Четвертая нормальная форма (4нф)
Отношение должно находится в 4НФ, если в нем присутствуют многозначные функциональные зависимости.
Возьмем отношение Преподаватель с независимыми многозначными зависимостями:
Фамилия →→Группа и Фамилия→→Предмет
Аномалия выполнения операций здесь может быть следующая:
-
при появлении новой группы у преподавателя в отношение приходится добавлять не один кортеж, а сколько предметов он читает в этой группе. Аналогичная ситуация возникает с включением в отношение нового предмета.
Устранение аномалии достигается разложением исходного отношения на несколько(в нашем примере на два) отношений с многозначными зависимостями от одного и того же ключа (в нашем примере «Фамилия»):
|
Преподаватель _ группа
|
Преподаватель _ предмет
|
Отношение находится в 4НФ, если оно находится в НФБК и в нем отсутствуют независимые многозначные зависимости, т.е. все независимые многозначные зависимости выделены (разнесены) в отдельные отношения с одним и тем же ключом.
Как видно из этого примера, нормализация отношений выполняется декомпозицией их схем. Декомпозиция должна гарантировать обратимость, т.е. обеспечивать получение исходных отношений путем выполнения операций соединения над их проекциями.
Обратимость предполагает, что:
-
отсутствуют потери кортежей;
-
не проявляются ранее отсутствовавшие кортежи;
-
сохраняются функциональные зависимости
Однако не всегда декомпозиция гарантирует обратимость. Отношение может быть восстановлено без потерь соединением его проекции, если оно удовлетворяет зависимости по соединению.
При наличии в отношении более трех многозначных зависимостей требуются специальные меры для обеспечения зависимости по соединению его проекций.
В отношении со многими многозначными зависимостями 4НФ может не устранять избыточности, а вместе с тем и аномалии обновления. Тогда применяют 5НФ.
Пятая нормальная форма (5нф)
Разложение отношений из 4НФ в 5НФ должно быть выполнено так, чтобы результат удовлетворял зависимости по соединению. Для этого из 4НФ получают такие проекции, чтобы каждая проекция содержала не менее одного возможного ключа и, по крайней мере, один неключевой атрибут исходного отношения. Это значит, что в 5НФ зависимость по соединению устраняет избыточность, а вместе с тем и аномалии обновления.
Лекция 13 Инфологическое проектирование
Общие сведения об инфологическом
проектировании
Чтобы база данных адекватно отражала предметную область, необходимо хорошо представлять все нюансы предметной области и уметь это отобразить в предметной области. Перед проектированием надо хорошо разобраться как функционирует предметная область. Для этого она должна быть предварительно описана. Сделать это можно естественным языком, но это будет громоздко и неоднозначно, поэтому применяют формулизованные средства.
Инфологическая модель – это описание предметной области, выполненное с использованием специальных языковых средств, не зависящих от исполняемых в дальнейшем программных средств. Требования к инфологической модели:
-
адекватность отображения предметной области;
-
непротиворечивость;
-
должна отражать потребности всех пользователей будущей информационной системы;
-
допускать возможность композиции и декомпозиции при большой размерности инфологической модели (разбиение модели на части);
-
желательно, чтобы язык описания предметной области был применим как при ручном, так и при автоматизированном проектировании;
-
модель должна легко восприниматься разными категориями пользователей.
Инфологическая модель является ядром системы проектирования. Она содержит всю необходимую информацию для проектирования автоматизированной системы обработки информации. Структура ее может быть представлена в таком виде:
Построение модели.
Объект свойства–отношения или ER-модель
В предметной области при ее анализе выделяются классы объектов. Класс объектов – это совокупность объектов, обладающих одинаковым набором свойств. Пример предметной области – институт, классы, учащиеся, преподаватели, дисциплины, аудитории. Объекты могут быть реальными и абстрактными: дисциплины – абстрактные; студенты, аудитории, преподаватели – реальные.
Классы объектов представляются в инфологической модели именем этого класса, а каждый объект – своим идентификатором. Пример: класс объектов – [предмет изучаемый], идентификаторы – [ОБД], [высшая математика] и т.д.
Идентификатор должен быть уникальным. Объект обладает определенным набором свойств. Для изображения объектов и их свойств рекомендуются обозначения:
-
– объект;
– свойство
Имя для класса объекта следует выбирать так: не [изучаемая дисциплина], а [дисциплина изучаемая]. Связи между объектами и свойствами изображаются линиями связи могут быть различными:
-
объект обладает только одним значением какого-то свойства; такое свойство будем называть единичным, например, год рождения;
-
объект обладает одновременно несколькими значениями какого-то свойства; такое свойство будем называть множественным, например, иностранный язык (обозначается двойной стрелкой);
-
значение свойства является постоянным и не может изменяться во времени, например год рождения; такое свойство будем называть статическим (обозначается S);
-
значение свойства может изменяться со временем, это свойство динамическое (обозначается D);
-
у некоторых объектов это свойство может отсутствовать; такое свойство называется условным, для обозначения используется ------>;
-
вводится также понятие составного свойства, например, адрес (для обозначения используется квадрат).
Обычно в инфологической модели отображаются не отдельные объекты, а классы объектов. Но иногда бывает необходимо явно выделить класс объектов. Пример:
В инфологической модели изображаются связи и между классами объектов. Могут быть связи:
|
1) 1 : 1 (один к одному) |
3) М : 1 (многие к одному) |
|
2) 1 : М (один ко многим) |
4) М : М (многие ко многим) |
Иногда эти типы связей называют степенью связи. Диаграмма, отображающая классы объектов и связи между ними называется диаграммой ER-типов (Entity Relationship). Если связи указываются между объектами, а не классами, то эта диаграмма будет называться ER-экземпляром.
рис. Диаграмма ER-типов
рис. Диаграмма ER-экземпляров
Пусть предметная область – завод. Некоторые сотрудники знают иностранный язык, но ни один из них не владеет больше чем одним иностранным языком. Это связь типа “многие к одному” (М : 1).
Пусть предметная область – университет, а личность – абитуриент, который владеет одним из языков, но только одним. В этом случае диаграмма ER-экземпляров будет иметь вид:
Соответствующая диаграмма ER-типов будет выглядеть так:
В отличие от первого примера здесь каждая личность владеет одним языком. Для отображения этого явления вводится понятие “класс принадлежностей”. Он показывает, может ли отсутствовать связь объектов данного класса с каким-либо объектом другого класса. В данном случае, класс принадлежностей для личности является обязательным.
Предметная область та же, но некоторые студенты владеют несколькими иностранными языками:
Предметная область – лингвистический университет, в котором каждый из преподавателей обязательно знает несколько иностранных языков и по каждому из иностранных языков имеется хотя бы 1 специалист.
Различают несколько разновидностей объектов:
-
простые и сложные (относительное понятие);
-
составные (соответствуют отображению: целое–часть). Пример: узел–деталь;
-
обобщенный объект отображает наличие связи род–вид. Например, учащийся, студент, аспирант, школьник. Как родовой, так и видовой объекты обладают определенными свойствами. Наблюдается наследование свойств видовыми объектами.
Классы объектов могут быть пересекающимися и непересекающимися. Пример:
15 сотрудников являются студентами вечернего отделения.
-
агрегированные объекты соответствуют обычно какому-либо процессу, в который как бы вовлечены другие объекты.
Именуются такие объекты отглагольными существительными.