6.10.2. Визначення четвертої нормальної форми Четверта нормальна форма (4нф) Відношення в нормальній формі Бойса-Кодда, що не містить нетривіальних багатозначних залежностей.

Ч етверта нормальна форма (4НФ) є більш строгим різновидом нормальної форми Бойса-Кодда, оскільки в 4НФ - відношеннях немає нетривіальних МЗЗ, а тому немає і надмірності даних. Нормалізація НФБК - відношення з одержанням 4НФ - відношень полягає в усуненні МЗЗ із НФБК - відношення за допомогою виділення в нове відношення одного чи декількох беруть участь у МЗЗ атрибутів разом з копією одного чи декількох детермінантів.

Наприклад, представлене в табл. 6.28 відношення Branch Staff Client не знаходиться в 4НФ, оскільки в ньому є присутнім нетривіальна МЗЗ. Це відношення випливає декомпозувати на відносини Branch Staff і Branch Client, показані в табл. 6.29 і 6.30 відповідно. Обоє нових відносини знаходяться в 4НФ, тому що відношення Branch Staff містить тривіальну МЗЗ Branch_No -> SNane, а відношення Branch Client - тривіальну МЗЗ Branch_No -> CName. Зверніть увагу на те, що ці 4НФ – відношення не характеризуються надмірністю даних.

6.11. П'ята нормальна форма (5нф)

При будь-якій декомпозиції відносини на два інших відношення отримані відносини мають властивість з'єднання без утрат. Це значить, що отримані відносини можна знову з'єднати й одержати колишнє відношення у вихідному виді. Однак бувають випадки, коли потрібно декомпозувати відношення на більш ніж двоє відносин. У таких (досить рідких) випадках виникає необхідність враховувати залежність з'єднання, що усувається за допомогою п'ятої нормальної форми (5НФ). У цьому розділі ми коротко розглянемо сутність залежності з'єднання і її зв'язок з п'ятою нормальною формою (5НФ).

6.11.1. Залежність з'єднання

Залежність з'єднання Властивість декомпозиції, що викликає генерацію помилкових рядків при зворотному з'єднанні декомпозованих відносин за допомогою операції природного з'єднання.

При розбивці відносин за допомогою операції проекції використовуваний метод декомпозиції визначається зовсім точно. Зокрема, варто подбати про те, щоб при зворотному з'єднанні отриманих відносин можна було відновити вихідне відношення. Така декомпозиція називається декомпозицією з з'єднанням без утрат (чи безпрограшним або неадитивним з'єднанням), оскільки при її виконанні зберігаються всі дані вихідного відношення, а також виключається створення додаткових помилкових рядків. Наприклад, представлені в табл. 6.29 і 6.30 відносини Branch_Staff і Branch_Client отримані після декомпозиції з з'єднанням без утрат відносини Branch Staff Client, представленого в табл. 6.28. Інакше кажучи, вихідне відношення Branch_Staff_Client може бути реконструйоване шляхом виконання операції природного з'єднання для відносин Branch_Staff і Branch_Client. У цьому прикладі вихідне відношення декомпозовано на двоє відносин, однак бувають випадки, коли потрібно виконати декомпозицію без утрат з утворенням більш ніж двох відносин. Саме в таких випадках застосовні поняття залежності з'єднання і п'ятої нормальної форми (5НФ).

6.11.2. Визначення п'ятої нормальної форми (5нф) п'ята нормальна форма (5нф) Відношення без залежностей з'єднання.

П 'ята нормальна форма (5НФ), що також називається проективно - сполучною нормальною формою, чи ПСНФ (project-join normal form - PJNF), означає, що відношення в такій формі не має залежностей з'єднання.

Розглянемо показане в табл. 6.31 відношення Property_Item_Supplier, що містить зведення про постачальників меблів (атрибут Supplier_No), опису меблів (атрибут Item Description), а також інформацію про об'єкти нерухомості (атрибут Ргорerty_No), у яких вона встановлена.

Н априклад, для об'єкта нерухомості з номером 'PG4' постачальником з номером 'S1' поставлене ліжко ('Bed'), а постачальником з номером 'S2' - стілець ('Chair'). Єдине додаткове обмеження в даному випадку може полягати в тім, щоб кожен постачальник поставляв тільки якісь визначені типи меблів для заданого об'єкта нерухомості, усупереч тому, що деякий постачальник можуть поставляти всі типи меблів для цього об'єкта нерухомості. Таке обмеження створює у відношенні Property_Item_Supplier залежність з'єднання. Однак структура цього відношення не відповідає цьому обмеженню, оскільки допускається додавання в неї будь-яких рядків, включаючи рядка ('PG16', 'Bed', 'S1') і ('PG4', 'Bed', 'S2'). Ці рядки означають, що постачальник з номером 'S1' поставив ліжко для об'єкта нерухомості з номером 'РС16', а постачальник з номером 'S2' - ліжко для об'єкта нерухомості з номером 'PG4'. Однак дане представлення не є коректним відображенням реальної ситуації.

