Лекция 6: Нормальные формы отношений. Создание логической модели реляционной базы данных

Вторая нормальная форма

Будем считать атрибут отношения ключевым, если он является элементом какого-либо ключа отношения. В противном случае атрибут будет считаться неключевым атрибутом. Так в отношении (Город, Адрес, Почтовый_индекс) все атрибуты являются ключевыми, поскольку при заданных ФЗ город, адрес -> почтовый_индекс и почтовый_индекс \to город ключами являются пары город, адрес и адрес, почтовый_индекс.

Отношение находится во второй нормальной форме (2НФ), если оно находится в 1НФ, и все неключевые атрибуты отношения функционально полно зависят от составного ключа отношения. Иными словами, 2НФ требует, чтобы отношение не содержало частичных ФЗ.

Пример. Приведение отношения ко 2НФ

Вновь обратимся к рассмотрению отношения SHIPMENT, представленного на рис. 6.2. Оно содержит частичную ФЗ: неключевой атрибут Ship Capacity (грузоподъемность корабля) не зависит от ключевого атрибута Departure Date (даты убытия), а зависит от ключевого атрибута Ship Registration Number (регистрационный номер корабля).

Использование отношения, представленного не во 2НФ, может породить следующие проблемы:

• невозможно занести в базу данных название и грузоподъемность корабля, который не доставил еще ни одного груза, - можно только ввести для него фиктивный груз;
• если удалить кортеж из отношения Shipment после отправки груза, то потеряются все данные о кораблях, для которых в настоящее время нет груза;
• невозможно отразить факт переоборудования корабля и получения им новой грузоподъемности; если переписать все предыдущие кортежи об этом корабле, то получится, что он в прошлом плавал недогруженным или перегруженным.

Приведение отношения SHIPMENT ко 2НФ заключается в изъятии атрибутов частичной ФЗ из отношения SHIPMENT и создании для нее связанного подчиненного отношения SHIP. Результат приведения отношения SHIPMENT ко 2НФ представлен на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Отношения во 2НФ

Таким образом, процедура приведения отношения ко 2НФ состоит в выполнении двух проекций: проекции без атрибутов частичной ФЗ и проекции на часть составного ключа и те атрибуты, которые от него зависят.

Третья нормальная форма

Отношение находится в третьей нормальной форме (3НФ), если оно находится во 2НФ, и все неключевые атрибуты отношения зависят только от первичного ключа. Иными словами, 3НФ требует, чтобы отношение не содержало транзитивных ФЗ неключевых атрибутов от ключа.

Формально это требование можно сформулировать следующим образом: схема отношения R находится в 3НФ, если не существует ключа Х для R, множества атрибутов и неключевого атрибута А из R, не принадлежащего Х или Y, таких, что: 1) имеет место в R, 2) имеет место в R, но 3) не имеет места в R.

ФЗ представляют не только ограничения целостности, налагаемые на отношения, но и связи между атрибутами, если они (связи) сохраняются в базе данных. Если отношение содержит частичную зависимость - ключ отношения и , то в каждом кортеже, используемом для хранения связи значений Х со значениями какого-либо другого атрибута, кроме А и Х, должна появиться связь между Y и A. Так, например, адрес поставщика дублируется для каждого поставляемого товара в отношении ПОСТАВКИ. Использование 3НФ исключает возможность возникновения такой ситуации (см. условие 3 в формальном определении 3НФ).

Наличие транзитивной зависимости не позволяет связать значения Y и Х, если не существует значения А, связанного со значением Y. Это затрудняет вставку и обновление данных, которые необходимо выполнить сразу для пары связей, а в случае удаления данных приводит к потере связи.

Пример. Приведение отношения к 3НФ

Вновь обратимся к рассмотрению отношения SHIPMENT, представленного на рис. 6.3. Оно содержит транзитивную ФЗ: атрибут Customs Declaration (таможенная декларация) является по своей сути свойством атрибутов Origin (пункт отправления) и Destination (пункт назначения). Результат приведения отношения SHIPMENT к 3НФ представлен на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Отношение в 3НФ

Таким образом, процедура приведения отношения к 3НФ состоит в выполнении двух проекций: проекции по правой части транзитивной ФЗ и проекции по левой части транзитивной ФЗ.