Требования четвертой нормальной формы - 4NF

Четвертая нормальная форма касается отношений, в которых имеются повторяющиеся наборы данных. На практике нарушения 4NF часто происходят в таблицах-связках, которые связывают более двух сущностей. В этом случае используют декомпозицию, основанную на многозначных зависимостях.

Многозначная зависимость является обобщением функциональной зависимости.

В качестве примера рассмотрим отношение:

Расписание_занятий (день_недели, номер_пары, код_группы, предмет, преподаватель, аудитория),

хранящее сведения о расписании занятий студенческих групп за неделю (для упрощения считаем, что нет разбиения на подгруппы и объединения в потоки).

В данном отношении можно выделить несколько альтернативных составных ключей:

(день_недели, номер_пары, код_группы),

(день_недели, номер_пары, преподаватель),

(день_недели, номер_пары, аудитория).

Некоторые атрибуты этого отношения трудно назвать абсолютно независимыми. Однако при условии, что каждый преподаватель может вести несколько предметов, а каждый предмет может вести несколько преподавателей, между этими атрибутами отсутствует ФЗ, соответствующая определению, приведенному в начале лекции. Если предположить, что аудитория явно не определяется ни предметом, ни группой, ни преподавателем, никаких нежелательных ФЗ в отношении выделить нельзя, поэтому оно удовлетворяет требованиям не только 3NF, но и NFBC.

Связь между атрибутами предмет и преподаватель можно определить как «многие ко многим». Между ними существует многозначная зависимость, которая обозначается так:

предмет ->> преподаватель

Аналогичная многозначная зависимость существует между атрибутами предмет и группа, поскольку каждая студенческая группа имеет определенный учебный план и изучает определенное заранее множество предметов.

Наличие многозначных зависимостей привносит в отношение значительную избыточность и приводит к возникновению проблем с обновлением данных. Например, если какой-то преподаватель уволился и его место занял другой, то придется обновить все кортежи расписания, в которых присутствует данный преподаватель. Кроме того, имеется опасность внести в расписание предмет, который не входит в учебный план группы или преподавателя, который не ведет данный предмет.

Определение четвертой нормальной формы:

Отношение находится в 4NF, если оно находится в BCNF и в нем отстутсвуют многозначные зависимости.

В приведенном примере не так-то просто избавиться от многозначных зависимостей. Можно предложить такой вариант:

Выносим в отдельные отношения зависимости предмет и преподаватель и предмет и группа. Естественное соединение этих отношений даст допустимые сочетания (предмет, преподаватель, группа).

Тогда схема отношения Расписание будет иметь вид:

Расписание (день_недели, номер_пары, аудитория, код допустимого сочетания предмет_ преподаватель_ группа )