Четвертая нормальная форма (4НФ).

Введём понятие многозначной зависимости. Многозначная зависимость существует, если заданным значениям атрибута X соответствует множество, состоящее из нуля (или более) значений атрибута Y (X–»Y). Если в отношении присутствуют многозначные зависимости, то схема отношения должна находиться в 4НФ.

Различают тривиальные и нетривиальные многозначные зависимости. Тривиальной называется такая многозначная зависимость X–»Y, для которой Y d X или X U Y = R, где R – рассматриваемое отношение. Тривиальная многозначная зависимость не нарушает 4НФ. Если хотя бы одно из двух этих условий не выполняется (т.е. Y не является подмножеством X или X U Y состоит не из всех атрибутов R), то такая многозначная зависимость называется нетривиальной.

Отношение находится в 4НФ, если оно находится в 3НФ и в нем отсутствуют нетривиальные многозначные зависимости.

Для отношения КНИГИ–АВТОРЫ–РЕДАКТОРЫ (табл. 3.4) атрибуты Author и Editor зависит образуют две многозначные зависимости от первичного ключа, и при этом значения этих атрибутов не зависят друг от друга. Поэтому для приведения отношения к 4НФ нужно разбить его на два отношения КНИГИ–АВТОРЫ и КНИГИ–РЕДАКТОРЫ (табл. 3.7, 3.8).

Таблица 3.7. Отношение КНИГИ–АВТОРЫ (4НФ)

ID	Author
200	Бочков С.
200	Субботин Д.
100	Джехани Н.
300	Крон Г.
876	Гик Е.Я.
385	Фролов Г.
385	Кузнецов Э.

.

Таблица 3.8. Отношение КНИГИ–РЕДАКТОРЫ (4НФ)

ID	Editor
200	Садчиков П.
300	Баранов А.
876	Кикоин И.
876	Капица С.
440	Витенберг А.
385	Храмов А.
385	Рожков П.

Оборудование

Персональный компьютер с установленной операционной системой Windows XP/7/8, браузер (Например, Internet Explorer, Google Chrome, Opera), СУБД Oracle.

Задание на работу

1. Изучить вопросы теории нормализации, условия нахождения отношения в той или иной нормальной форме

2. Выполнить процедуру построения реляционной модели данных из ER-модели, построив необходимый набор отношений. Определить состав атрибутов отношений.

3. Определить первичные и внешние ключи отношений.

4. Выполнить шаги по нормализации полученных отношений, приведя модель к третьей нормальной форме.

5. Задать необходимые декларативные ограничения целостности исходя из специфики предметной области.

6. Представить связи между первичными и внешними ключами в виде вертикальной диаграммы.

7. Средствами имеющейся СУБД создать спроектированную базу данных, ее таблицы, задать необходимые ограничения целостности.

7. Контрольные вопросы

1. Каковы задачи, решаемые на этапе логического проектирования?

2. Каковы базовые свойства реляционной модели данных?

3. В чем состоят требования структурной части реляционной модели данных?

4. В чем состоят требования манипуляционной части реляционной модели данных?

5. В чем состоят требования целостной части реляционной модели данных?

6. Каковы общие свойства нормальных форм?

7. Что такое функциональная, функционально полная зависимость?

8. Каковы условия нахождения отношений в первой нормальной форме?

9. Каковы условия нахождения отношений во второй нормальной форме?

10. Каковы условия нахождения отношений в третьей нормальной форме?

11. Каковы условия нахождения отношений в третьей усиленной нормальной форме?

12. Что понимается под многозначной зависимостью?

13. Каковы условия нахождения отношений в четвертой нормальной форме?

14. В чем состоят общие требования обеспечения ограничений целостности?

Практическая работа №5

Физическое проектирование БД

Цель и задачи работы

Целью практической работы является получения навыков проектирования БД на физическом уровне.

 

Порядок выполнения работы

- ознакомится с теоретическими сведениями;

- выполнить задание;

- оформить отчет;

- ответить на контрольные вопросы, заданные преподавателем.

