4.4.2 Первая нормальная форма и основная операция нормализации

Отношение находится в 1НФ, если все его атрибуты являются простыми (имеют атомарные или одиночные значения).

Исходное отношение строится таким образом, чтобы оно было в 1НФ.

Перевод отношения в следующую нормальную форму осуществляется методом «декомпозиции без потерь». Такая декомпозиция должна обеспечить то, что запросы (выборка данных по условию) к исходному отношению и к отношениям, получаемым в результате декомпозиции, дадут одинаковый результат.

Основной операцией метода является операция проекции. Поясним ее на примере. Предположим, что в отношении R(A,B,C,D,E,...) устранение функ­циональной зависимости С—>D позволит перевести его в следующую нормаль­ную форму. Для решения этой задачи выполним декомпозицию отношения Rна два новых отношенияR1(A,B,C,E,...) иR2(C,D). ОтношениеR2 является проекцией отношения R на атрибуты С и D.

Исходное отношение ПРЕПОДАВАТЕЛЬ, используемое для иллюстра­ции метода, имеет составной ключФИО, Предм, Группаи находится в1НФ,поскольку все его атрибуты простые.

В этом отношении в соответствии с рис. 4.5б можно выделить частичную зависимость атрибутов Стаж, Д_Стаж, Каф, Должн, Оклад от ключа - указанные атрибуты находятся в функциональной зависимости от атрибутаФИО, являющегося частью составного ключа

Эта частичная зависимость от ключа приводит к следующему:

1. В отношении присутствует явное и неявное избыточное дублирование данных, например:

• повторение сведений о стаже, должности и окладе преподавателей, проводящих занятия в нескольких группах и/или по разным предметам;

• повторение сведений об окладах для одной и той же должности или о надбавках за одинаковый стаж.

2.Следствием избыточного дублирования данных является проблема ихредактирования (аномалия обновления). Например, изменение должности у преподавателя Иванова И.М. потребует просмотра всех кортежей отношения и внесения изменений в те из них, которые содержат сведения о данном преподавателе.

3. Аномалия добавления (ввода): невозможность ввода данных о преподавателе, не назначенном ни на одну группу (так как при этом одно из полей, составляющих ключ БД – номер группы – оказывается пустым). Аналогичным образом невозможным оказывается ввод данных о предмете, пока на него не назначен ни один преподаватель.

4. Аномалия удаления: при удалении данных о предмете могут быть потеряны данные о преподавателях, ведущих данный предмет, если они не заняты на других предметах. Аналогично, при удалении данных о преподавателе можно потерять данные о предмете, если этот преподаватель был единственным, проводившим занятия по данному предмету.

Эти недостатки должны постепенно устраняться по мере приведения БД к последующим нормальным формам.

4.4.3 Вторая нормальная форма

Наличие неполных функциональных зависимостей – основная причина недостатков 1НФ, показанных в п.4.4.2. Для их устранения отношения приводятся ко второй нормальной форме (2НФ).

Отношение находится в 2НФ, если оно находится в 1НФ и каждый неключевой атрибут функционально полно зависит от первичного ключа (составного).

Примечание – Если таблица имеет простой (т.е. состоящий из одного атрибута) ключ, то она всегда находится в 2НФ (по определению 2НФ).

Таблица приводится к 2НФ в следующем порядке:

выделяются все атрибуты, находящиеся в полной функциональной зависимостиот ключа. Эти атрибуты, вместе с ключом, выделяются в отдельную таблицу;

выделяются атрибуты, находящиеся в функциональной зависимости от какой-либо из частей ключа. Эти атрибуты вместе с той частью ключа, от которой они зависят, выделяются в отдельную таблицу. Такое действие выполняется для всех неполных функциональных зависимостей, имеющихся в таблице.

То же в терминах реляционной алгебры звучит так.

Для устранения частичной зависимости и перевода отношения в 2НФ не­обходимо, используя операцию проекции, разложить его на несколько отношений следующим образом:

построить проекцию без атрибутов, находящихся в частичной функциональной зависимости от первичного ключа;

построить проекции на части составного первичного ключа и атрибуты, зависящие от этих частей.

В результате шага нормализации для примера на рис. 4.4 получим два отношения R1 и R2 в 2НФ (рис. 4.6).

В отношении R1 первичный ключ является составным и состоит из атри­бутов ФИО, Предм, Группа. Напомним, что данный ключ в отношении R1 получен в предположении, что каждый преподаватель в одной группе по одному предмету может либо читать лекции, либо проводить практические занятия. В отношенииR2 ключФИО.

Рис. 4.6. Отношения БД в 2НФ

БД, приведенные к 2НФ, также могут иметь существенные недостатки, как избыточность данных, так и типовые аномалии: добавления (ввода), удаления и обновления. Так, в рассматриваемом примере исследование отношений R1 и R2 показывает, что переход к 2НФ позволил исключить явную избыточность данных в таблице R2 - повторение строк со сведениями о преподавателях. Однако, в R2 по-прежнему имеет место неявное дублирование данных.

Для дальнейшего совершенствования отношения необходимо преобразовать его в ЗНФ.