Нормальные формы

10.10.2024

Нормализация отношений. Шесть нормальных форм

Введение

В данной теме рассматриваются шесть нормальных форм (НФ) и методы приведения таблиц к этим формам. Процесс проектирования баз данных (БД) с использованием нормальных форм является итеративным, где отношения последовательно переводятся из одной нормальной формы в более высокую. Каждая следующая НФ ограничивается определёнными типами функциональных зависимостей и устраняет соответствующие аномалии.

Используемые термины

• Атрибут: свойство сущности, также называется полем таблицы.

• Домен атрибута: множество допустимых значений атрибута.

• Кортеж: множество взаимосвязанных значений атрибутов (строка таблицы).

• Отношение: множество кортежей (таблица).

• Схема отношения: структура таблицы, состоящая из набора атрибутов.

• Проекция: отношение, полученное путём удаления или перестановки атрибутов.

• Функциональная зависимость: зависимость между атрибутами, например, если {X} → {Y}, то для одинаковых значений X совпадают значения Y.

• Нормальная форма: требование к структуре таблиц для устранения избыточных функциональных зависимостей.

Цель нормализации

Исключить избыточное дублирование данных, что предотвращает аномалии при добавлении, редактировании и удалении кортежей.

Аномалии

• Аномалии-модификации: изменение данных может потребовать просмотр всей таблицы.

• Аномалии-удаления: удаление кортежа приводит к потере информации.

• Аномалии-добавления: невозможно добавить информацию, пока она не полная.

Первая нормальная форма (1НФ)

Отношение находится в 1НФ, если все атрибуты являются простыми, и домены содержат только скалярные значения. Не должно быть повторяющихся строк.

Пример: Таблица «Автомобили»:

Фирма	Модели
BMW	M5, X5M, M1
Nissan	GT-R

Исправление:

Фирма	Модели
BMW	M5
BMW	X5M
BMW	M1
Nissan	GT-R

Вторая нормальная форма (2НФ)

Отношение находится во 2НФ, если оно в 1НФ и каждый неключевой атрибут зависит от первичного ключа.

Пример:

Модель	Фирма	Цена	Скидка
M5	BMW	5500000	5%
X5M	BMW	6000000	5%
M1	BMW	2500000	5%
GT-R	Nissan	5000000	10%

Исправление:

1. Таблица: (Модель, Фирма, Цена)

2. Таблица: (Фирма, Скидка)

Третья нормальная форма (3НФ)

Отношение в 3НФ, если оно во 2НФ и каждый неключевой атрибут зависит только от первичного ключа (нет транзитивных зависимостей).

Пример:

Модель	Магазин	Телефон
BMW	Риал-авто	87-33-98
Audi	Риал-авто	87-33-98
Nissan	Некст-Авто	94-54-12

Исправление:

1. Таблица: (Магазин, Телефон)

2. Таблица: (Модель, Магазин)

Нормальная форма Бойса-Кодда (НФБК)

Отношение в НФБК, если каждая нетривиальная функциональная зависимость имеет потенциальный ключ в качестве детерминанта.

Четвёртая нормальная форма (4НФ)

Отношение в 4НФ, если оно в НФБК и все многозначные зависимости являются функциональными.

Пятая нормальная форма (5НФ)

Отношения в 5НФ, если они в 4НФ и отсутствуют сложные зависимые соединения между атрибутами.