Вопрос 2. Проектирование бд на основе принципов нормализации.
Одним из основополагающих принципов проектирования данных является принцип нормализации, позволяющей существенно сократить объем хранимой информации и устраняющей аномалии в организации хранения данных. Степень нормализации данных может быть различной. Нормальная форма — свойство отношения в реляционной модели данных, характеризующее его с точки зрения избыточности, которая потенциально может привести к логически ошибочным результатам выборки или изменения данных. Нормальная форма определяется как совокупность требований, которым должно удовлетворять отношение.
Процесс преобразования отношений базы данных к виду, отвечающему нормальным формам, называется нормализацией. Нормализация предназначена для приведения структуры БД к виду, обеспечивающему минимальную логическую избыточность, и не имеет целью уменьшение или увеличение производительности работы или же уменьшение или увеличение физического объёма базы данных. Конечной целью нормализации является уменьшение потенциальной противоречивости хранимой в базе данных информации. Как отмечает К. Дейт, общее назначение процесса нормализации заключается в следующем: исключение некоторых типов избыточности; устранение некоторых аномалий обновления; разработка проекта базы данных, который является достаточно «качественным» представлением реального мира, интуитивно понятен и может служить хорошей основой для последующего расширения; упрощение процедуры применения необходимых ограничений целостности.
Первая нормальная форма (1NF) Отношение находится в первой нормальной форме (1НФ) тогда и только тогда когда в любом допустимом значении отношения каждый его кортеж содержит только одно значение для каждого из атрибутов. В реляционной модели отношение всегда находится в первой нормальной форме по определению понятия отношение. Что же касается различных таблиц, то они могут не быть правильными представлениями отношений и, соответственно, могут не находиться в 1НФ.
Вторая нормальная форма (2NF) Переменная отношения находится во второй нормальной форме тогда и только тогда, когда она находится в первой нормальной форме и каждый неключевой атрибут неприводимо (функционально полно) зависит от ее потенциального ключа.
Третья нормальная форма (3NF)Отношение находится в 3NF тогда и только тогда, когда отношение находится во второй нормальной форме и отсутствуют транзитивные зависимости неключевых атрибутов от ключевых.
Нормальная форма Бойса — Кодда (BCNF). Отношение находится в BCNF тогда и только тогда, когда каждая ее нетривиальная и неприводимая слева функциональная зависимость имеет в качестве своего детерминанта некоторый потенциальный ключ.
Четвёртая нормальная форма (4NF). Таблица находится в 4NF, если она находится в BCNF и не содержит нетривиальных многозначных зависимостей.
Пятая нормальная форма (5NF). Отношение находится в пятой нормальной форме (иначе — в проекционно-соединительной нормальной форме) тогда и только тогда, когда каждая нетривиальная зависимость соединения в нём определяется потенциальным ключом (ключами) этого отношения.[2]
Шестая нормальная форма (6NF). Введена К. Дейтом в его книге, как обобщение пятой нормальной формы для темпоральной базы данных.
Говорят, что модель данных соответствует первой нормальной форме, если в таблицах отсутствуют группы повторяющихся значений. Это соответствие достигается путем выделения атрибутов с повторяющимися значениями в отдельные сущности, созданием или выбором для них новых первичных ключей и установлением связей "один ко многим" от новых сущностей к старым. При этом первичные ключи новых сущностей станут внешними ключами для старой сущности.
Говорят, что модель данных соответствует второй нормальной форме, если в сущностях, содержащих составной первичный ключ, неключевые атрибуты зависят от всего первичного ключа. Если же в какой-либо сущности имеется зависимость каких-либо неключевых атрибутов от части ключа, следует выделить их в отдельную сущность, сделав первичным ключом новой сущности ту часть первичного ключа, от которой зависят данные атрибуты, и установить связь "один ко многим" от новой сущности к старой.
Говорят, что модель данных соответствует третьей нормальной форме, если в сущностях отсутствует взаимозависимость между неключевыми атрибутами. Это соответствие достигается путем выделения в отдельную сущность атрибутов с одной и той же зависимостью от неключевого атрибута, использования атрибутов, определяющих эту зависимость, в качестве первичного ключа новой сущности и установки связи "один ко многим" от новой сущности к старой сущности.
Результатом нормализации является модель данных, которую легко поддерживать, не содержащая неопределенностей в данных и повторений данных.