Основная задача проектирования БД. Метод декомпозиции- классический метод нормализации отношений

Основной целью проектирования БД является сокращение избыточности хранимых данных, которая одновременно приводит к экономии памяти, уменьшении времени, затрачиваемом на операции выполнения и устранения противоречий из-за хранимых в различных местах сведений об одних и тех же объектах. Метод нормальных форм используется при проектировании Бд, которые позволяет нормализовать отношения в таблице. МНФ основан на фундаментальном понятии зависимости между атрибутами и отношениями. Выделяют следующие формы МНФ 1НФ, 2НФ,3НФ, улучшенная 3я НФ, 4НФ,5НФ. Процесс проектирования МНФ является итерационным и заключается в последовательном переводе из 1НФ в формы более высокого уровня. Каждая следующая НФ ограничивает определенный тип функциональных зависимостей, устраняет аномалии при выполнении операций над отношениями и сохраняет свойства предшествующих НФ. 1НФ если все атрибуты являются простыми, т.е имеют единственное значение, то мы имеем 1НФ. Перевод отношения в следующую НФ заключается в декомпозиции, т.е разбивка основной таблицы на дополнительные, причем разбивка происходит без потерь данных и обеспечивает одинаковые результаты при обращении к исходному отношению и при обращении к данным, полученным в результате декомпозиции.

Метод декомпозиции основан на проекции. Проекция отношений А на атрибуты x, y,z. A(x,y,z); x,y,z- множество атрибутов (заголовков отношения А, представляющих собой отношение с заголовком x,y,z и телом содержащим картежи отношений А, где исключается повтор картежей, повторение одинаковых атрибутов в списке x,y,z запрещается. R(A, B,C,D) атрибуты. Устранение функциональной зависимости позволяет перевести следующую нормальную форму в исходное отношение, для этого выполним декомпозицию отношения R на 2 отношения. Пример Имеем отношение R(А, B, C,D,E) и функциональную зависимость атрибута С->D. Устранение этой зависимости позволяет перевести отношения в следующую НФ. Для решения задачи необходимо выполнить декомпозицию R на 2 новых отношения R1(A, B, C, E) и R2(C, D), R2 будет проекцией отношения R на атрибут С и D. Рм пример в котором имеется составной ключ. Данные отношения находятся в 1НФ. *-ключевые поля.(ФИО->оклад; ФИО->должность; ФИО->стаж; ФИО->доп стаж; ФИО->кафедра; стаж->д стаж; оклад->должность;)

ФИО_предм_группа->Вид занятий.

Частичная зависимость от ключа приводит к дублированию данных и к проблеме редактирования данных. 2НФ представляет собой таблицу, если отношение находится в 1НФ и каждый не ключевой атрибут функционально зависит от первичного ключа. Переводом в 2НФ устраняем частичную зависимость, при которой исходная таблица делится на несколько отношений следующим образом:

1. Построение проекции без атрибутов, находящихся в частичной зависимости от первичного ключа.

2. проекции на части составного ключа и атрибуты, зависящие от этих частей.

В результате получения проекции получим 2 таблицы R1, где оставим составной ключ. В этом отношении первичный ключ-составной и получим по утверждению, что каждый препод ведет по одному предмету в одной группе, читает лекции или ведет практику; и R2, где зависимости ФИО.

Далее 2НФ преобразовывается в 3НФ, в котором все не ключевые атрибуты отношения взаимно независимые, т.е находятся в нетранзитивной зависимости и полностью зависят от первичного ключа. В отношении R1 транзитивные зависимости отсутствуют, в отношении R2 транзитивные зависимости есть: ФИО->должность; ФИО-> оклад; ФИО-> д. стаж. Порождает избыточное дублирование.

 

 

 

Для перевода в 3НФ используют операцию проекции на атрибуты в отношении R2. Если в отношении имеется зависимость атрибутов составного ключа от ключевых атрибутов, то следующий переход к 3НФ или к форме Бойса-Кода. Отношение находится в БКНФ, если оно находится в №НФ и в нем нет зависимостей ключей или атрибутов составного ключа от не ключевых атрибутов.

 

13. Метод сущность-связь –базовый метод нормализации отношений.

Формирование отношений для связи 1:1 при различных КП сущностей.

