13 Дәріс. Функционалды тәуелділітер мен олармен байланысты нормалы формалар

Дәріс мазмқны

- негізгі нормалы формалар.

Дәріс мақсаты:

- функционалды тәуелділік түсініктемесі мен онымен байланысты нормалы формаларды оқу.

13.1 Функционалды тәуелділіктер мен нормалы формалар

Алдында талқыланған категориялық бүтіндік және сілтеме денгейіндегі бүтіндік ережелері реляциялық сұлбаға шектеулерді орнатады. Функциолналдық тәуелділіктер (ФТ) қосымша шектеулерді орнатуға мүмкіндік береді.

Кортеждегі атрибуттың мәні басқа атрибуттың мәнін бір мағналы анықтайтын болса олар арасында фунционалды тәуелділік болады. Жалпы түрде фунционалды тәуелділік келесідей анықталады: егер де R кестеде А және В атрибуттары болса, онда

жазбасы келесіні анықтайды: егер R кестенің екі кортежінде А атрибутының мәндері бірдей болса, онда осы кортеждерде В атрибутының мәндері де бірдей болады. Егер де А және В бөлек тік жолдар емес, тік жол жиынтықтары болса да, осы анықтама орындалады.

Белгілеу келесідей оқылады: А функционалды В-ны анықтайды.

ФТ-ің сол жағындағы атрибут детерминант деп аталады. Кортеждердің басқа атрибуттарының мәндерін анықтайтын атрибут (атрибуттар) мәндері детерминант болып табылады.

Егер де ешқандай кілтті емес атрибуттар кілттің бөлігінен функционалды тәуелді болмаса, реляциялық кесте екінші нормалы формада (2НФ) болады. Сонымен, екінші нормалы форма тек қана кілт құрамды болған кезде бұзылады.

Егер де кесте 2НФ-ны қанағаттандырмаса, әртүрлі аномалиялар (енгізудің, жаңартудың, жоюдың) пайда болады. Аномалиялардан құтылу үшін бастапқы кестені 2НФ-ке сәйкес болатын екі реляциялық кестеге бөлу керек. Осы екі кішілеу кестелер бастапқы кестенің проекциялары болып табылады.

Басқа кестенің кейбір таңдалынған атрибуттарынан тұратын кесте проекция болып табылады.

2НФ-кестеге бөлу процесі келесі қадамдардан тұрады:

1) атрибуттары ретінде бастапқы кестедегі ФТ ережесін бұзатын атрибуттары таңдалынып жаңа кесте құрастырылады. ФТ-ің детерминанты жаңа кестенің кілті болады;

2) ФТ-ің оң жағындағы атрибут бастапқы кестеден алып тасталады;

3) егер 2НФ-ны бұзатын ФТ саны бірден көп болса, 1 және 2 қадамдар осындай ФТ үшін қайталанады;

4) егер бір детерминант бірнеше ФТ-ке кірсе, онда одан функционалды тәуелді болатын барлық атрибуттар кілтік емес атрибуттар ретінде детерминант кілті болатын кестеге орнатылады.

Егер де кез келген функционалдық тәуелділік үшін X кілт болса (яғни детерминант кілт болып табылса) реляциялық кесте үшінші нормалы формада (3НФ) болады.

Анықтамадан келесі белгілі болып тұр: кез-келген 3НФ-ны қанагаттандыратын кесте 2НФ-да қанағаттандырады. Егер де кесте 3НФ сәйкес болмаса, әртүрлі аномалияларды тудыратын мәліметтердің артықшылығы пайда болады. Осындай мәселелерді де шешу кестелерді бөлу жолымен орындалады.

3НФ-кестелер әр кездеде 2НФ-ны қанағаттандыратын болғандықтан тек қана үшінші нормалы форманың критериімен пайдалануға болады. Егер де кестедегі әр детерминант осы кестенің кілті болса, онда кестелер бірінші, екінші, үшінші нормалы формаларды қанағаттандырады. Осы жағдай нормалау процесін қарапайымдайды себебі тек қана бір критерийді тексеру керек.

