отношения не удовлетворяющие 1нф

Почему ненормализованные отношения неудобны? Вспомните, что значения атрибутов считаются атомарными. Это означает, что их нельзя препарировать, разделяя на составные части. Например, невозможно определить, что Иванов подписывается на Известия, но можно найти тех, кто подписывается сразу на Правду, Известия и Коммерсант (но не на Известия, Правду, и Коммерсант).

Для получения первой нормальной формы (сокращенно, 1НФ или 1NF) необходимо преобразование, обеспечивающее атомарность атрибутов. Выписываем по одной строке для каждого издания и каждого подписчика (таблица 5.4). Естественно, мы вынуждены повторять фамилии лиц, подписавшихся более чем на одно издание. Иванов у нас повторен трижды. Но теперь ключом становятся оба столбца. То есть все столбцы отношения ключевые. Получена первая нормальная форма.

Использованный способ нормализации до 1НФ называется выравниванием таблицы.

Иногда говорят, что нормализация необходима для минимизации объема базы. Но при переходе к 1НФ мы увеличили избыточность. На самом деле, нормализация нужна для устранения аномалий.

Остается дать определения. Их будет два: 1НФ через атрибуты, 1НФ через ключи.

Определение (1НФа (через атрибуты)). Сущность (отношение) находится в 1НФ, если значения всех ее атрибутов атомарны.

Определение (1НФк (через ключи)). Сущность (отношение) находится в 1НФ, если она имеет ключ.

На самом деле, из определения через атрибуты следует определение через ключи.

Утверждение. Из определения 1НФа следует определение 1НФк.

Доказательство. В самом деле, по определению реляционного отношения кортежи в отношении не повторяются, а если еще атрибуты атомарны, то ключ в крайнем случае образуют все атрибуты, то есть ключ всегда существует.

Замечание. Обратное утверждение не верно, из-за существования непервой нормальной формы.

Для того, чтобы получить правила приведения к 1НФ рассмотрим пример (рисунок 5.5). Кстати, почему я все время отсылаю вас к примерам? Потому что для человека мышление по образцам более естественно, чем мышление с помощью логики.

Есть еще атрибут «Дата зачисления или увольнения». Как узнать какая дата записана, если она одна? Понятно, можно написать: «1 марта 2010 уволен». Но, наверное, такие вольности приведут к неоправданному усложнению процедурной части программы из-за неатомарных значений.

Давайте сделаем несколько оправданных предположений. Разумнее атрибут «Дата зачисления и увольнения» заменить на два атрибута: «Дата зачисления» и «Дата увольнения» Раз специальностей и телефонов у человека может быть много, давайте считать, что это отдельные сущности. Выделим их, как показано на рисунке 5.2 вверху справа. Число экземпляров у сущностей «Специальность» и «Телефон» может быть любым.

А теперь обратим внимание на один важный нюанс: нас интересуют не специальности и телефоны вообще, а только имеющиеся у данного человека. Значит новые сущности следует привязать к табельному номеру сотрудника с помощью идентифицирующих связей (рисунок 5.2 внизу справа).

Описанный способ приведения к 1НФ называется выделением в отдельные отношения.

Теперь будут понятны следующие правила.

5.4.1 Правила приведения к первой нормальной форме

Для многозначных атрибутов возможны два пути:

Для составных и повторяющихся атрибутов:

Почему связь должна быть идентифицирующей? Потому что выделенные справочные сущности только уточняют свойства основной сущности, и без привязки к экземпляру основной сущности их смысл теряется. Например, на рисунке 5.5 справочная сущность «Специальность» имеет смысл «Специальность данного сотрудника», а без привязки ее смысл определялся как «Специальность вообще», что не соответствует семантике исходной сущности.

Для соединения преобразованной основной сущности со справочными в ERwin подхватываем инструмент «Идентифицирующая связь» («Identifying relationship») и щелкаем сначала по основной сущности, а затем по вспомогательной. В получившейся диаграмме выделим два важных обстоятельства:

Заметим, что приведенные правила приведения, как и все другие, содержат нечеткости. Поэтому в их применении следует соблюдать меру. Так, попытка выделить дополнительную сущность «Издание» в примере в таблице 5.3 приведет в лучшем случае к введению суррогатного ключ, не очень оправданного в этой ситуации.

5.5 Замечание о непервой нормальной форме (Н1НФ, NFNF, NF)

Определим непервую нормальную форму как первую нормальную форму (1НФ) удовлетворяющую условию 1НФк, но не удовлетворяющую условию 1НФа. Для обозначения непервой нормальной формы используют аббревиатуры Н1НФ, NFNF, и даже NF2.

