4 И 5 нормальные формы (4нф и 5нф)

Эти НФ мы рассмотрим в подробностях позже при наличии времени. Ниже приведем лишь краткие сведения по этим формам.

Пример нормализации

В качестве примера рассмотрим процедуру нормализации БД «КОНСУЛЬТАНТ». Как говорилась выше, нормализация проводится методом декомпозиции, поэтому процедура нормализации часто называется декомпозицией. Одним из самых первых, но и одним из самых важных результатов в области реляционных БД стало доказанное Коддом утверждение о том, что большин­ство потенциальных аномалий в БД будет устранено в случае должной декомпозиции каждого отношения в нормальную форму Бойса-Кодда (НФБК). Хотя существуют нормальные формы более высокого уровня, которые накладывают даже более сильные ограничения на разрабатываемые отношения, на практике большинство проектировщиков стараются получить отношения в НФБК.К этому мы и будем стремиться.

Исходным отношением является универсальное отношение КОНСУЛЬТАНТ (см. рис. 19). Ранее было показано, что это отношение находится в 1НФ (рис. 20).

Опытному проектировщику БД достаточно беглого взгляда на диаграмму, приведенную на рис. 20, чтобы сделать вывод о том, что отношение КОНСУЛЬТАНТ нельзя считать "хорошим". Проектировщик придет к такому выводу, глядя на ФЗ, полученные для отношения КОНСУЛЬТАНТ, и обращая внимание на некоторые их нежелательные свойства. Из рис. 20 можно заключить, что отношение КОНСУЛЬТАНТ имеет только один потенциальный (возможный) ключ, а именно набор атрибутов <Сном,Курс,Семестр>. Этот вывод получен путем нахождения минимального набора значений атрибутов, которые, если они известны, определяют значения всех других атрибутов кортежа. С помощью ФЗ, представленных на рис. 20, легко видеть, что один номер Сном определяет Сфам, Кном и Тном и для определения Оценки должен быть известен весь набор Сном, Курс и Семестр. Таким образом, если известны значения атрибутов данного выше потенциального ключа, то значения всех других атрибутов кортежа, содержащего указанный потенциальный (возможный) ключ, будут однозначно специфицированы.

Детерминанты в отношении КОНСУЛЬТАНТ определить легко: ими являются левые части всех ФЗ в отношении. Детерминантами в КОНСУЛЬТАНТ являются <Сном,Курс,Семестр>, <Сном>, <Кном> и <Тном>. Детерминанты заключены в угловые скобки для того, чтобы в данном случае выделить четыре различных детерминанта Следует заметить, что взаимные зависимости между Кном и Тном дают два детерминанта. Отношение КОНСУЛЬТАНТ не находится в НФБК. Это легко обнаружить, если расположить ря­дом перечень всех детерминантов и перечень всех возможных ключей и посмотреть, является ли каж­дый детерминант возможным ключом.

Потенциальные ключи отношения КОНСУЛЬТАНТ -	Детерминанты отношения КОНСУЛЬТАНТ
<Сном,Курс,Семестр>	<Сном,Курс,Семестр> <Сном> <Тном> <Кном>

Поскольку не каждый детерминант в отношении КОНСУЛЬТАНТ является возможным ключом, следовательно, КОНСУЛЬТАНТ не находится в НФБК и его необходимо подвергнуть декомпозиции.

Декомпозицию отношения, не приведенного к НФБК, на два отношения осуществляют с помощью ФЗ следующим образом:

Пусть отношение R(A,B,C,D,E, ) не приведено к НФБК Определяется ФЗ, например С → D, про которую известно, что она является причиной того, что отношение R не находится в НФБК (С является детерминантом, но не является потенциальным ключом ) Создаются два новых отношения R1(A,B,C,E, ) и R2(C,D), где зависимостная часть ФЗ была выделена из R и опущена при формировании отношения R1 и ФЗ была использована полностью при формировании отношения R2 . Теперь необходимо проверить, находятся ли в НФБК отношения R1 и R2 Про отношение R2(C,D) говорят, что оно является проекцией отношения R. Этот тип декомпозиции называется декомпозицией без потерь при естественном соединении .

В качестве примера использования метода выполним декомпозицию отношения КОНСУЛЬТАНТ. Обращаясь вновь к детерминантам и возможным ключам отношения КОНСУЛЬТАНТ, видим, что имеются три детерминанта, не являющихся возможными ключами:

<Сном>, <Тном>, и <Кном>.

Началом процесса служит следующая схема БД ( универсальное отношение):

КОНСУЛЬТАНТ (Сном, Курс, Семестр, Сфам, Кном, Тном, Оценка).

Кандидатами среди ФЗ для осуществления проекции являются

Сном → Кном; Сном → Тном; Кном → Тном и Тном → Кном.

На этом этапе должно быть принято решение, ка­кую ФЗ следует выбрать для проведения первой проекции. Не исключено, что в итоге выбора той или иной начальной проекции будут получены различные БД. Если это именно так, то каждая из получившихся БД, вообще говоря, должна быть подвергнута анализу с целью выбора наиболее полно отвечающей требованиям и условиям предприятия.

Простым правилом выбора ФЗ для проекции может служить поиск "цепочки ФЗ" вида

А → В → С

с последующим использованием для проекции крайней правой зависимости. Это объясняется следующим. Данная ФЗ является транзитивной. А как вы помните, для приведения к 3НФ необходимо исключить все транзитивные зависимости. Как вы также помните, НФБК является ужесточенной 3НФ. В нашем случае такой "цепоч­кой" является Сном -> Кном -> Тном и "конец цепочки" Кном -> Тном порождает первую проекцию. Полученные в итоге отношения R1 и R2 приведены на рис. 23 вместе с каждой из связанных с ними ФЗ.