 

Оформление отчета

Отчет должен содержать: титульный лист, цель работы, описание пунктов выполнения лабораторной работы в соответствии с заданием, ответы на контрольные вопросы и выводы по работе.

Теоретические сведения

Этап физического проектирования заключается в увязке логической структуры БД и физической среды хранения с целью наиболее эффективного размещения данных, т.е. отображении логической структуры БД в структуру хранения. Решается вопрос размещения хранимых данных в пространстве памяти, выбора эффективных методов доступа к различным компонентам "физической" БД. Результаты этого этапа документируются в форме схемы хранения на языке определения хранимых данных. Принятые на этом этапе решения оказывают определяющее влияние на производительность системы.

Фактически проектирование БД имеет итерационный характер. В процессе функционирования системы становится возможным измерение её реальных характеристик, выявление "узких" мест. И если система не отвечает предъявляемым к ней требованиям, то обычно она подвергается реорганизации, т.е. модификации первоначально созданного проекта.

Важным шагом на данном этапе необходимо проработать вопрос использования индексов.

В системах, поддерживающих язык SQL, индекс создаётся командой CREATE INDEX. Индексы повышают производительность запросов, которые выбирают относительно небольшое число строк из таблицы. Для определения целесообразности создания индекса нужно проанализировать запросы, обращённые к таблице, и распределение данных в индексируемых столбцах.

Система может воспользоваться индексом по определённому полю, если в запросе на значение этого поля накладывается условие, например:

SELECT * FROM authors WHERE name = 'Даль';

Но даже при наличии такой возможности система не всегда обращается к индексу. Очевидно, что если запрос выбирает больше половины записей отношения, то извлечение данных через индекс потребует больше времени, чем последовательная обработка данных. В подобных случаях использование индекса нецелесообразно.

Обращение к составному индексу возможно только в том случае, если в условиях выбора участвуют столбцы, представляющие собой лидирующую часть составного индекса. Например, если индекс строится по столбцам (X, Y, Z), то обращение к индексу будет происходить в тех случаях, когда в условии запроса участвуют столбцы XYZ, XY или X.

При создании индекса большое значение имеет понятие селективности. Селективность определяется процентом строк, имеющих одинаковое значение индексируемого столбца: чем выше этот процент, тем меньше селективность.

Выбор индексируемых столбцов определяется следующими соображениями:

· В первую очередь выбираются столбцы, которые часто встречаются в критериях поиска.

· Стоит индексировать столбцы, которые используются для соединения таблиц или являются внешними ключами. В последнем случае наличие индекса позволяет обновлять строки подчиненной таблицы без блокировки основной таблицы, когда происходит интенсивное конкурентное обновление связанных между собою таблиц.

· Нецелесообразно индексировать столбцы с низкой селективностью. Если селективность столбца низкая, то индексирование проводится только в том случае, если выборка чаще производится по редко встречающимся значениям.

· Не индексируются столбцы, которые часто обновляются, т.к. команды обновления ведут к потере времени на обновление индекса.

· Не индексируются столбцы, которые часто используются как аргументы функций или выражений: как правило, такие функции не позволяют использовать индекс.

Необходимо произвести экспериментальные исследования, показывающие повышение (или снижение) быстродействия индексированной базы данных при выборке/добавлении/удалении данных. Исследования производить многократным выполнением повторяющихся запросов со случайными параметрами. На основании результатов исследования сделать выводы о необходимости индексирования тех или иных столбцов таблиц базы данных.

 

Оборудование

Персональный компьютер с установленной операционной системой Windows XP/7/8, браузер (Например, Internet Explorer, Google Chrome, Opera), СУБД Oracle.

Задание на работу

Cпроектировать БД, выбранной предметной области (см. предыдущие практические работы), на физическом уровне.

7. Контрольные вопросы

1. Что собой представляет физическая модель базы данных?

2. Способы создания таблиц в  Oracle? Что такое поля базы данных? И основные свойства.

3. Использование полей подстановок при создании таблиц.

4. Как создается схема данных? Как связываются таблицы между собой?

Практическая работа №6