При проектировании Бд необходимо нормализовать отношения, т.е исключить избыточность или аномалии. Исключение избыточности проводится с помощью метода нормальных форм и тип зависимости функциональный. При переводе в нормальную форму мы устраняем явную избыточность, при переводе во 2НФ устраняет часть избыточности, т.е явной избыточности. В 3НФ устраняется неявное дублирование. Метод сущность-связь является базовым методом при нормализации отношений. Он называется методом ER- диаграмм. Проектирование БД этим методом основывается на диаграмме ER экземпляров и ER-типа. Связь между сущностями отражает зависимость между атрибутами сущности, а название связи представляется глаголом. Для отображения связи ежду сущностями используют графические средства: диаграммы ER-экземпляра и диаграммы ER-типа. Диаграммы ER-экземпляра показывают связь между атрибутами сущностей.

Если взять сущности и связи между ними, то получим диаграмму ER типа

Связь 1:1 образуется в случае, когда все поля связей основной и дополнительной таблиц являются ключевыми. Поскольку значения в ключевых полях обеих таблиц не повторяются, обеспечивается взаимно-однозначное соответствие записей из этих таблиц. Сами таблицы равноправные. Класс принадлежности атрибутов может быть обязательным и необязательным.

На первом рисунке изображена связь 1:1 обязательного класса принадлежности, на 2м-необязательного.

Диаграмма R-типа для варианта связи 1:1 необ принадлежности формирует отношения под каждую сущность с первичным ключом, а к отношению сощностей которые имеют обязательный КП добавляется в качестве атрибута.

Если имеем вариант 1:1, но класс обеих сущностей необязательный, то необходимо иметь 3 отношения, где первые 2 будут сформированы для каждой из сущностей с соответствующими ключами, а 3й будет связывать отношения, его ключи будут составными и содержать ключи обеих сущностей.

14. Формирование отношений для связи 1:М при КП обязательном для М связной сущности.

Связь 1:М имеет место в случае, когда одной записи основной таблицы соответствует несколько записей вспомогательной таблицы.

Если степень связи между сущностями 1:М (или М:1) и класс принадлежности М-связной сущности обязательный, то достаточно формирование двух отношений (по одному на каждую из сущностей). При этом первичными ключами этих отношений являются ключи их сущностей. Кроме того, ключ 1-связной сущности добавляется как атрибут (внешний ключ) в отношение, соответствующее М-связной сущности.

На рис. Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1 приведены диаграмма ER-типа и отношения, сформированные по правилу Ошибка! Источник ссылки не найден..

 

рис. Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1 Диаграмма и отношения для правила Ошибка! Источник ссылки не найден..

Пример: Каждый преподаватель может вести несколько дисциплин ИЛИ ни одной, но каждая дисциплина ведется одним преподавателем (

рис. Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..2, рис. Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..3).

 

 

рис. Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..2 Диаграмма ER-экземпляров для связи типа 1:М варианта Н-О

 

 

рис. Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..3. Диаграмма ER-типа для связи типа 1:М варианта Н-О

 

15. Формирование отношений для связи 1:М при КП необязательном для М-связной сущности.

Связь 1:М возникает, если 1ой записи основной таблицы соответствует несколько записей дополнительной таблицы.

Если степень связи 1:М (М:1)и класс принадлежности М-связной сущности является необязательным, то необходимо формирование трех отношений.

На рисунке диаграмма ER-типа и ER-экземпляра:

 

Cl, C2 – сущности 1 и 2;

Kl, K2 – ключи первой и второй сущности соответственно;

Rl – отношение 1, сформированное на основе первой сущности;

R2 – отношение 2, сформированное на основе второй сущности;

R1_R2 – отношение 3, сформированное на основе первой и второй сущности;

Два отношения соответствуют связываемым сущностям, ключи которых являются первичными в этих отношениях. Третье отношение является связным между первыми двумя (его ключ объединяет ключевые атрибуты связываемых отношений).

16. Формирование отношений для связи М:М.

Связь М:М возникает, если нескольким записям основной таблицы соответствует несколько записей дополнительной таблицы.

Если степень связи М:М, то независимо от класса принадлежности сущностей формируются три отношения. Два отношения соответствуют связываемым сущностям и их ключи являются первичными ключами этих отношений. Третье отношение является связным между первыми двумя, а его ключ объединяет ключевые атрибуты связываемых отношений.

На

приведены диаграмма ER-типа и ER-экземпляра:

 

 

Аналогичные результаты получаются и для трех других вариантов, различающихся классами принадлежности их сущностей.