Итак, классический подход к проектированию реляционных баз данных основывается на декомпозиции отношений с целью их нормализации.
Вторая нормальная форма
Рассмотрим следующий пример схемы отношения:
СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ-ПРОЕКТЫ (СОТР_НОМЕР, СОТР_ЗАРП, ОТД_НОМЕР,ПРО_НОМЕР, СОТР_ЗАДАН)Это отношение связывает уникальный номер сотрудника с размером его заработной платы, номером отдела, в котором работает сотрудник, номером проекта, в котором участвует сотрудник, и номером задания, выполняемого сотрудником в рамках этого проекта.
Первичный ключ:
СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕРФункциональные зависимости:
СОТР_НОМЕР --> СОТР_ЗАРПСОТР_НОМЕР --> ОТД_НОМЕРОТД_НОМЕР --> СОТР_ЗАРПСОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕР --> СОТР_ЗАДАНКак видно, хотя первичным ключом является составной атрибут СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕР, атрибуты СОТР_ЗАРП и ОТД_НОМЕР функционально зависят от части первичного ключа, атрибута СОТР_НОМЕР. В результате мы не сможем вставить в отношение СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ-ПРОЕКТЫ кортеж, описывающий сотрудника, который еще не выполняет никакого проекта (первичный ключ не может содержать неопределенное значение). При удалении кортежа мы не только разрушаем связь данного сотрудника с данным проектом, но утрачиваем информацию о том, что он работает в некотором отделе. При переводе сотрудника в другой отдел мы будем вынуждены модифицировать все кортежи, описывающие этого сотрудника, или получим несогласованный результат. Такие неприятные явления называются аномалиями схемы отношения. Они устраняются путем нормализации.
Определение 6: Вторая нормальная форма (В этом определении предполагается, что единственным ключом отношения является первичный ключ.)
Отношение R находится во второй нормальной форме (2NF) в том и только в том случае, когда находится в 1NF, и каждый неключевой атрибут полностью зависит от первичного ключа.
Можно произвести следующую декомпозицию отношения СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ-ПРОЕКТЫ в два отношения СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ и СОТРУДНИКИ-ПРОЕКТЫ:
СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ (СОТР_НОМЕР, СОТР_ЗАРП, ОТД_НОМЕР)Первичный ключ:
СОТР_НОМЕРФункциональные зависимости:
СОТР_НОМЕР --> СОТР_ЗАРПСОТР_НОМЕР --> ОТД_НОМЕРОТД_НОМЕР --> СОТР_ЗАРПСОТРУДНИКИ-ПРОЕКТЫ (СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕР, СОТР_ЗАДАН)Первичный ключ:
СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕРФункциональные зависимости:
СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕР --> CОТР_ЗАДАНКаждое из этих двух отношений находится в 2NF, и в них устранены отмеченные выше аномалии (легко проверить, что все указанные операции выполняются без проблем).
Если допустить наличие нескольких ключей, то определение 6 примет следующий вид:
Определение 6: Отношение R находится во второй нормальной форме (2NF) в том и только в том случае, когда находится в 1NF и каждый неключевой атрибут полностью зависит от каждого ключа R.
Здесь и далее мы не будем приводить примеры для отношений с несколькими ключами. Они слишком громоздки и относятся к ситуациям, редко встречающимся на практике.
Третья нормальная форма
Рассмотрим еще раз отношение СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ, находящееся в 2NF. Заметим, что функциональная зависимость СОТР_НОМЕР --> СОТР_ЗАРП является транзитивной; она является следствием функциональных зависимостей СОТР_НОМЕР --> ОТД_НОМЕР и ОТД_НОМЕР --> СОТР_ЗАР. Другими словами, заработная плата сотрудника на самом деле является характеристикой не сотрудника, а отдела, в котором он работает (это не очень естественное предположение, но достаточное для примера).
В результате мы не сможем занести в базу данных информацию, характеризующую заработную плату отдела, до тех пор, пока в этом отделе не появится хотя бы один сотрудник (первичный ключ не может содержать неопределенное значение). При удалении кортежа, описывающего последнего сотрудника данного отдела, мы лишимся информации о заработной плате отдела. Чтобы согласованным образом изменить заработную плату отдела, мы будем вынуждены предварительно найти все кортежи, описывающие сотрудников этого отдела. Т.е. в отношении СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ по-прежнему существуют аномалии. Их можно устранить путем дальнейшей нормализации.
Определение 7: Третья нормальная форма (Снова определение дается в предположении существования единственного ключа.)
Отношение R находится в третьей нормальной форме (3NF) в том и только в том случае, если находится в 1NF и каждый неключевой атрибут не является транзитивно зависимым от первичного ключа.
Можно произвести декомпозицию отношения СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ в два отношения СОТРУДНИКИ и ОТДЕЛЫ:
СОТРУДНИКИ (СОТР_НОМЕР, ОТД_НОМЕР)Первичный ключ:
СОТР_НОМЕРФункциональные зависимости:
СОТР_НОМЕР --> ОТД_НОМЕРОТДЕЛЫ (ОТД_НОМЕР, СОТР_ЗАРП)Первичный ключ:
ОТД_НОМЕРФункциональные зависимости:
ОТД_НОМЕР --> СОТР_ЗАРПКаждое из этих двух отношений находится в 3NF и свободно от отмеченных аномалий.
Если отказаться от того ограничения, что отношение обладает единственным ключом, то определение 3NF примет следующую форму:
Определение 7~: Отношение R находится в третьей нормальной форме (3NF) в том и только в том случае, если находится в 1NF, и каждый неключевой атрибут не является транзитивно зависимым от какого-либо ключа R.
На практике третья нормальная форма схем отношений достаточна в большинстве случаев, и приведением к третьей нормальной форме процесс проектирования реляционной базы данных обычно заканчивается. Однако иногда полезно продолжить процесс нормализации.