Оскільки відношення Property_Item_Supplier містить залежність з'єднання, виходить, воно не знаходиться в п'ятій нормальній формі. Для видалення цієї залежності з'єднання варто виконати декомпозицію відносини Property_Item_Supplier на три 5НФ - відношення:

Property_Item, Item_Supplier і Property_Supplier (табл. 6.32, 6'.33 і 6.34 відповідно).

Слід зазначити, що природне з'єднання будь-яких двох з цих трьох відносин приведе до появи помилкових рядків, але природне з'єднання цих трьох відносин приведе до відновлення відносини Property Item Supplier у вихідному стані.

Резюме

• Нормалізація — це метод створення набору відносин із заданими властивостями на основі вимог, пропонованих до даних в організації.,

• Нормалізація є формальним методом, що може бути використаний для визначення складу відносин на основі їхніх ключів і існуючих функціональних залежностей між їх атрибутами.

• Відносини з надмірністю даних можуть страждати від аномалій відновлення, що поділяються на аномалії вставки, видалення і відновлення даних.

• Однієї з основних концепцій нормалізації є функціональна залежність, що описує зв'язок між атрибутами відносини. Нехай А и В - це атрибути деякого відношення R. Атрибут У функціонально залежить від атрибута А (що позначається як А->У), якщо кожне значення А зв'язане з одним значенням В. (Причому кожний з атрибутів А и В може складатися з одного чи декількох атрибутів.)

• Детермінантом називається будь-який атрибут, від якого цілком функціонально залежить якийсь інший атрибут. У визначенні функціональної залежності термін "детермінант" характеризує один чи кілька атрибутів, розташованих з лівої сторони від стрілки.Процес нормалізації полягає в перетворенні відносини в різні нормальні форми. На кожнім етапі цього процесу віддаляються небажані характеристики відносини, що визначають його уразливість стосовно аномалій відновлення. В міру просування до більш високих нормальних форм формат представлення відносини стає більш строгим, а воно саме - менш уразливим стосовно аномалій відновлення. У схематичному виді процес нормалізації відносини (аж до 5НФ) показаний на мал. 6.10.

• Спочатку були запропоновані тільки перша (1НФ), друга (2НФ) і третя (ЗНФ) нормальні форми. Потім Вайсом і Коддом було сформульовано більш строге визначення третьої нормальної форми, що одержало назву нормальної форми Боиса-Кодда (НФБК). Усі ці нормальні форми призначені для усунення різних видів небажаних функціональних залежностей між атрибутами відносини. Ненормалізованою формою (ННФ) називається таблиця, що містить одну чи кілька повторюваних груп атрибутів.

• Першою нормальною формою (1НФ) називається відношення, у якому на перетинанні кожного рядка і кожного стовпця розташовується одне і тільки одне значення.

• Другою нормальною формою (2НФ) називається відношення, що знаходиться в першій нормальній формі, а кожен атрибут, що не входить у первинний ключ, цілком функціонально залежить від цього первинного ключа. Повна функціональна залежність для атрибутів А и В деякого відношення означає наступне: атрибут У цілком функціонально залежить від атрибута А, якщо атрибут У функціонально залежить від атрибута А, але не залежить ні від якої підмножини атрибута А.

• Третьою нормальною формою (ЗНФ) називається відношення, що знаходиться в першій і в другий нормальних формах, причому в ньому немає атрибутів, що не входять у первинний ключ, що транзитивно залежать від цього первинного ключа. Транзитивна залежність для атрибутів А, В и С деякого відношення означає наступне: якщо А->В и В->З, те З транзитивно залежить від атрибута А через атрибут У (за умови, що А функціонально не залежить від У чи З).

• Нормальною формою Бойса-Кодда (НФБК) називається відношення, у якому кожен детермінант є потенційним ключем.

• Четвертою нормальною формою (4НФ) називається відношення, що знаходиться в нормальній формі Бойса-Кодда і не містить нетривіальних багатозначних залежностей. Багатозначна залежність представляє таку залежність між атрибутами А, В и С деякого відношення, при якій для кожного значення атрибута А існують відповідні набори значень атрибутів В и С, причому обоє цих набору не залежать друг від друга.

• П'ятою нормальною формою (5НФ) називається відношення, що не містить залежностей з'єднання. Залежність з'єднання - це така ситуація при який декомпозиція відносини може супроводжуватися генерацією помилкових рядків при зворотному з'єднанні декомпозованих Відносин за допомогою операції природного з'єднання.