Глава

Дальнейшая нормализация: формы 1НФ, 2НФ, ЗНФ и НФБК

11.1. Введение

До сих пор в этой книге в качестве примера рассматривалась база данных поставщиков и деталей с приведенной ниже логической структурой.

S {Si, SNAME, STATUS, CITY } PRIMARY KEY { St }

P {PI, PNAME, COLOR, WEIGHT, CITY } PRIMARY KEY { P }

SP { SI, PI, QTY }

PRIMARY KEY { S, Pi }

FOREIGN KEY { SI } REFERENCES S

FOREIGN KEY { P } REFERENCES P

Теперь структура этой базы данных стала нам понятней. Очевидно, что в ней присутствуют три переменные-отношения (S, Р и SP), в которых определены те или иные атрибуты. Например, атрибут CITY для города поставщика определен в переменной-отношении S, атрибут COLOR для цвета детали - в переменной-отношении Р, атрибут QTY для количества деталей - в переменной-отношении SP и т.д. Но откуда нам это известно? Кое-что можно понять, определенным образом изменив макет базы данных. Предположим, например, что атрибут CITY удален из переменной-отношения поставщиков S и добавлен в переменную-отношение поставок SP. (Однако интуитивно это действие можно охарактеризовать как ошибочное, поскольку понятие город поставщика очевидным образом связано с поставщиками, а не с поставками.) На рис. 11.1 представлен пример содержания переменной-отношения поставок, измененной подобным образом.

Замечание. Чтобы избежать путаницы, связанной с исходной переменной-отношением SP, которой мы оперировали ранее, эта измененная переменная-отношение будет далее обозначаться SCP, как и в главе 10.

На рис. 11.1 легко заметить один недостаток, свойственный организации переменной-отношения SCP, а именно - ее избыточность. Говоря конкретнее, в каждом кортеже переменной-отношения SCP для поставщика с номером S1 содержится информация о том, что этот поставщик находится в Лондоне; в каждом кортеже переменной-отношения SCP для по-

ставщика с номером S2 содержится информация о том, что этот поставщик находится в Париже, и т.д. Иначе говоря, сведения о городе, в котором находится конкретный поставщик, повторяются в отнощений столько раз, сколько данный поставщик выполняет поставок. Эта избыточность, в свою очередь, приводит к некоторым проблемам. Например, после обновления данных в качестве местонахождения поставщика с номером S1 в одном из кортежей может быть указан Лондон, а в другом - Амстердаме Таким образом, для создания хорошего макета следует придерживаться принципа по одному факту в одном месте (т.е. следует избегать избыточности данных). Предметом нормализации, в сущности, является всего лишь формачшация подобных простых идей, однако это должна быть формализация, которая действительно будет иметь большое практическое значение при проектировании базы данных.

Puc. 11.1. Пример значений данных в переменной-отношении SCP

Конечно, как уже упоминалось в главе 5, отношения в реляционной модели всегда нормализованы. Можно сказать, что переменная-отношение также нормализована, поскольку ее допустимыми значениями являются нормализованные отношения. Следовательно, в контексте реляционной модели переменная-отношение также всегда нормализована. Аналогично можно сказать, что переменные-отношения (и отношения) всегда находятся в первой нормальной форме, или 1НФ. Иначе говоря, понятия нормализованная переменная-отношение и переменная-отношение в 1НФ означают в точности одно и то же, хотя следует иметь в виду, что понятие нормализованная переменная-отношение может также относиться к нормализации более высоких уровней (обычно для обозначения третьей нормальной формы, или ЗНФ). Последний вариант использования этого термина не совсем точен, но достаточно широко распространен.

Далее в этой и последующих главах нужно сделать (достаточно правдоподобное!) предположение о том, что контроль предикатов переменных-отношений поддерживается не в полном объеме. Это необходимо, поскольку в противном случае описанные выше проблемы просто не могли бы возникнуть (было бы невозможно обновить данные о городе поставщика с номером S1 только в некоторых кортежах). В действительности нор.мализацию целесообразно понимать следующим образом: она по.могает спроектировать базу данных таким образо.м, чтобы сделать более логически приемлемыми операции обновления отдельных кортежей, что в противном случае (т.е. когда макет базы данных не нормализован) может оказаться затруднительным. Эта цель достигается благодаря тому, что в полностью нормализованном макете предикаты пере.менных-отношений имеют более простой вид.

Однако некоторая переменная-отношение может быть нормализованной в указанном смысле и все еще обладать определенными нежелательными свойствами. Примером может служить переменная-отношение SCP, показанная на рис. 1.1. Принципы дальнейшей нормализации позволяют распознать подобные случаи и привести такие переменные-отношения к более приемлемой форме. В случае переменной-отношения SCP эти принципы позволили бы точно установить ее недостатки и указать на необходимость ее разбиения на две более приемлемые переменные-отношения: одну с заголовком {Si, CITY} и другую с заголовком {Si, Pi, QTY}.

Нормальные формы

Процесс дальнейшей нормализации, который ниже будет упоминаться просто как нормализация, основывается на концепции нормальных форм. Говорят, что переменная-отношение находится в определенной нормальной форме, если она удовлетворяет заданному набору условий. Например, переменная-отношение находится во второй нормальной форме (или в 2НФ) тогда и только тогда, когда она находится в 1НФ и удовлетворяет дополнительному условию, приведенному в разделе 11.3.

На рис. 11.2 показано несколько нормальных форм, которые определены к настоящему времени. Первые три (1НФ, 2НФ и ЗНФ) были определены Коддом (Codd) [10.4]. Как видно из рис. 11.2, все нормализованные переменные-отношения находятся в 1НФ, некоторые переменные-отношения в 1НФ также находятся в 2НФ и некоторые переменные-отношения в 2НФ также находятся в ЗНФ. Мотивом введения дополнительных определений было то, что вторая нормальная форма более желательна (в смысле, который будет разъяснен ниже), чем первая, а третья, в свою очередь, более желательна , чем вторая. Таким образом, в общем случае при проектировании базы данных целесообразно использовать переменные-отношения в третьей нормальной форме, а не в первой или второй.

Переменные-отношения в 1НФ (нормализованные)

Переменные-отношения в 2НФ

Переменные-отношения в ЗНФ

Переменные-отношения в НФБК

Переменные-отношения в 4НФ

Переменные-отношения в5Нф

Рис. 11.2. Уровни нормализации

В [10.4] также приводится описание процедуры нормализации, с помощью которой переменная-отношение в некоторой нормальной форме, например в 2НФ, может быть преобразована в несколько переменных-отношений в другой, более желательной нормальной форме, например в ЗНФ. (В исходном варианте эта процедура определена только до третьей формы, но, как будет показано в следующей главе, она может быть последовательно расширена вплоть до пятой нормальной формы.) Такую процедуру можно охарактеризовать как последовательное приведение данного набора переменных-отношений к некоторой более желательной форме. Следует отметить, что эта процеду-