🗊Презентация Проектирование баз данных. Нормальные формы

Базы данных Лекция 4 Проектирование баз данных. Нормальные формы.

UID Классификация по количеству атрибутов простые составные Классификация по соответствию реальным объектам естественные искусственные

Общие требования Уникальность названий отдельных сущностей (отношений) в базе данных; Уникальность названий атрибутов у отдельных сущностей (отношений); Значения атрибута у экземпляров сущностей (кортежей) принадлежат одному домену; Целостность сущности: все экземпляры сущностей (кортежи) различны.

Первая нормальная форма Сущность (отношение) находятся в 1НФ, если: выполняются общие требования; каждый атрибут содержит атомарное значение.

Функциональные зависимости Атрибут C называется функционально зависимым от атрибутов A и B (обозначается A,B → C), если значения атрибутов A и B однозначно определяют атрибут C. Выявление функциональной зависимости атрибутов является неформальным действием и определяется в результате тщательного анализа предметной области, возможных событий в ней и возможных значений атрибутов.

Вторая нормальная форма Сущность (отношение) находится во 2НФ, если: она находится в 1НФ; каждый неключевой атрибут функционально полно зависит от первичного ключа.

Третья нормальная форма Сущность (отношение) находятся в 3НФ, если: она находится в 2НФ; каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа.

Другие нормальные формы Кроме приведенных нормальных форм имеются и другие нормальные формы (нормальная форма Бойса-Кодда – 3НФ+, 4НФ, 5НФ и др.), однако их использование носит в большей степени теоретический характер.

Этапы проектирования сверху вниз создание логической модели (analysis); преобразование логической модели в физическую – схему таблиц (design); генерация скрипта и его выполнение (build).

Примеры CASE-систем CA ERwin Data Modeler; MySQL Workbench; Enterprise Architect; Oracle SQL Developer Data Modeler; Microsoft Visio.

Проектирование снизу вверх Создается одна таблица со всеми атрибутами; Осуществляется процесс нормализации.

Информационная система факультета Предположим, что в результате первичного рассмотрения принято решение, что система будет использовать следующие атрибуты.

Информационная система факультета На основе этой информации формируется универсальная таблица – таблица, содержащая столбцы, соответствующие наименованиям атрибутов. Зная значения в паре столбцов (StudentNumber, SubjectCode), можно однозначно определить значения всех остальных атрибутов, то есть эту пару можно выбрать в качестве первичного ключа. Учитывая остальные свойства, можно заключить, что универсальная таблица информационной системы факультета находится в первой нормальной форме. Сокращенно структура приведенной таблицы записывается в виде Faculty(StudentNumber, LastName, FirstName, PatrName, Group, BirthDate, City, Address, Salary, SubjectCode, SubjectName, SubjectHours, TeacherNumber, TeacherName, Chair, TeacherPosition, Grade).

Недостатки универсальной таблицы База данных информационной системы, состоящая первоначально из одной (универсальной) таблицы, обладает серьезными дефектами, называющимися избыточностью данных и аномалиями обновления и проявляющимися при добавлении, удалении и изменении строк таблицы. Во-первых, при добавлении информации о сданном экзамене мы должны снова вводить полную информацию о студенте. С одной стороны, это противоречит принципу «однократный ввод – многократное использование», а с другой – является источником потенциальных ошибок. Во-вторых, база данных в форме универсальной таблицы подвержена аномалиям обновления.

Аномалии обновления Аномалии вставки: при вводе информации об экзамене мы должны повторить информацию о студенте; при вводе информации о студенте мы должны ввести информацию о каком-нибудь экзамене, поскольку код дисциплины является частью первичного ключа, который не может принимать значение null. Аномалии удаления: при удалении ошибочной информации о единственном экзамене студента будет удалена и вся информация о студенте. Аномалии замены: при замене какого-либо значения в столбце, не относящемся к сданным экзаменам, надо будет заменить все значения в этом столбце, относящиеся к тому же студенту; если это будет сделано не для всех таких строк, это приведет базу данных в противоречивое состояние.

Нормализация 2НФ Атрибуты LastName, FirstName, PatrName, Group, BirthDate, City, Address, Salary функционально зависят только от атрибута StudentNumber, в то время как значение атрибута SubjectCode не оказывает на них никакого влияния. Для преобразования таблицы в приведенном примере к 2НФ она должна быть разделена на две связанных таблицы: в первую из них (родительскую) входит атрибут StudentNumber и все зависящие от него неключевые атрибуты, а во вторую (дочернюю) – весь первичный ключ таблицы Faculty и оставшиеся неключевые атрибуты.      Student(StudentNumber, LastName, FirstName, PatrName, Group, BirthDate, City, Address, Salary),      Exam(StudentNumber, SubjectCode, SubjectName, SubjectHours, TeacherNumber, TeacherName, Chair, TeacherPosition, Grade)

Нормализация 2НФ Таблица Student находится в 2НФ по той причине, что первичный ключ в ней состоит только из одного атрибута. В таблице Exam атрибуты SubjectName и SubjectHours зависят только от атрибута SubjectCode, и поэтому она также должна быть разделена на две:      Subject(SubjectCode, SubjectName, SubjectHours),      Exam2(StudentNumber, SubjectCode, TeacherNumber, TeacherName, Chair, TeacherPosition, Grade). Таблица Exam2 является при этом дочерней по отношению к обеим таблицам Student и Subject. Полученная база данных из 3 таблиц уже находится в 2НФ, поскольку для определения значений неключевых атрибутов таблицы Exam2 необходимо знать оба ключевых атрибута, поскольку у разных студентов одну и ту же дисциплину могут вести разные преподаватели, следовательно, частичные функциональные зависимости в третьей таблице отсутствуют.

Нормализация 3НФ Тем не менее, преобразование базы данных к 2НФ не устраняет всех аномалий обновления. Это связано с тем, что неключевые атрибуты TeacherName, Chair, TeacherPosition функционально зависят только от неключевого же атрибута TeacherNumber. Используется тот же прием выделения новой таблицы. В итоге база данных информационной системы факультета, приведенная к 3НФ, содержит четыре таблицы:      Subject(SubjectCode, SubjectName, SubjectHours);      Session(StudentNumber, SubjectCode, TeacherNumber, Grade); Student(StudentNumber, LastName, FirstName, PatrName, Group, BirthDate, City, Address, Salary);       Teacher(TeacherNumber, TeacherName, Chair).

Идентифицирующие связи Таблица Session является дочерней по отношению к трем другим таблицам, но при этом: столбцы связи с таблицами Student и Subject (внешние ключи) входят в состав первичного ключа таблицы Session; столбец связи с таблицей Teacher является неключевым. В этом случае принято говорить, что связи таблицы Session с таблицами Student и Subject являются идентифицирующими, а связь с таблицей Teacher – неидентифицирующей.