Файл: BD_1_GOS.docx

1. Проектирование бд с использованием декомпозиционного метода. Аномалии, присущие универсальному отношению. Функциональные зависимости. Нормализация отношений. Нормальная форма Бойса-Кодда.

Пусть требуется разработать БД для деканата института для учета успеваемости студентов, проживающих в общежитии.

В первую очередь, определяются необходимые атрибуты и связи между ними:

Сном: Номер студента. Целое значение, уникальное для каждого студента института.

Сфам: Фамилия студента. Каждый студент имеет только одну фамилию, но возможно, что одну фамилию носят несколько студентов.

Кном: Номер комнаты в общежитии. В одной комнате может проживать более одного студента.

Тном: Номер телефона студента. Каждая комната общежития имеет один телефон и им пользуются все студенты, проживающие в этой комнате.

Дисц: Название дисциплины. В БД будут храниться данные о дисциплинах, по которым проведена итоговая аттестация студента.

Семестр: Институтский семестр. Представляет собой семестр, в котором данная дисциплина была завершена студентом. Возможно, что студент изучал одну и ту же дисциплину в различных семестрах.

Оценка: Оценка за дисциплину. Оценка, полученная студентом за определенную дисциплину в данном семестре.

Составим универсальное отношение.

Проблемы, вызываемые использованием универсального отношения:

- вставки;

- обновления;

- удаления.

Проблема вставки

Если появляется новый студент еще не закончивший изуче-ние дисциплины, для него необходимо включить в БД кор-теж с нулевыми (пустыми) значениями атрибутов Дисципли-на, Семестр и Оценка. Нулевых значений следует избегать. Следовательно, включение в БД нового студента невозможно вплоть до завершения им изучения дисциплины.

Проблемы обновления

Обновление информации, связанное с внесением изменений, может приводить к ошибкам. Например, если изменился номер телефона в комнате, то это изменение необходимо выполнить во всех кортежах, в которых имеется изменяемый номер телефона. Если по той или иной причине этого не сделать, то в базе данных возможна ситуация, когда одна и та же комната будет иметь разные номера телефонов.

Проблемы удаления

Предположим, что студент под номером 3 (Петрова) не закончил изучение дисциплины и запись внесена ошибочно. Если удалить этот кортеж из отношения, то это приведет к исключению студента из БД. Если теперь потребуется список всех студентов, проживающих в общежитии, то фамилии Петрова в этом списке будет отсутствовать.

Для решения данных проблем используется нормализация.

Нормализация отношений - это формальный аппарат ограничений на формирование отношений, которые позволяют устранить дублирование и потенциальную противоречивость данных, а также уменьшает трудовые затраты на введение БД.

Цель нормализации получение такого проекта БД, в кот каждый факт проявляется лишь в одном месте.

Если отношение находится в N-ной форме, то оно автоматически находится в N-1- нормальной форме.

Теорема нормализации основана на наличии зависимостей между атрибутами отношений. Основными видами зависимостей являются:

1. ФЗ

2. Многозначные зависимости

3. Транзитивные зависимости.

ФЗ Атрибут «В» зависит от атрибута «А», если к каждому значению «А» соответствует точное значение «В». А→В - математическая форма записи

При этом «А» и «В» могут быть составными. Если атрибут «А» зависит от атрибута «В», а атрибут «В» зависит от атрибута «С» (А→В→С), то обратная зависимость отсутствует, а зависимость А→С называется транзитивной.

«В» многозначно зависит от атрибута «А», если каждому значению «А» соответствует множество значений «В», не связанных с другими атрибутами отношений.

Нормальные формы.

1НФ

Отношение находится в 1 нормальной форме, когда все атрибуты отношения имеют атомарные отношения, когда каждая строка содержит только одно значение для каждого атрибута.

2НФ

Отношение находится во 2 нормально форме, если оно находится в 1НФ, и каждый не ключевой атрибут полностью функционально зависит от всех составляющих первичного ключа.

Если хоть одни атрибут не зависит от первичного ключа, то он должен быть удален из этого отношения.

