Реляционная база данных содержит как структурную, так и семантическую информацию. Структура базы данных определяется числом и видом включенных в нее отношений, и связями типа «один ко многим», существующими между кортежами этих отношений. Семантическая часть описывает множество функциональных зависимостей, существующих между атрибутами этих отношений. Дадим определение функциональной зависимости.
Определение:
Если даны два атрибута X и Y некоторого отношения, то говорят, что Y функционально зависит от X, если в любой момент времени каждому значению X соответствует ровно одно значение Y.
Функциональная зависимость обозначается X -> Y. Отметим, что X и Y могут представлять собой не только единичные атрибуты, но и группы, составленные из нескольких атрибутов одного отношения.
Можно сказать, что функциональные зависимости представляют собой связи типа «один ко многим», существующие внутри отношения.
Некоторые функциональные зависимости могут быть нежелательны.
Определение:
Избыточная функциональная зависимость - зависимость, заключающая в себе такую информацию, которая может быть получена на основе других зависимостей, имеющихся в базе данных.
Корректной считается такая схема базы данных, в которой отсутствуют избыточные функциональные зависимости. В противном случае приходится прибегать к процедуре декомпозиции (разложения) имеющегося множества отношений. При этом порождаемое множество содержит большее число отношений, которые являются проекциями отношений исходного множества. Обратимый пошаговый процесс замены данной совокупности отношений другой схемой с устранением избыточных функциональных зависимостей называется нормализацией.
Условие обратимости требует, чтобы декомпозиция сохраняла эквивалентность схем при замене одной схемы на другую, т.е. в результирующих отношениях:
не должны появляться ранее отсутствовавшие кортежи;
на отношениях новой схемы должно выполняться исходное множество функциональных зависимостей.
Для обсуждения первой нормальной формы необходимо дать два определения:
Простой атрибут - атрибут, значения которого атомарны (неделимы).
Сложный атрибут - получается соединением нескольких атомарных атрибутов, которые могут быть определены на одном или разных доменах. (его также называют вектор или агрегат данных).
Теперь можно дать
Определение первой нормальной формы:
отношение находится в 1NF если значения всех его атрибутов атомарны.
В базе данных отдела кадров предприятия необходимо хранить сведения о служащих, которые можно попытаться представить в отношении
Из внимательного рассмотрения этого отношения следует, что атрибуты «история_работы» и «дети» являются сложными, более того, атрибут «история_работы» включает еще один сложный атрибут «история_зарплаты».
Для приведения исходного отношения СЛУЖАЩИЙ к первой нормальной форме необходимо декомпозировать его на четыре отношения, так как это показано на следующем рисунке 5.2.
Здесь первичный ключ каждого отношения выделен рамкой, названия внешних ключей набраны шрифтом синего цвета. Напомним, что именно внешние ключи служат для представления функциональных зависимостей, существующих в исходном отношении. Эти функциональные зависимости обозначены линиями со стрелками.
Алгоритм нормализации описан Е.Ф.Коддом следующим образом:
Начиная с отношения, находящегося на верху дерева (рис. 5.1.), берется его первичный ключ, и каждое непосредственно подчиненное отношение расширяется путем вставки домена или комбинации доменов этого первичного ключа.
Первичный Ключ каждого расширенного таким образом отношения состоит из Первичного Ключа, который был у этого отношения до расширения и добавленного Первичного Ключа родительского отношения.
После этого из родительского отношения вычеркиваются все непростые домены, удаляется верхний узел дерева, и эта же процедура повторяется для каждого из оставшихся поддеревьев.