Келесіні айтып кету керек: үшінші нормалы форманың осы анықтамасы кейбір әдебиеттер Бойс—Кодд деп аталатын нормалы формасына сәйкес.

Көптеген жағдайларда нақты мәліметтер қорларының жобаларына үшінші нормалы форманы орнату жеткілікті деп есептелінеді. Бірақ нормалау теориясында жоғарғы ретті нормалы формалар бар. Олар тақырып аймақтың семантикасының күрделілеу сұрақтарын көрсететін қатынастар атрибуттарының функционалдық тәуелділіктерімен емес, тәуелділіктердің басқа түрлерімен байланысты.

Бірінші нормалы форма көп мағналы атрибуттарды орнатуға рұқсат етпейді. Бірақ көптеген жағдайларда көп мағналық қажет болады.

Атрибуттардың мәндерін міндетті түрде қайталау жолмен олардың тәуелсіздігін қанағаттандыратын шарт көп мағналы тәуелдік деп аталады. Көп мағналы тәуелдіктер ФТ сияқты шектеу шарт болып табылады, себебі олар мәліметтердің мәндерінің қайталауын талап етеді. Нормалаудың маңызды кезені көп мағналы тәуелдіктерден құтылу болып табылады. Егер де кесте үшінші нормалы формада болса және онда көп мағналы тәуелділіктер болмаса ол төртінші нормалы формада болады. Көп мағналы тәуелдіктер көп мағналы атрибутар себебінен пайда болады, сондықтан әрбір көп мағналы атрибутты кілтімен бірге өзінің кестесіне орнату жолымен мәселе шешіледі.

Барлық студенттерге түсінікті белгілі жағдайды қарастырайық. Алдындағы сессияда емтихандарды тапсыруды модельдейтін қатынас берілген болсын. Оның түрі келесідей болсын

(Сынақ кітапша нөмірі. Тобы, Пән).

Студенттің тапсыратын пәндер тізімі оның аты жөнінен емес, ол топ нөмірінен (оның мамандығынан) тәуелді.

Бұл қатынаста келесідей екі көп мағналы тәуелділіктер бар:

Тобы -» Пән және Тобы -» Сынақ кітапша нөмірі.

Басқа сөзбен айтқанда оқу жоспары бойынша әр топ үшін белгілі пәндер тізімі болады және де топ нөмірі осы топта оқитын студенттер тізімін анықтайды.

Егер де бастапқы қатынаспен жұмыс істесек топқа студенттер тізімін енгізгенше жаңа топтар және олардың оқу жоспарлары (топ оқитын пәндер тізімдері) туралы ақпаратты сақтай алмаймыз. Оқу жоспарының пәндер тізімі өзгерсе, мысалы, жаңа пән қосылса, осы топта оқитын студенттерінің барлығының қатынастарына осы өзгертулерді енгізу қажет. Басқа жақтан, студентті топқа қосатын болсақ, онда осы топтың пәндер тізіміне сәйкес көптеген кортеждерді қосуымыз керек. Бұл модификациялау аномалиялары жаңағы екі көп мағналы тәуелділіктердің себебінен пайда болады.

Бұл мысалда бастапқы қатынасты декомпозициялап, екі қатынасқа бөлуге болады:

(Сынақ кітапша нөмірі. Тобы),

(Тобы, Пән).

Қатынастардың екуіде төртінші нормалы формада болады, оларда аталған аномалиялар жоқ. Шынындада, аталған модификациялау операциялардың екеуіде қарапайымдалады: жаңа студентті тізімге қосу тек қана жалғыз кортежді бірінші қатынасқа қосумен, ал жаңа пәнді қосу жалғыз кортежді екінші қатынасқа қосумен орындалады. Сонымен бірге екінші қатынаста анықталған пәндер тізімдерін бірге топтардың кез келген санын сақтай аламыз (әзірше студенттер тізімдері қосылмаған болсада).

Бесінші нормалы форма 5NF соңғы нормалы форма болып табылады. Практикада ол сирек қолданылады. Көбінесе теориялық зерттеу ретінде қарастырылады.