Зависимости между атрибутами.

Проектирование БД начинается с определения всех объектов, сведения о которых будут включены в базу, и определения их атрибутов. Затем атрибуты записываются в виде одной таблицы - исходное отношение.

Пример. Сформировать исходное отношение для БД «Преподаватель_колледжа». Для этого определить какая информация должна храниться в БД, и какую необходимо получать в процессе работы с БД. Получим атрибуты:

ФИО – фамилия и инициалы преподавателя (нет совпадающих).

Должн – должность, занимаемая преподавателем,

Оклад – оклад преподавателя,

Стаж –преподавательский стаж,

Н_Стаж –надбавка за стаж,

Отдел – отдел, в котором числится преподаватель,

Предм – название предмета, читаемого преподавателем,

Группа – номер группы, в которой преподаватель проводит занятия,

ВидЗан- вид занятий, проводимых преподавателем.

Все атрибуты отношения должны иметь простые (атомарные) значения.

Это отношение содержит избыточное дублирование, которое приводит к аномалии редактирования. Явная избыточность заключается в том, что данные о преподавателе приводятся столько раз, в скольких группах этот преподаватель ведет занятия. Неявная избыточность проявляется в одинаковых окладах и надбавках у всех преподавателей. Если изменить оклад не у всех преподавателей, то БД станет противоречивой.

Исключение избыточности, а значит аномалий, выполняется путем нормализации отношений.

Атрибут В функционально зависит от атрибута А, если каждому значению А соответствует в точности одно значение В(А®В).Атрибуты А и В могут быть составными. Например, ФИО®Отдел, ФИО®Должн.

Функциональная взаимозависимость между А и В(А«В) существует, если существует функциональная зависимость вида А®В и В®А. Например, номер паспорта и ФИО.

Частичная функциональная зависимость– это зависимость неключевого атрибута от части составного ключа. Например, атрибут Долж находится в частичной зависимости от составного ключа отношения (ФИО, Предм, Группа)

Полная функциональная зависимость – зависимость неключевого атрибута от всего составного ключа. Например, атрибут ВидЗан находится в полной зависимости от составного ключа.

Атрибут С транзитивно зависит от атрибута А, если для атрибутов А, В, С выполняются условия А®В и В®С, но обратная зависимость отсутствует. Например, ФИО®Долж®Оклад.

Взаимно независимыеатрибуты – это такие атрибуты, ни один из которых не является функционально зависимым от других атрибутов.

Нормальные формы. Процесс проектирования БД с использованием нормальных форм является итерационным и заключается в последовательном переводе отношений из первой нормальной формы в нормальные формы более высокого порядка по определенным правилам. Выделяют следующую последовательность нормальных форм:

- первая нормальная форма (1НФ);

- вторая нормальная форма (2НФ);

- третья нормальная форма (3НФ);

- усиленная третья нормальная форма Бойса-Кодда (БКНФ);

- четвертая нормальная форма (4НФ);

- пятая нормальная форма (5НФ).

Первая нормальная форма.Отношение находится в первой нормальной форме, если все его атрибуты являются простыми (имеют единственное значение). Исходное отношение строится таким образом, чтобы оно находилось в 1НФ. Например, исходное отношение БД «Преподаватель_колледжа».

Исходное отношение имеет составной ключ ФИО, Предмет, Группа. В этом отношении имеется явное и неявное избыточное дублирование данных. Часть избыточности устраняется при переводе отношения в 2НФ.

Вторая нормальная форма. Отношение находится в 2НФ, если:

1) отношение находится в 1НФ,

2) каждый не ключевой атрибут функционально полно зависит от первичного ключа (составного).

Или 2) любое неключевое поле должно однозначно идентифицироваться ключевыми полями.

Для перевода отношения в 2НФ используется операция проекции, то есть разложения отношения на несколько отношений. Для БД «Преподаватель_колледжа» получим два отношения:

R1:

ключ составной (ФИО,Предмет,Группа)

R2:

ключ (ФИО)

Исключена явная избыточность данных (повторение сведений о преподавателе), но осталась неявное дублирование (повторение оклада для должности, повторение сведений о надбавке за стаж).

Третья нормальная форма. Отношение находится в 3НФ, если:

1) отношение находится в 2НФ,

2) каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа.

Или

2) ни одно из неключевых полей не должно однозначно идентифицироваться значением другого неключевого поля (полей).

Например, в БД «Преподаватель_колледжа» в R1 отсутствуют транзитивные зависимости, но в R2 они имеются:

ФИО®Должн®Оклад,
ФИО® Оклад ® Должн,
ФИО®Стаж®Н_Стаж.

Транзитивные зависимости приводят к избыточному дублированию информации в отношении, которое можно устранить операцией проекции на атрибуты, которые являются причиной транзитивных зависимостей. Преобразуем отношение R2 в R3, R4, R5, каждое из которых находится в 3НФ:

R3

R4

R5

Избыточное дублирование устранено. Если имеется зависимость атрибутов составного ключа от неключевых атрибутов, то нужно перейти к усиленной 3НФ.

Усиленная третья нормальная форма Бойса-Кодда. Отношение находится в БКНФ, если

- оно находится в 3НФ,

- отсутствуют зависимости ключей (атрибутов составного ключа) от неключевых атрибутов.

В примере БД «Преподаватель_колледжа» таких зависимостей нет, и процесс проектирования заканчивается. Таким образом, БД «Преподаватель_колледжа» состоит из таблиц R1, R3, R4, R5. В полученной БД имеется необходимое дублирование данных, но отсутствует избыточное.

R1:

R3

R4

R5

На практике построение 3НФ схем отношений в большинстве случаев является достаточным, и на этом процесс проектирования заканчивается.

Пример 1. Сформировать отношения, находящиеся в 3НФ для концептуальных требований БД «Библиотека»:

Книга (название, автор, издательство, дата издания, залоговая цена, наличие в библиотеке)

Библиотекарь (ФИО, дата приема на работу, образование)

Читатель (ФИО, паспорт, телефон, дом.адрес)

Дата выдачи и возврата книги, кем выдана.

s

План проектирования БД:

Формирование исходного отношения,
Нормализация отношений.

p

Исходное отношение: (1НФ)

Название книги

Автор книги

Издательство

Телефон издательства

Характеристика издательства

Дата издания

Залоговая цена

Наличие в библиотеке

ФИО читателя

Паспорт читателя

Телефон читателя

Дом. адрес читателя

Дата выдачи книги

Дата возврата книги

ФИО библиотекаря

Дата приема на работу

Образование библиотекаря