18. Лекція 8

19. Використання формального апарату для оптимізації схем відношень

Лекція присвячена питанням оптимізації схем відношень на основі формальних методів теорії реляційних баз даних. Розглядається приклад перетворення таблиці до третьої нормальної форми, оптимальної по ряду показників. Розглядаються питання цілісності даних у реляційних СУБД.

Мета лекції: показати можливість ефективного використання формальних методів побудови оптимальної (за певними показниками) структури реляційної бази даних шляхом нормалізації схем відношень.

20. 8.1. Проблема вибору раціональних схем відношень

При представленні концептуальної схеми у вигляді реляційної моделі можливі різні варіанти вибору схем відношень. Одні варіанти вибору розглядалися у попередніх розділах (п. 6.2.3), інші отримуються об'єднанням (або розбиттям) деяких схем відношень. Від правильного вибору схем відношень, що представляють концептуальну схему, в значній мірі залежатиме ефективність функціонування бази даних.

Розглянемо для прикладу конкретну схему відношень і проаналізуємо її недоліки. Припустимо, що дані про студентів, факультети, спеціальності, включені в таблицю з наступною схемою відношення: СТУДЕНТ (Код студента, Прізвище, Назва факультету, Назва спеціальності).

Ця схема відношень обумовлює такі недоліки відповідної бази даних:

• Дублювання інформації (надлишковість). У студентів, що навчаються на одному факультеті, повторюватиметься назва факультету. Для різних факультетів повторюватимуться спеціальності.

• Потенційна суперечність (аномалії оновлення). Якщо, наприклад, зміниться назва спеціальності, то змінюючи її в одному кортежі (у одного студента), необхідно змінювати і у всіх інших кортежах, де вона присутня.

• Потенційна можливість втрати відомостей (аномалії вилучення). При видаленні інформації про всіх студентів, що поступають на певну спеціальність, ми втрачаємо всі відомості про цю спеціальність.

• Потенційна можливість незалучення інформації до бази даних (аномалії включення). У базі даних будуть відсутні відомості про спеціальність, якщо на ній немає студентів, що навчаються.

У теорії реляційних баз даних існують формальні методи побудови реляційної моделі бази даних, в якій відсутня надмірність і аномалії оновлення, видалення і включення.

Нормалізація. Перша нормальна форма.

Побудова раціонального варіанту схем відношень здійснюється шляхом так званої нормалізації схем відношень. Раціональний варіант володіє кращими властивостями при операціях включення, модифікації і видалення даних, чим усі останні набори схем. Нормалізація проводиться у декілька етапів. На початковому етапі схема відношень повинна знаходитися в першій нормальній формі (1НФ).

Відношення знаходиться в першій нормальній формі, якщо всі атрибути відношення набувають простих значень (атомарні або неподільні), що не є множиною або кортежем з більш елементарних складових.

Розглянемо такий приклад.

Таблиця представляє сутність ІСПИТОВА ВІДОМІСТЬ

Код студента	Прізвище	Код іспиту	Предмет і дата	Оцінка
1	Сергєєв	1	Математика 5.06.08	4
2	Іванов	1	Математика 5.06.08	5
1	Сергєєв	2	Фізика 9.06.08	5
2	Іванов	2	Фізика 9.06.08	5

Тепер на перетині будь-якого рядка і будь-якого стовпця знаходиться одне значення і, отже, ця таблиця знаходиться в першій нормальній формі.

Далі відношення, представлене у першій нормальній формі, послідовно перетвориться у другу і третю нормальні форми. Процес побудови другої і третьої нормальних форм будемо описувати в наступних підрозділах. При деяких припущеннях про дані третя нормальна форма є шуканим найкращим варіантом.

Якщо ці припущення не виконуються, то процес нормалізації продовжується і відношення перетвориться в четвертую і п'яту нормальні форми. Побудова відповідних форм описана в літературі і тут ми не розглядатимемо.

Перш ніж перейти до побудови другої нормальної форми, необхідно визначити ряд формальних понять.