Рис. 23. Отношения R1 и R2, полученные в результате проекции

Кном <-> Тном из отношения КОНСУЛЬТАНТ

Отношение R2 (Кном.Тном) находится в НФБК, поскольку все его детерминанты являются возможными ключами. Отношение R2 не нуждается более в декомпозиции. Однако отношение R1 (Сном, Курс, Семестр, Сфам, Кном, Оценка) не находится в НФБК, так как детерминант <Сном> не является возможным ключом. Следовательно, отношение R1 необходимо подвергнуть дальнейшему разложению. Кстати, отношение R1 имеет частичную зависимость ряда атрибутов от первичного ключа, следовательно, оно не находится даже во 2НФ, а находится в 1НФ. Детерминант <Сном>, из-за которого возникло затруднение, имеет два зависимых от него атрибута

Сном -> Сфам, Сном -> Кном,

что можно рассматривать в качестве единичной ФЗ с составной правой частью

Сном -> Сфам, Кном.

Проекция отношения R1, порождаемая этой ФЗ, приводит к получению отношений R3 и R4, показан­ных на рис. 24. Эти два отношения находятся в НФБК и вместе с отношением R2 могли бы использоваться при формировании БД для консультанта. На рис. 25 представлен окончательный вид отношений для такой БД (названной КОНС), а также экземпляры каждого отношения с данными, совпадающими с использованными для исходного отношения КОНСУЛЬТАНТ. Заметим, в частности, что в процессе декомпозиции автоматически произошло разбиение исходного отношения КОНСУЛЬТАНТ на три логических компонента: R2, в котором содержится информация о комнатах и телефонах; R3, в котором содержится информация об учебных курсах и полученных студентами оценках; R4, в котором содержится информация о студентах. Такое логическое разбиение является прямым результатом использования в процессе декомпо­зиции заложенной в ФЗ информации, детализирующей то, как различные атрибуты в исходном отношении соотносятся друг с другом.

Рис. 24. Отношения R3 и R4, полученные в результате проекции

Сном -> Сфам,Кном из отношения R1

Рис.25. а - база данных КОНС, получившаяся после нормализации БД КОНСУЛЬТАНТ; б - экземпляр БД, в котором используются данные, приведенные в универсальном отношении КОНСУЛЬТАНТ

Обзор исходных аномалий

Сейчас самое время задаться вопросом: присутствуют ли в БД Конс те же аномалии, которые характеризовали отношение КОНСУЛЬТАНТ, или декомпозиция автоматически привела к их устранению? Для того чтобы подтвердить устранение аномалий, - а именно эта цель ставилась в первую очередь при осуществлении декомпозиции, - рассмотрим, опираясь на приведенную на рис. 25 БД Конс, проблемы вставки, удаления и обновления.

СДЕЛАЙТЕ ЭТО САМОСТОЯТЕЛЬНО!

Ниже приведен анализ аномалий.

Вставка. Когда отношение КОНСУЛЬТАНТ слу­жило основой БД, новый студент не мог быть в нее включен до действительного завершения им какого-либо курса. В БД Коне информация общего характе­ра о консультируемых студентах хранится в отноше­нии R4. Как только новый студент принимается в университет и ему отводится комната, так этот сту дент может быть включен в БД (в R4). Студенту нет необходимости даже просто приступить к посеще­нию учебного курса для того, чтобы быть включен­ным в БД. Таким образом, исходная аномалия встав­ки исключена с помощью декомпозиции.

Обновление. При использовании отношения КОНСУЛЬТАНТ проблема возникла на этапе изменения консультантом номера телефона миссис ДжонсГ на 7777. Результатом этого изменения явилось появление в БД двух различных телефонных номеров для теле­фона, установленного в комнате 120DH. В БД Конс телефонные номера располагаются в отношении R2, и каждая комната может иметь только один телефон­ный номер, назначенный расположенному в этой ком­нате телефонному аппарату. Следует помнить, что номер Кном является первичным ключом отношения R2, а значения первичного ключа по определению должны быть уникальными. Для модификации теле­фонного номера ДжонсГ следует в кортеже отноше­ния R2, в котором Кном=1200Н, изменить номер Тном на 7777. Обратите внимание на то обстоятельство, что это действие заключается в изменении телефон­ного номера для комнаты, так что для всех живущих в этой комнате студентов телефонный номер также бу­дет изменен. Таким образом исходная аномалия обнов­ления устраняется с помощью НФБК-проектирования.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что устранение аномалии обновления базируется на том предположе­нии, что СУБД, в среде которой будет создаваться БД, не допускает дублирования значений первичных ключей.

Удаление. Когда отношение КОНСУЛЬТАНТ использовалось в качестве БД, удаление кортежа, вклю­чавшего значения Сном=4756 и Kypc=MUS389, приве­ло к исчезновению из БД студента с номером 4756. Этого не может произойти в случае БД Конс, по­скольку информация об оценках и информация о студентах общего характера разнесена в два различных отношения (R3 и R4). При исключении факта, что студент с номером 4756 посещал курс MUS389 в семестре F83, из отношения R3 будет удален кортеж <4756,MUS389,F83,4.0>. Это действие никак не ска­жется на общей информации о студенте, хранимой в R4.