Презентация "Проектирование реляционных баз данных на основе принципов нормализации" скачать бесплатно


Презентация "Проектирование реляционных баз данных на основе принципов нормализации"


Подписи к слайдам:
Нормализация

Проектирование реляционных баз данных на основе принципов нормализации

  • Лекция 10

Проектирование БД

  • При разработке БД обычно выделяется несколько уровней моделирования, при помощи которых происходит переход от предметной области к конкретной реализации БД средствами конкретной СУБД. Выделяют следующие уровни:
    • Сама предметная область
    • Модель предметной области
    • Логическая модель данных
    • Физическая модель данных
    • Собственно БД и приложения

Проектирование БД

  • Предметная область - это часть реального мира, данные о которой мы хотим отразить в БД.

Проектирование БД

  • Модель предметной области - это наши знания о предметной области. Знания могут быть как в виде неформальных знаний в мозгу эксперта, так и выражены формально при помощи каких-либо средств.

Проектирование БД

  • Логическая модель данных описывает понятия предметной области, их взаимосвязь, а также ограничения на данные, налагаемые предметной областью.
    • Примеры понятий - "сотрудник", "отдел", "проект", "зарплата".
    • Примеры взаимосвязей между понятиями - "сотрудник числится ровно в одном отделе", "сотрудник может выполнять несколько проектов", "над одним проектом может работать несколько сотрудников".
    • Примеры ограничений - "возраст сотрудника не менее 16 и не более 60 лет".

Проектирование БД

  • Физическая модель данных описывает данные средствами конкретной СУБД.
    • Отношения, разработанные на стадии формирования логической модели данных, преобразуются в таблицы, атрибуты становятся столбцами таблиц, для ключевых атрибутов создаются уникальные индексы, домены преображаются в типы данных, принятые в конкретной СУБД.
    • Ограничения, имеющиеся в логической модели данных, реализуются различными средствами СУБД, например, при помощи индексов, декларативных ограничений целостности, триггеров, хранимых процедур.

Критерии оценки качества логической модели данных

  • Адекватность БД предметной области
  • Легкость разработки и сопровождения БД
  • Скорость выполнения операций обновления данных (вставка, обновление, удаление кортежей)
  • Скорость выполнения операций выборки данных

Адекватность базы данных предметной области. Условия

  • Состояние БД в каждый момент времени должно соответствовать состоянию предметной области.
  • Изменение состояния предметной области должно приводить к соответствующему изменению состояния БД.
  • Ограничения предметной области, отраженные в модели предметной области, должны некоторым образом отражаться и учитываться БД.

Проектирование БД

  • Проектирование схемы БД может быть выполнено двумя путями:
    • путем декомпозиции (разбиения), когда исходное множество отношений, входящих в схему БД заменяется другим множеством отношений (число их при этом возрастает), являющихся проекциями исходных отношений;
    • путем синтеза, то есть путем компоновки из заданных исходных элементарных зависимостей между объектами предметной области схемы БД.

Проектирование БД

  • Классическая технология проектирования реляционных баз данных связана с теорией нормализации, основанной на анализе функциональных зависимостей между атрибутами отношений.
  • Понятие функциональной зависимости является фундаментальным в теории нормализации реляционных баз данных.

Основные понятия

  • Функциональные зависимости определяют устойчивые отношения между объектами и их свойствами в рассматриваемой предметной области.
  • Функциональной зависимостью набора атрибутов В отношения R от набора атрибутов A того же отношения, обозначаемой как R.AR.B или AB называется такое соотношение проекций R[A] и R[B], при котором в каждый момент времени любому элементу проекции R[A] соответствует только один элемент проекции R[B], входящий вместе с ним в какой-либо кортеж отношения R.

Пояснение

  • Функциональные зависимости определяют не текущее состояние БД, а все возможные ее состояния, то есть они отражают те связи между атрибутами, которые присущи реальному объекту, который моделируется с помощью БД.
  • Поэтому определить функциональные зависимости по текущему состоянию БД можно только в том случае, если экземпляр БД содержит абсолютно полную информацию (то есть никаких добавлений и модификации БД не предполагается).

Пример диаграммы FD

  • Для иллюстрации минимального множества используют диаграммы FD.
  • Например на рисунке приведена диаграмма FD отношения СЛУЖАЩИЕ_ПРОЕКТЫ.

Основные понятия

  • Функциональная зависимость R.AR.B называется полной, если набор атрибутов B функционально зависит от A и не зависит функционально от любого подмножества A,
    • то есть R.AR.B называется полной, если для любого A1, являющегося подмножеством А, R.B функционально не зависит от R.A, в противном случае зависимость R.AR.B называется неполной.

Основные понятия

  • Функциональная зависимость R.AR.B называется транзитивной, если существует набор атрибутов С такой, что:
    • С не является подмножеством А,
    • С не включает в себя B,
    • Существует функциональная зависимость R.AR.С,
    • Не существует функциональной зависимости R.СR.А ,
    • Существует функциональная зависимость R.СR.B .