Источник

Хорошие Ручные Руководства Обучающего Времени По Специальности Информационные Технологии

Обучение переводу статей англоязычной документации, статьи про алгоритмы, а также LifeHacks, статьи по Компьютеру и Программированию, Журнал для Детей, Математику и смежные науки Инженерии.

Поиск по этому блогу

Данная статья посвящена нормальным формам базы данных, её видам, преимуществам и недостаткам. В ней рассматриваются 8 форм нормализации и, также, преимущества денормализованной базы данных.

Содержание:

1. Введение

Нормальная форма — свойство отношения в реляционной модели данных, характеризующее его с точки зрения избыточности, потенциально приводящей к логически ошибочным результатам выборки или изменения данных. Нормальная форма определяется как совокупность требований, которым должно удовлетворять отношение. Процесс преобразования отношений базы данных к виду, отвечающему нормальным формам, называется нормализацией. Всего нормальных форм в статье рассматривается восемь. Каждая форма содержит правило улучшения базы данных, каждая следующая форма включает предыдущую и дополняет её. Основной девиз нормализации для всех форм: Don’t Repeat Yourself! (DRY), он также используется и в программировании. Также виды нормализации позволяют не потерять логическую структуру при уменьшении избыточности. Т.е. нормализация направлена на уменьшение дублирования данных, их сжатия, при этом главная задача — потенциально не потерять связь данных.

2. Виды нормальных форм

Рассмотрим восемь видов нормальных форм по их степени силы от самой слабой до самой сильной.

2.1. Первая нормальная форма (1NF)

Переменная отношения находится в первой нормальной форме (1НФ) тогда и только тогда, когда в любом допустимом значении отношения каждый его кортеж содержит только одно значение для каждого из атрибутов. В реляционной модели отношение всегда находится в первой нормальной форме по определению понятия отношение. Что же касается различных таблиц, то они могут не быть правильными представлениями отношений и, соответственно, могут не находиться в 1НФ.

Пример не номальной формы:

Её 1-ая нормальная форма:

2.2. Вторая нормальная форма (2NF)

Переменная отношения находится во второй нормальной форме тогда и только тогда, когда она находится в первой нормальной форме и каждый неключевой атрибут неприводимо (функционально полно) зависит от её потенциального ключа. Функционально полная зависимость означает, что если потенциальный ключ является составным, то атрибут зависит от всего ключа и не зависит от его частей.

Пример не номальной формы:

Её 2-ая нормальная форма, получилось разбиение на две таблицы:

Т.е. это строгая функциаональная зависимость от ключа, зависимость по словарю.

2.3. Третья нормальная форма (3NF)

Переменная отношения находится в третьей нормальной форме тогда и только тогда, когда она находится во второй нормальной форме, и отсутствуют транзитивные функциональные зависимости неключевых атрибутов от ключевых.

Пример не номальной формы:

Её 3-я нормальная форма, получилось разбиение на две таблицы:

В отличие от второй нормальной формы, следует выделить все функциональные зависимости от ключа, чтобы выделить все внешние ключи и их зависимости. Не только прямая зависимость.

2.4. Нормальная форма Бойса — Кодда (BCNF)

Переменная отношения находится в нормальной форме Бойса — Кодда (по другому — в усиленной третьей нормальной форме) тогда и только тогда, когда каждая её нетривиальная и неприводимая слева функциональная зависимость имеет в качестве своего детерминанта некоторый потенциальный ключ.

Пример не номальной формы:

Её нормальная форма Бойса — Кодда, получилось разбиение на две таблицы:

Жирным выделены ключи. Т.е. запись должна иметь обязательно потенциальный ключ, составной, если прямого нет.

2.5. Четвёртая нормальная форма (4NF)

Переменная отношения находится в четвёртой нормальной форме, если она находится в нормальной форме Бойса — Кодда и не содержит нетривиальных многозначных зависимостей.

Пример не номальной формы, T1:

Если нам нужно добавить в эту таблицу новый район доставки, то нам придётся создавать для него все виды доставки. Проще данную таблицу разбить на две таблицы:

Эти таблицы удовлетворяют 3НФ и нормальной форме Бойса — Кодда. Но если в T1 добавилась и цена. То следующая таблица T4, удовлетворяет 4-ой нормальной форме, т.к. новый первичный ключ полностью зависит от цены (помечен жирным):

В результате изменения базы данных, уже у существующих таблиц может измениться 4-ая нормальная форма.

