Проектирование БД методом нормальных форм

объектов, сведения о которых включены в базу, и определения их

атрибутов.
На первом этапе атрибуты сводятся в одну таблицу – исходное отношение.
Формирование исходного отношения рассмотрим на примере.

На первом этапе проектирования БД в результате общения с заказчиком

(деканом, например) должны быть определены сведения о том, как должна использоваться база данных и какую информацию заказчик хочет получать в процессе её эксплуатации.
В результате устанавливаются атрибуты, которые должны содержаться в отношениях БД, и связи между ними.
Перечислим имена выделенных атрибутов и их краткие характеристики.

повторений нет.
Должн – должность, занимаемая преподавателем.
Оклад – оклад преподавателя.
Стаж –

преподавательский стаж.
Д_Стаж – надбавка за стаж.
Кафедра – название кафедры, где числится преподаватель.
Предмет – название предмета, читаемого преподавателем.
Группа – номер группы, в которой преподаватель проводит занятия.
ВидЗан – вид занятий, проводимых преподавателем в учебной группе.
В исходном отношении каждый атрибут кортежа должен быть простым (атомарным). Пример исходного отношения Преподаватель приведён в таблице 1.

Д_Стаж, Кафедра, Предмет, Группа, ВидЗан).
Исходное отношение содержит избыточное дублирование данных,

которое является (по терминологии Э.Кодда) аномалией редактирования. Различают избыточность явную и неявную.

преподавателях, проводящих занятия в нескольких группах, повторяются соответствующее число раз.

Например, все анкетные данные по Иванову А. повторяются столько раз, сколько он проводит занятий; если Иванов станет старшим преподавателем, придётся исправлять сведения о нём во всех кортежах.
В противном случае будет иметь место противоречие в данных, это является примером аномалии редактирования, обусловленной явной избыточностью данных в отношении.

и в одинаковых надбавках за одинаковый стаж.
Поэтому, если при изменении

оклада за должность с 1000 до 1200 это значение изменят у всех, кроме Сидорова, база данных станет противоречивой. Это пример аномалии редактирования для варианта с неявной избыточностью.

отношений.

Основная задача, которая решается в процессе проектирования БД, это задача

нормализации её отношений.
Рассматриваемый нами метод нормальных форм является классическим методом проектирования реляционных БД.
Этот метод основан на фундаментальном в теории БД понятии зависимости между атрибутами.

выполнения проектирования БД методом нормальных форм.
Выявим зависимости между атрибутами отношения

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ.
При этом учтем следующее условие, которое выполняется в данном отношении: один преподаватель в одной группе может проводить только один вид занятий (лекции или практические занятия).

однозначно соответствует его стаж, т.е. имеет место функциональная зависимость ФИОСтаж.

Обратное утверждение неверно, так как одинаковый стаж может быть у разных преподавателей.
Каждый преподаватель имеет определённую надбавку за стаж, т.е. имеет место функциональная зависимость ФИОД_Стаж, но обратная функциональная зависимость отсутствует, так как одну и ту же надбавку могут иметь несколько преподавателей.
Каждый преподаватель имеет определённую должность (ассистент, доцент), но одну и ту же должность могут иметь несколько преподавателей, т.е. имеет место функциональная зависимость ФИОДолжн, а обратная функциональная зависимость отсутствует.

зависимость ФИОКафедра. На каждой кафедре много преподавателей, поэтому обратной функциональной

зависимости нет.
Каждому преподавателю соответствует конкретный оклад, который одинаков для всех преподавателей с одинаковыми должностями, что учитывается зависимостями ФИООклад и ДолжОклад.

предметам может проводить разные виды занятий. Определение вида занятий, которые

проводит преподаватель, невозможно без указания предмета и группы, поэтому имеет место функциональная зависимость ФИО,Предм,КлассВидЗан. Действительно, Петров М. в 256 группе читает лекции и проводит практические занятия. Но лекция он читает по ПО ЭВМ, а практику проводит по Паскалю.

Группа, поскольку они образуют составной ключ и не учитываются в

процессе нормализации исходного отношения.

является итерационным и заключается в последовательном переводе отношений из первой

нормальной формы в нормальные формы более высокого порядка по определённым правилам.
Каждая следующая нормальная форма ограничивает определённый тип функциональных зависимостей, устраняет соответствующие аномалии при выполнении операций над отношениями БД и сохраняет свойства предшествующих нормальных форм.

