Для того чтобы оценить качество принимаемых решений на уровне логической модели данных, необходимо сформулировать некоторые критерии качества в терминах физической модели и конкретной реализации и посмотреть, как различные решения, принятые в процессе логического моделирования, влияют на качество физической модели и на скорость работы базы данных.
Рассмотрим некоторые из таких критериев, которые являются, безусловно, важными с точки зрения получения качественной базы данных:
· Адекватность базы данных предметной области
· Легкость разработки и сопровождения базы данных
· Скорость выполнения операций обновления данных (вставка, обновление, удаление кортежей)
· Скорость выполнения операций выборки данных
· Для того чтобы база данных удовлетворяла критерию адекватности предметной области, должны выполняться следующие условия:
· Состояние базы данных в каждый момент времени должно соответствовать состоянию предметной области.
· Изменение состояния предметной области должно приводить к соответствующему изменению состояния базы данных.
· Ограничения предметной области, отраженные в модели предметной области, должны некоторым образом отражаться и учитываться в базе данных.
Для того чтобы база данных удовлетворяла критериям качества, она должна быть приведена к 3 нормальной форме.
Шаг 1. (Приведение к 1НФ). На первом шаге задается одно или несколько отношений, отображающих понятия предметной области.
Первая нормальная форма - это обычное отношение. Отношение в 1НФ обладает следующими свойствами:
· В отношении нет одинаковых кортежей.
· Кортежи не упорядочены.
· Атрибуты не упорядочены.
· Все значения атрибутов атомарны (имеют единственное значение).
Отношения, находящиеся в 1НФ являются "плохими" в том смысле, что они не удовлетворяют выбранным критериям - имеется большое количество аномалий обновления, для поддержания целостности базы данных требуется разработка сложных триггеров.
Шаг 2. (Приведение к 2НФ). Если в некоторых отношениях обнаружена зависимость атрибутов от части сложного ключа, то проводится декомпозиция этих отношений на несколько отношений следующим образом: те атрибуты, которые зависят от части сложного ключа, выносятся в отдельное отношение вместе с этой частью ключа. В исходном отношении остаются все ключевые атрибуты.
Отношения в 2НФ "лучше", чем в 1НФ, но еще недостаточно "хороши" - остается часть аномалий обновления, по-прежнему требуются триггеры, поддерживающие целостность базы данных.
Шаг 3. (Приведение к 3НФ). Если в некоторых отношениях обнаружена зависимость некоторых неключевых атрибутов от других неключевых атрибутов, в свою очередь зависящих от ключа, то проводится декомпозиция этих отношений следующим образом: те неключевые атрибуты, которые зависят других неключевых атрибутов, выносятся в отдельное отношение. В новом отношении ключом становится детерминант функциональной зависимости.
Отношение находится в третьей нормальной форме (3НФ) тогда и только тогда, когда отношение находится в 2НФ и все неключевые атрибуты взаимно независимы.
Отношения в 3НФ являются самыми "хорошими" с точки зрения выбранных критериев - устранены аномалии обновления, требуются только стандартные триггеры для поддержания ссылочной целостности.
Итак, переход от ненормализованных отношений к отношениям в 3НФ может быть выполнен при помощи алгоритма нормализации. Алгоритм нормализации заключается в последовательной декомпозиции отношений для устранения функциональных зависимостей атрибутов от части сложного ключа (приведение к 2НФ) и устранения функциональных зависимостей неключевых атрибутов друг от друга (приведение к 3НФ).
На практике, при создании логической модели данных, как правило, не следуют прямо приведенному алгоритму нормализации. Опытные разработчики обычно сразу строят отношения в 3НФ. Кроме того, основным средством разработки логических моделей данных являются различные варианты ER-диаграмм. Особенность этих диаграмм в том, что они сразу позволяют создавать отношения в 3НФ. Тем не менее, приведенный алгоритм важен по двум причинам. Во-первых, этот алгоритм показывает, какие проблемы возникают при разработке слабо нормализованных отношений. Во-вторых, как правило, модель предметной области никогда не бывает правильно разработана с первого шага. Эксперты предметной области могут забыть о чем-либо упомянуть, разработчик может неправильно понять эксперта, во время разработки могут измениться правила, принятые в предметной области, и т.д. Все это может привести к появлению новых зависимостей, которые отсутствовали в первоначальной модели предметной области. В этом случае необходимо использовать алгоритм нормализации хотя бы для того, чтобы убедиться, что отношения остались в 3НФ, и логическая модель не ухудшилась.
3.4. Элементы модели "сущность-связь"
Моделирование структуры базы данных при помощи алгоритма нормализации, описанного в предыдущих главах, имеет серьезные недостатки:
Первоначальное размещение всех атрибутов в одном отношении является очень неестественной операцией. Интуитивно разработчик сразу проектирует несколько отношений в соответствии с обнаруженными сущностями. Даже если создать одно или несколько отношений, включив в них все предполагаемые атрибуты, то совершенно неясен смысл полученного отношения.
Невозможно сразу определить полный список атрибутов. Для проведения процедуры нормализации необходимо выделить зависимости атрибутов, что тоже очень нелегко, т.к. необходимо явно выписать все зависимости, даже те, которые являются очевидными.
В реальном проектировании структуры базы данных применяются другой метод - так называемое, семантическое моделирование. Семантическое моделирование представляет собой моделирование структуры данных, опираясь на смысл этих данных. В качестве инструмента семантического моделирования используются различные варианты диаграмм сущность-связь (ER - Entity-Relationship).
Первый вариант модели сущность-связь был предложен в 1976 г. Питером Пин-Шэн Ченом. В дальнейшем многими авторами были разработаны свои варианты подобных моделей (нотация Мартина, нотация IDEF1X, нотация Баркера и др.). Кроме того, различные программные средства, реализующие одну и ту же нотацию, могут отличаться своими возможностями. По сути, все варианты диаграмм сущность-связь исходят из одной идеи - рисунок всегда нагляднее текстового описания. Все такие диаграммы используют графическое изображение сущностей предметной области, их свойств (атрибутов), и взаимосвязей между сущностями.