Основные понятия

  • Ключом отношения называется набор атрибутов отношения, который полностью и однозначно (функционально полно) определяет значения всех остальных атрибутов отношения, то есть возможный ключ — это набор атрибутов, однозначно определяющий кортеж отношения, и при этом при удалении любого атрибута из этого набора его свойство однозначной идентификации кортежа теряется.

Основные понятия

  • Неключевым атрибутом называется любой атрибут отношения, не входящий в состав ни одного возможного ключа отношения.
  • Взаимно-независимые атрибуты — это такие атрибуты, которые не зависят функционально один от другого.
  • Если в отношении существует несколько функциональных зависимостей, то каждый атрибут или набор атрибутов, от которого зависит другой атрибут, называется детерминантом отношения.

Основные понятия

  • Схемы БД называются эквивалентными, если содержание исходной БД может быть получено путем естественного соединения отношений, входящих в результирующую схему, и при этом не появляется новых кортежей в исходной БД.

Пояснение

  • Процесс проектирования с использованием декомпозиции представляет собой процесс последовательной нормализации схем отношений, при этом каждая последующая итерация соответствует нормальной форме более высокого уровня и обладает лучшими свойствами по сравнению с предыдущей.
  • Каждой нормальной форме соответствует некоторый определенный набор ограничений, и отношение находится в некоторой нормальной форме, если удовлетворяет свойственному ей набору ограничений.

Классификация НФ

  • В теории реляционных БД обычно выделяется следующая последовательность нормальных форм:
    • первая нормальная форма (1NF);
    • вторая нормальная форма (2NF);
    • третья нормальная форма (3NF);
    • нормальная форма Бойса—Кодда (BCNF);
    • четвертая нормальная форма (4NF);
    • пятая нормальная форма, или форма проекции-соединения (5NF или PJNF).

Свойства НФ

  • Основные свойства нормальных форм:
    • каждая следующая нормальная форма в некотором смысле улучшает свойства предыдущей;
    • при переходе к следующей нормальной форме свойства предыдущих нормальных форм сохраняются.

1НФ

  • Отношение находится в первой нормальной форме тогда и только тогда, когда на пересечении каждого столбца и каждой строки находятся только элементарные значения атрибутов.

Свойства 1НФ

  • Свойства 1НФ:
    • В отношении нет одинаковых кортежей.
    • Кортежи не упорядочены.
    • Атрибуты не упорядочены и различаются по наименованию.
    • Все значения атрибутов атомарны.

Пояснение 1НФ

  • Отношения, находящиеся в первой нормальной форме, часто называют просто нормализованными отношениями.
  • Соответственно, ненормализованные отношения могут интерпретироваться как таблицы с неравномерным заполнением.

Таблица с неравномерным заполнением

  • Наим.
  • Город
  • Адрес
  • Эл. почта
  • WWW
  • Вид
  • Конт. лица
  • Поршневой з-д
  • Владимир
  • Ул. 2-я Кольцевая, 17
  • info@plunger.ru
  • www.plunger.ru
  • Поставщик
  • Иванов И.И., зам. дир., тел (3254)76-15-95 Петров П.П., нач. отд. сбыта, тел (3254)76-15-35
  • ООО Вымпел
  • Курск
  • Ул. Гоголя, 25
  • pennon@mail.ru
  •  
  • Клиент
  • Сидоров С.С., директор, тел. (7634)66-65-38
  • ИЧП Альфа
  • Владимир
  • Ул. Пушкинская, 37, оф. 565
  • alpha323@list.ru
  •  
  • Клиент
  • Васильев В.В., директор, тел (3254)74-57-45

Пример 1НФ

  • Наим.
  • Город
  • Адрес
  • Эл. почта
  • WWW
  • Вид
  • Конт. лица
  • Поршневой з-д
  • Владимир
  • Ул. 2-я Кольцевая, 17
  • info@plunger.ru
  • www.plunger.ru
  • Поставщик
  • Иванов И.И., зам. дир., тел (3254)76-15-95
  • Поршневой з-д
  • Владимир
  • Ул. 2-я Кольцевая, 17
  • info@plunger.ru
  • www.plunger.ru
  • Поставщик
  • Петров П.П., нач. отд. сбыта, тел (3254)76-15-35
  • ООО Вымпел
  • Курск
  • Ул. Гоголя, 25
  • pennon@mail.ru
  •  
  • Клиент
  • Сидоров С.С., директор, тел. (7634)66-65-38
  • ИЧП Альфа
  • Владимир
  • Ул. Пушкинская, 37, оф. 565
  • alpha323@list.ru
  •  
  • Клиент
  • Васильев В.В., директор, тел (3254)74-57-45