3НФ

Отношение находится в 3НФ, если оно находится во 2НФ и не один из его не ключевых атрибутов не связан функциональной зависимостью с любым другим не ключевым атрибутом. Атрибут. зависящий от других не ключевых атрибутов, нормализуется путем перемещения зависимого атрибута и атрибута, от которого зависят новые отношения.

4НФ

Отношение находится в 4НФ в том случае, если в случае существования многозначной зависимости А→В, все остальные атрибуты отношения функционально зависят от А.

5НФ

Связана с анализом нового вида зависимостей «проекции соединение»

Определение:

Отношение R удовлетворяет зависимости соединения в том и только в том случае, когда R восстанавливается без потерь путем соединения своих проекции.

НФБК

Возможный ключ. Возможный ключ представляет собой атрибут или набор атрибутов, который может быть использован для данного отношения в качестве первичного ключа. Первичный ключ всегда является возможным ключом; однако не исключено наличие других возможных ключей, которые могли бы быть, но не были использованы в качестве первичного ключа.

Детерминант. Если А→В есть ФЗ и В не зависит функционально от любого подмножества А, то говорят, что А представляет собой детерминант В.

Отношение находится в НФБК, если и только, если каждый детерминант отношения является возможным ключом.

2. Проектирование бд с использованием декомпозиционного метода. Избыточные фз. Примеры удаления избыточных фз. Возможные потери фз при декомпозиции.

Зависимость, заключающая в себе такую информацию, которая могла бы быть получена на основе других зависимостей из числа использованных при проектировании БД, называется избыточной ФЗ. Поскольку избыточная ФЗ не содержит уникальной информации, она может быть удалена из набора ФЗ без отрицательного воздействия на результат.

Транзитивные зависимости. Одним из вариантов появления в наборе ФЗ избыточных зависимостей является наличие ФЗ, представляющих транзитивные зависимости, которая определяется следующим образом:

Если A →B и B →C, то A→C - транзитивная зависимость.

Здесь следует подчеркнуть два момента:

1. Транзитивная зависимость A→C, приведенная в определении выше, является вполне корректной зависимостью.

2. Если A→B, B→C и A→C входят в набор ФЗ, то A→C является избыточной и ее использование в процессе проектирования не требуется.

Добавление атрибутов в ФЗ. Второй путь возникновения избыточных ФЗ связан с концепцией добавления. Эта форма избыточности имеет несколько видов, из которых только два самые простые:

1)Если А→В, то А,Z→В является корректной, но избыточной ФЗ.

А

В

Z

2)Возникает в случае добавления к обоим частям данной ФЗ одного и того же атрибута с целью формирования новой зависимости:

Если А→В, то А,Z→B,Z является корректной, но избыточной ФЗ.

А

В

Z

Псевдотранзитивность. Если Х→У; У,W→Z, то X,W→Z является избыточной в силу псевдотранзитивности. Это тип избыточности возникает в тех случаях, когда в получаемых ФЗ обнаруживаются детерминанты.

Х

w

y

z

Удаление избыточных ФЗ:

- Объединение ФЗ.

- Декомпозиция ФЗ.

Объединение ФЗ. Если А→В и А→С, то А→В,С

Пример:

фамилия

город

область

Если , то

фамилия

город

область

Декомпозиция ФЗ. Если А→В,С, то А→В и А→С.

Пример:

город

город

Если , то

фамилия

фамилия

область

область

Возможные потери ФЗ при декомпозиционном проектировании:

1. Потери возможны, если не удалены избыточные ФЗ и эти ФЗ используются при декомпозиции.

2. Пусть имеем А В. Это отношение не находится в НФБК. Здесь возможный ключ <А,С>,

С

а детерминанты <А>, <С>. Если одна из ФЗ будет выделена обычным способом, то другая будет потеряна.

3. Проектирование БД с использованием декомпозиционного метода. Минимальное покрытие. Алгоритм декомпозиционного проектирования баз данных.

Набор не избыточных ФЗ, полученный путем удаления всех избыточных ФЗ из исходного набора с помощью приемов удаления, называется минимальным  покрытием.

Минимальное покрытие не всегда является уникальным, поскольку порядок, в котором осуществляется процедура удаления избыточных ФЗ, может оказать влияние на минимальное покрытие.