Презентация "Проектирование реляционных баз данных на основе принципов нормализации"
Подписи к слайдам:
Проектирование реляционных баз данных на основе принципов нормализации
Пример 1НФ
Пример 1НФ
2 НФ
3 НФ
НФ Бойса-Кодда
- Лекция 10
- 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
- Предметная область - это часть реального мира, данные о которой мы хотим отразить в 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.
- 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".
- 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.
- Адекватность БД предметной области
- Легкость разработки и сопровождения БД
- Скорость выполнения операций обновления данных (вставка, обновление, удаление кортежей)
- Скорость выполнения операций выборки данных
- 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 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.
- 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.
- 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.AR.B или AB 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.
- 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).
- Для иллюстрации минимального множества используют диаграммы FD.
- Например на рисунке приведена диаграмма FD отношения СЛУЖАЩИЕ_ПРОЕКТЫ.
- Функциональная зависимость R.AR.B называется полной, если набор атрибутов B функционально зависит от A и не зависит функционально от любого подмножества A,
- то есть R.AR.B называется полной, если для любого A1, являющегося подмножеством А, R.B функционально не зависит от R.A, в противном случае зависимость R.AR.B называется неполной.
- Функциональная зависимость R.AR.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.AR.С,
- Не существует функциональной зависимости R.СR.А ,
- Существует функциональная зависимость R.СR.B .
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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).
- 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.
- 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:
- В отношении нет одинаковых кортежей.
- Кортежи не упорядочены.
- Атрибуты не упорядочены и различаются по наименованию.
- Все значения атрибутов атомарны.
- Отношения, находящиеся в первой нормальной форме, часто называют просто нормализованными отношениями.
- Соответственно, ненормализованные отношения могут интерпретироваться как таблицы с неравномерным заполнением.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 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.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 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.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 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.
- 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.
- 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.