Как общий принцип 4-ой нормальной формы: главное декомпозицией не добавить избыточность и не нарушить целостность.

2.6. Пятая нормальная форма (5NF)

Переменная отношения находится в пятой нормальной форме (иначе — в проекционно-соединительной нормальной форме) тогда и только тогда, когда каждая нетривиальная зависимость соединения в ней определяется потенциальным ключом (ключами) этого отношения.

Для начала рассмотрим термин декомпозиция без потерь.

2.6.1. Декомпозиция без потерь

Пусть есть таблица 1. Таблицы 2 и 3 называются декомпозицией таблицы 1, если они в точности совпадают с ней.

Пусть у нас есть таблица T5 и задача: каждый отдел компании осуществляет определённый вид доставки в стране:

Разобьём её на таблицы Т6 и Т7:

Объединение этих таблиц будет, Т8:

Полученная таблица (T8) не совпадает с исходной (T5). И по определению не является её декомпозицией без потерь.

Теперь рассмотрим следующее разбиение исходной таблицы (T5):

Объединение этих двух таблиц совпадает с исходной (T5), является декомпозицией без потерь. Отношение находится в пятой нормальной форме (иначе — в проекционно-соединительной нормальной форме) тогда и только тогда, когда каждая нетривиальная зависимость соединения в нём определяется потенциальным ключом (ключами) этого отношения.

Любое отношение в 5НФ автоматически находится также в 4НФ и, следовательно, во всех других нормальных формах. 5НФ является окончательной нормальной формой (по крайней мере в контексте операций проекции и соединения).

2.7. Доменно-ключевая нормальная форма (DKNF)

Переменная отношения находится в ДКНФ тогда и только тогда, когда каждое наложенное на неё ограничение является логическим следствием ограничений доменов (типов данных) и ограничений ключей, наложенных на данную переменную отношения.

Ограничение домена — ограничение, предписывающее использовать для определённого атрибута значения только из некоторого заданного домена (типа данных, набора значений). Ограничение по своей сути является заданием перечня (или логического эквивалента перечня) допустимых значений типа и объявлением о том, что указанный атрибут имеет данный тип.

Ограничение ключа — ограничение, утверждающее, что некоторый атрибут или комбинация атрибутов является потенциальным ключом.

Любая переменная отношения, находящаяся в ДКНФ, обязательно находится в 5НФ. Однако не любую переменную отношения можно привести к ДКНФ.

2.8. Шестая нормальная форма (6NF)

Переменная отношения находится в шестой нормальной форме тогда и только тогда, когда она удовлетворяет всем нетривиальным зависимостям соединения. Из определения следует, что переменная находится в 6НФ тогда и только тогда, когда она неприводима, то есть не может быть подвергнута дальнейшей декомпозиции без потерь. Каждая переменная отношения, которая находится в 6НФ, также находится и в 5НФ.

2.9. Вложенность нормальных форм

Вложенность нормальных форм — это отношение понятий ослабленной и усиленной формы по отношению друг к другу. Сила нормы определяется степенью устранения избыточности, сжатия и не потери логической связи

Порядок нормальных форм от самой сильной до самой слабой:

Рис. 1. Вложенность нормальных форм.

3. Преимущества и недостатки нормализации

Рассмотрим преимущества и недостатки нормализации базы данных.

3.1. Денормализация базы данных

Денормализация — это процесс модификации структуры таблиц нормализованной базы данных с целью повышения производительности за счет допущения некоторой управляемой избыточности данных. Единственным оправданием денормализации является попытка повышения скорости работы базы данных или использующей её программы.

Например: записывать в поле данные не по внешнему ключу, а хранить его сразу в таблице с данными, это позволит не выбирать из далеко лежащих в файле лишний раз данные, но существенно увеличит размер базы данных.

Т.е. основной принцип денормализации — хранить данные рядом.

4. Заключение

Как Вы видете процесс разработки базы данных очень сложный и компромисный. Стоит построить базу нормализованной и уже потом приступить к её денолизации, и то, в крайнем случае. Лучше построить базу нормализованной, оптимизировать все запросы и построить для них индексы.

Помните главный принцип нормализации — Don’t Reapeat Yourself (DRY) — устранить дублирование данных и улучшить сжатие, не потеряв целостность данных.

Источник

• ← отношения не складываются с самого начала
• отношения невестки и свекрови как жить в понимании →