнего ключа в БД

 

На стадии физической реализации базы данных отношения преобразуются в таблицы, атрибуты становятся столбцами таблиц, для ключевых атрибутов создаются уникальные индексы, домены преображаются в типы данных, принятые в конкретной СУБД.

При этом также возникают вопросы: хорошо ли спроектированы таблицы? Правильно ли выбраны индексы?

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть понятие нормальной формы.

Домен.

Реляционная база данных содержит как структурную, так и семантическую информацию.

Домен является наименьшей семантической единицей данных, которая предполагается отдельным значением данных (таким как номер студента, фамилия студента и т.д.). Такие значения называют скалярами. Скалярные значения представляют собой наименьшую семантическую единицу данных в том смысле, что они являются атомарными: в реляционной модели у них отсутствует внутренняя структура. Следует обратить внимание, что отсутствие внутренней структуры при рассмотрении в реляционной модели вовсе не значит, что внутренняя структура отсутствует вообще. Например, название города имеет внутреннюю структуру (оно состоит из последовательности букв) однако, разложив название по буквам мы потеряем значение. Значение станет понятным лишь в том случае, если буквы сложены вместе и в правильной последовательности.

Таким образом, домен – именованное множество скалярных значений одного типа. Например, домен городов это множество всех возможных названий городов. Домены являются общими совокупностями значений, из которых берутся реальные значения атрибутов.

 

Функциональные зависимости.

Структура базы данных определяется числом и видом включенных в нее отношений, и связями типа "один ко многим", существующими между кортежами этих отношений. Семантическая часть описывает множество функциональных зависимостей, существующих между атрибутами этих отношений. Дадим определение функциональной зависимости.

Определение:

Если даны два атрибута X и Y некоторого отношения, то говорят, что Y функционально зависит от X, если в любой момент времени каждому значению X соответствует ровно одно значение Y.

Функциональная зависимость обозначается X -> Y. Отметим, что X и Y могут представлять собой не только единичные атрибуты, но и группы, составленные из нескольких атрибутов одного отношения.

Можно сказать, что функциональные зависимости представляют собой связи типа "один ко многим", существующие внутри отношения.

Некоторые функциональные зависимости могут быть нежелательны.

Определение:

Избыточная функциональная зависимость - зависимость, заключающая в себе такую информацию, которая может быть получена на основе других зависимостей, имеющихся в базе данных.

Корректной считается такая схема базы данных, в которой отсутствуют избыточные функциональные зависимости. В противном случае приходится прибегать к процедуре декомпозиции (разложения) имеющегося множества отношений. Обратимый пошаговый процесс замены данной совокупности отношений другой схемой с устранением избыточных функциональных зависимостей называется нормализацией.

Условие обратимости требует, чтобы декомпозиция сохраняла эквивалентность схем при замене одной схемы на другую, т.е. в результирующих отношениях:

· не должны появляться ранее отсутствовавшие кортежи;

· на отношениях новой схемы должно выполняться исходное множество функциональных зависимостей.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

2.1. Выбор задания

Продолжаем выполнение задания из лабораторных работ №1 и №2 выбранного из таблицы 3.2. (см. Приложение). Вариант задания соответствует номеру студента в списке учебной группы. Для всех последующих лабораторных работ вариант остается неизменным. Каждый студент продолжает разрабатывать свой вариант предметной области, по которому должен быть проведен анализ схем отношений с точки зрения соответствия структуры БД нормальным формам.

 

Анализ схем отношений.

На основании ранее выбранного варианта и таблиц 1.1-1.3 из лабораторной работы №1 и инфологической модели из лабораторной работы №2 необходимо:

· провести анализ схем отношений с точки зрения соответствия структуры БД нормальным формам: 1НФ, 2НФ, 3НФ и нормальной форме Бойса-Кодда,

· если БД не соответствует нормальной форме, следует обосновать это несоответствие,

· заполнить табл. 3.1.

 

Таблица 3.1. Список связей ПО.

 

N п.п.	Наименование связи	Сущности, участвующие в связи	Первичный ключ	Вид нормальной формы

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название и цель работы.

2. Анализ схем отношений с точки зрения соответствия структуры БД нормальным формам (табл. 3.1.).

3. Выводы

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое домен?

2. Какие существуют нормальные формы отношений?

3. Что такое 1НФ?

4. Дайте определение 2НФ.

5. Что такое 3НФ?

6. Дайте определение нормальной форме Бойса-Кодда.?

7. Что такое внешний ключ?

8. Как построен алгоритм нормализации, описанный Е.Ф.Коддом?

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

Таблица 3.2. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ.

Номер варианта	Название темы	Номер варианта	Название темы
	«Автошкола»		«Конференция»
	«Аэропорт»		«Железнодорожный вокзал»
	«Морские грузоперевозки»		«Автовокзал»
	«Посредническое агентство»		«Трамвайно-троллейбусное управление»
	«Детская больница»		«Жилищное хозяйство»
	«Конкурс спортивно-бальных танцев»		«Горводоканал»
	«Хирургическое отделение»		«Электросеть»
	«Стоматология»		«Газоснабжение»
	«Видеотека»		«Теплосеть»
	«Европейский клубный футбол»		«Кондитерский магазин»
	«Ипподром»		«Автотранспортное предприятие»
	«Секция тяжелой атлетики»		«Налоговая инспекция»
	«Летный клуб ДОСААФ»		«Частная поликлиника»
	«Клуб альпинистов»
	«Секция легкой атлетики»

 

 

ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ БАЗЫ ДАННЫХ. Нормализация концептуальной модели

НФ, 2НФ, 3НФ, Бойса-Кодда.

 

Цель работы: Получить теоретические знания и практические навыки проектирования баз данных (БД). Привести анализ схем отношений с точки зрения соответствия структуры БД нормальным формам.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Нормальные формы отношений

Во второй лабораторной работе мы рассматривали описание таблицы БД (рис. 3.1.) и выяснили, что первичный ключ - это атрибут, уникально идентифицирующий отдельные экземпляры типа сущности, т.е. если считать, что сущность преобразовывается в таблицу, то первичный ключ - это поле уникально идентифицирующее запись.

Рис. 3.1. Описание таблицы БД

 

Также разобрали четыре типа связи между классами объектов: «один к одному» (1:1); «один ко многим» (1:М); «многие к одному» (М:1) и «многие ко многим» (М:М). Причем желательно при создании БД использовать связи типа «один к одному», «многие к одному» или «один ко многим».

Связь «многие к одному» при создании БД физически обычно организуется путем введения дополнительного поля в таблицу со стороны «много». Это поле называется внешний ключ. На рис. 3.2. код группы - внешний ключ.

В процессе проектирования базы данных возникают вопросы: хорошо ли спроектированы отношения между сущностями? Правильно ли они отражают предметную область?

 

Рис. 3.2. Введение внешнего ключа в БД

 

На стадии физической реализации базы данных отношения преобразуются в таблицы, атрибуты становятся столбцами таблиц, для ключевых атрибутов создаются уникальные индексы, домены преображаются в типы данных, принятые в конкретной СУБД.

При этом также возникают вопросы: хорошо ли спроектированы таблицы? Правильно ли выбраны индексы?

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть понятие нормальной формы.