3. Нормализация отношений в реляционных бд

Ограничения на значения, хранимые в реляционной базе данных, обычно достаточно многочисленны. Соблюдение этих ограничений в конкретных отношениях связано с наличием так называемых нормальных форм. Нормальные формы отношений нумеруются последовательно от единицы по возрастанию. Чем больше номер нормальной формы, тем больше ограничений на хранимые значения должно соблюдаться в соответствующем отношении. Применяемые ограничения ориентированы на сокращение избыточной информации в реляционной БД.

Отношение в первой нормальной форме (сокращенно 1НФ) - это обычное отношение с двухуровневой структурой (т.е. в виде таблицы). При этом различные ограничения на значения выступают в роли функциональных зависимостей. Дадим определение функциональной зависимости.

В отношение R (А, В, ...) атрибут А функционально определяет атрибут В, если в любой момент времени каждому значению А соответствует единственное значение В.

Функциональная зависимость атрибутов обозначаются А → В. Отсутствие функциональной зависимости обозначается А -/→ В. Если между атрибутами существует взаимная функциональная зависимость, т.е. А → В и В → А, то она называется взаимно-однозначным соответствием и обозначается А ↔ В.

Функциональные зависимости можно рассматривать как утверждение о некоторых свойствах объектов, которое можно проверить без анализа всех значений соответствующего отношения.

Первый пример. Дано исходное отношение R1, в котором указана марка автомобилей, которые эксплуатируются в организации, и год их выпуска.

R1
Марка а/м	Год выпуска
ВАЗ 21043	2001
ВАЗ 21053	2002
ВАЗ 21099	2003
ВАЗ 2110	2002
ВАЗ 2121	2001

Допустим, что других автомобилей в организации нет, тогда можно утверждать, что существует функциональная зависимость Марка а/м → Год выпуска, поскольку каждому значению атрибута Марка а/м соответствует единственное значение атрибута Год выпуска. Действительно если рассматривать данную функциональную зависимость как утверждение о некоторых свойствах объектов, то можно сказать, что у каждой машины есть только один год выпуска. Утверждать обратное невозможно, поэтому Год выпуска -/→ Марка а/м.

Второй пример. Дано исходное отношение R1, в котором указаны Ф.И.О. человека и его ИНН, выданный налоговым органом.

R1
Ф.И.О.	ИНН
Петров В. И.	5000505332
Гудков П. В.	3434354678
Громов А.С.	6865445442
Кукушкин В. П.	1233484357
Дворников В.В.	8767645432

Можно утверждать, что каждому человеку принадлежит единственный ИНН и наоборот каждому ИНН соответствует единственный человек, т.е. Ф.И.О. ↔ ИНН.

Задание №1.

Дано исходное отношение R1, в котором указаны данные людей, работающих в строительной организации. Выписать все имеющиеся функциональные зависимости, а также их отсутствие между атрибутами данного отношения.

R1
Ф.И.О.	Номер паспорта	Год рождения	Адрес	Должность
Петров В.И.	123654	1980	Ленина, 2-25	директор
Гудков П.В.	345213	1985	Озерная, 32-12	мастер
Петрова А.С.	876356	1980	Ленина, 2-25	бухгалтер
Кукушкин В.П.	652579	1981	Лесная, 4-44	наладчик
Дворников В.В.	527894	1979	Зеленая, 10-15	мастер

При обработке данных в отношениях используются ключи. Существует несколько видов ключей:

• вероятный ключ отношения;

• первичный ключ отношения;

• вторичный ключ отношения.

Вероятный ключ К отношения Т (А, В...) представляет собой множество атрибутов, в которых каждое сочетание их значений встречается только в одной строке отношения. Т.е. при обработке данных выборка по значению вероятного ключа дает в результате только одну строку отношения.

Пример. Дано исходное отношение.

R1
Марка автомобиля	Серия номера	Номер и регион	VIN	Адрес регистрации
ВА3 2104	вдс	654 34	500TT0505332	Ленина, 2-25
ВА3 2105	хта	213 34	3434YY3 54678	Озерная, 32-12
ВА3 2104	вдс	356 34	6865KK445442	Ленина, 2-25
ВА3 2107	ннс	579 34	12334LL84357	Лесная, 4-44
ВА3 2108	вво	894 34	876764GD5432	Зеленая, 10-15

В этом отношении можно выделить следующие вероятные ключи К1 (Серия номера, Номер и регион), К2 (VIN), КЗ (Серия номера, Номер и регион, VIN)

Как видно из примера, вероятных ключей в отношении может быть несколько. Но для удобства работы желательно из множества вероятных ключей выбрать только один - первичный ключ.

Первичным ключом отношения называется такой вероятный ключ, по значениям которого производится контроль достоверности информации в отношении. Набор атрибутов первичного ключа функционально определяет любой атрибут отношения, т.е. К → А, К → В, К → С и т.д.

Из свойства первичного ключа вытекает способ его определения. Он заключается в том, что если найдена группа атрибутов, которая функционально определяет все атрибуты отношения по отдельности, и эту группу нельзя сократить, то это и есть первичный ключ.

Для приведенного выше примера первичным ключом будет K2 (VTN).

Задание №2.

Дано следующее исходное отношение, в котором отражены сведения о сданных студентами экзаменах.

Rl
Код зачетки	Ф.И.О.	Предмет	Дата	Преподаватель	Оценка
1 ПИ - 1295	Киселев А.С.	История	10.01.02.	Комаров С. И.	5
1 ПИ - 1296	Коршун В.В.	Философия	10.01.02.	Дружин В.И.	5
1 ПИ - 1297	Горин В.И.	История	10.01.02.	Комаров С. И.	4
1 ПИ - 1298	Сидоров Г.С.	Философия	11.01.02.	Дружин В.И.	4
1 ПИ - 1299	Петров Н.О.	История	11.01.02.	Комаров С.И.	5

Определите все вероятные ключи отношения. Определите первичный ключ отношения.