форма (2НФ);
Третья нормальная форма (3НФ);
Усиленная третья нормальная форма, или нормальная

форма Бойса-Кодда (БКНФ);
Четвёртая нормальная форма (4НФ);
Пятая нормальная форма (5НФ).

все его атрибуты являются простыми. Исходное отношение строится таким образом,

чтобы оно соответствовало первой нормальной форме.

потерь. Декомпозиция без потерь обеспечивает то, что запросы к исходному

отношению и к отношениям, полученным в результате декомпозиции, дают одинаковый результат.

ФИО, Предм, Группа и находится в 1НФ, поскольку все его

атрибуты простые.

Должн, Оклад от ключа – указанные атрибуты находятся в функциональной

зависимости от атрибута ФИО, являющегося частью составного ключа.

явное и неявное избыточное дублирование данных, например:
Повторение сведений о стаже,

должности и окладе преподавателей, проводящих занятия в нескольких группах и/или по разным предметам;
Повторение сведений об окладах для одной и той же должности или о надбавках за одинаковый стаж.
2. Следствием избыточного дублирования данных является проблема их редактирования. Например, изменение должности у преподавателя Иванова А. потребует просмотра всех кортежей отношения и внесения изменений в те из них, которые содержат сведения о данном преподавателе.
Часть избыточности устраняется при переводе отношения в 2НФ.

в 1НФ и каждый неключевой атрибут функционально полно зависит от

первичного ключа (простого или составного).

используя операцию проекции, разложить его на два отношения следующим образом:
Построить

отношение без атрибутов, находящихся в частичной функциональной зависимости от первичного ключа;
Построить отношение из части составного первичного ключа и атрибутов, зависящих от этих частей.

2НФ: R1

атрибутов ФИО, Предмет, Группа. В отношении R2 ключ ФИО.
Переход ко

второй нормальной форме позволил исключить явную избыточность данных в таблице R2, однако по-прежнему имеет место неявная избыточность. Устранить неявную избыточность данных можно переводом отношения в третью нормальную форму.

в 2НФ и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного

ключа.

есть: ФИОДолжнОклад, ФИОСтажД_Стаж.

устранения избыточности используем операцию проекции на атрибуты, которые являются причиной

транзитивных зависимостей.
Преобразуем отношение R2, получив при этом отношения R3, R4 и R5. Эти отношения находятся в третьей нормальной форме.

форме является достаточным, и процесс проектирования базы данных на этом

заканчивается.
Однако, если в отношениях присутствует зависимость атрибутов составного ключа от неключевых атрибутов, необходимо перейти к усиленной третьей нормальной форме, или нормальной форме Бойса – Кодда (БКНФ).

оно находится в 3НФ и в нём отсутствуют зависимости ключей

(атрибутов составного ключа) от неключевых атрибутов.

этом заканчивается.
Результатом проектирования является база данных, состоящая из таблиц

R1, R3, R4, R5.
В полученной БД имеется необходимое дублирование данных, но отсутствует избыточное.

проектировании небольших БД, применяют и другие методы, например, метод ER-диаграмм

(метод сущность – связь).
Этот метод используется при проектировании больших БД, на нём основан ряд CASE – систем.

решаемой задачи выделяются объекты (сущности).
Информация о каждом из них

представляется в виде объектного отношения.
На основе ряда правил объектные отношения могут связываться между собой с помощью связных отношений или непосредственно друг с другом.

проверяются на принадлежность их к нормальной форме Бойса – Кодда.
После

завершения проектирования БД создаётся с помощью СУБД или системы программирования.

к этому и не стремятся.

только один элемент избыточных данных – это поля связи, которые

одновременно присутствуют и у родительских и у дочерних таблиц (главных и подчинённых по другой терминологии).
При соблюдении принципа неизбыточности экономится дисковое пространство.

в составе больших информационных систем, например АСУ крупных предприятий, могут

содержать сотни связанных между собой таблиц.
Человек не в состоянии одновременно анализировать большое число объектов с учётом их взаимосвязей; можно утверждать, что с увеличением числа нормализованных таблиц уменьшается целостное восприятие базы данных как системы взаимосвязанных данных.
Известны случаи, когда создавались системы, принципы функционирования которых признавались вышедшими за границы понимания.

поиск данных может осуществляться медленнее, чем аналогичный поиск в ненормализованных

или не вполне нормализованных базах данных.
Таким образом, при работе с данными большого объёма приходится искать компромисс между требованиями нормализации и необходимостью повышения быстродействия системы.