Пример 1НФ

  • Наим.
  • Город
  • Адрес
  • Эл. почта
  • WWW
  • Вид
  • Должность
  • Ф.И.О.
  • Код города
  • Тел.
  • Поршневой з-д
  • Владимир
  • Ул. 2-я Кольцевая, 17
  • info@pler.ru
  • www.pler.ru
  • Поставщик
  • зам. дир.
  • Иванов И.И.
  • 3254
  • 76-1595
  • Поршневой з-д
  • Владимир
  • Ул. 2-я Кольцевая, 17
  • info@pler.ru
  • www.pler.ru
  • Поставщик
  • нач. отд. сбыта
  • Петров П.П.,
  • 3254
  • 7615-35
  • ООО Вымпел
  • Курск
  • Ул. Гоголя, 25
  • peo@mail.ru
  •  
  • Клиент
  • директор
  • Сидоров С.С.
  • 7634
  • 6665-38
  • ИЧП Альфа
  • Владимир
  • Ул. Пушкинская, 37, оф. 565
  • al33@list.ru
  •  
  • Клиент
  • директор
  • Васильев В.В.
  • 3254
  • 745745

2 НФ

  • Схема отношения R находится во 2НФ относительно множества функциональных зависимостей F, если она находится в 1НФ и каждый неключевой атрибут полностью зависит от каждого ключа для R.
  • Пояснение.
    • Отношение находится во 2НФ, если оно находится в 1НФ, и при этом все неключевые атрибуты зависят только от ключа целиком, а не от какой-то его части.

Пример 2 НФ

  • Наим.
  • Город
  • Адрес
  • Эл. почта
  • WWW
  • Вид
  • Должность
  • Ф.И.О.
  • Тел.
  • Поршневой з-д
  • Владимир
  • Ул. 2-я Кольцевая, 17
  • info@plunger.ru
  • www.plunger.ru
  • Поставщик
  • зам. дир.
  • Иванов И.И.
  • 76-15-95
  • Поршневой з-д
  • Владимир
  • Ул. 2-я Кольцевая, 17
  • info@plunger.ru
  • www.plunger.ru
  • Поставщик
  • нач. отд. сбыта
  • Петров П.П.,
  • 76-15-35
  • ООО Вымпел
  • Курск
  • Ул. Гоголя, 25
  • pennon@mail.ru
  •  
  • Клиент
  • директор
  • Сидоров С.С.
  • 66-65-38
  • ИЧП Альфа
  • Владимир
  • Ул. Пушкинская, 37, оф. 565
  • alpha323@list.ru
  •  
  • Клиент
  • директор
  • Васильев В.В.
  • 74-57-45
  • Город
  • Код города
  • Владимир
  • 3254
  • Курск
  • 7634

3 НФ

  • Схема отношения R находится в 3НФ относительно множества функциональных зависимостей F, если она находится в 2НФ и ни один из непервичных атрибутов в R не является транзитивно зависимым от ключа для R.
  • Пояснение.
    • Чтобы привести отношение к 3НФ, необходимо устранить функциональные зависимости между неключевыми атрибутами отношения. Другими словами, факты, хранимые в таблице, должны зависеть только от ключа.

Пример 3НФ

  • Наим.
  • Город
  • Адрес
  • Эл. почта
  • WWW
  • Вид
  • Поршневой з-д
  • Владимир
  • Ул. 2-я Кольцевая, 17
  • info@plunger.ru
  • www.plunger.ru
  • Поставщик
  • ООО Вымпел
  • Курск
  • Ул. Гоголя, 25
  • pennon@mail.ru
  •  
  • Клиент
  • ИЧП Альфа
  • Владимир
  • Ул. Пушкинская, 37, оф. 565
  • alpha323@list.ru
  •  
  • Клиент
  • Наим.
  • Город
  • Ф.И.О.
  • Должность
  • Тел.
  • Поршневой з-д
  • Владимир
  • Иванов И.И.
  • зам. дир.
  • 76-15-95
  • Поршневой з-д
  • Владимир
  • Петров П.П.,
  • нач. отд. сбыта
  • 76-15-35
  • ООО Вымпел
  • Курск
  • Сидоров С.С.
  • директор
  • 66-65-38
  • ИЧП Альфа
  • Владимир
  • Васильев В.В.
  • директор
  • 74-57-45

НФ Бойса-Кодда

  • Отношение находится в нормальной форме Бойса—Кодда, если оно находится в третьей нормальной форме и каждый детерминант отношения является возможным ключом отношения.
      • Примечания.
      • Если в отношении существует несколько функциональных зависимостей, то каждый атрибут или набор атрибутов, от которого зависит другой атрибут, называется детерминантом отношения.
      • Возможный ключ — это набор атрибутов, однозначно определяющий кортеж отношения, и при этом при удалении любого атрибута из этого набора его свойство однозначной идентификации кортежа теряется.

4НФ

  • Отношение R находится в четвертой нормальной форме (4NF) в том и только в том случае, если в случае существования многозначной зависимости A ->> B все остальные атрибуты R функционально зависят от A.

5 НФ

  • Отношение R находится в пятой нормальной форме (нормальной форме проекции-соединения — PJ/NF) в том и только в том случае, когда любая зависимость соединения в R следует из существования некоторого возможного ключа в R.