Лекция 6: Нормальные формы отношений. Создание логической модели реляционной базы данных

Нормальная форма Бойса-Кодда

3НФ упрощает решение проблем контроля избыточности данных, интерпретации нуль-значений, контроля за операциями модификации данных, только если в отношениях отсутствуют какие-либо другие ФЗ, в частности обратные ФЗ неключевого атрибута на один из атрибутов составного первичного ключа или многозначные ФЗ. В противном случае вышеперечисленные проблемы остаются неразрешенными. Для устранения таких проблем, связанных с существованием обратных ФЗ неключевых атрибутов на часть составного ключа, была предложена усиленная 3НФ или НФ Бойса-Кодда.

Отношение находится в нормальной форме Бойса-Кодда (НФБК), если оно находится в 3НФ, и в нем отсутствовали зависимости ключевых атрибутов от неключевых атрибутов. Иными словами, НФБК допускает наличие только таких нетривиальных ФЗ, в которых ключ определяет один или более других атрибутов: , где включает некоторый ключ.

Таким образом, схема отношения в НФБК обладает теми же достоинствами, что и схема в 3НФ, но устраняет некоторые дополнительные аномалии, не устраняемые 3НФ. Например, в отношение (Город, Адрес, Почтовый_индекс), находящееся в 3НФ, невозможно записать кортеж для города с известным почтовым индексом, если не известен адрес с этим почтовым индексом. Данное отношение не находится в НФБК, так как имеет место ФЗ Почтовый_индекс -> Город, а атрибут почтовый_индекс не является ключом этого отношения.

Замечание. В отличие от 3НФ, исходные отношения не всегда могут быть приведены в НФБК.

Пример. Приведение отношения к НФБК

Продолжим рассмотрение примеров из области судоходства.

Допустим, что экипаж судна разделен на команды, каждая из которых отвечает за разные виды работ. Члены экипажа могут входить в разные команды, но в каждую команду входит только один руководитель. Команда может иметь несколько руководителей. Каждый член экипажа может руководить только одной командой. Отношение задается таблицей 6.1 ниже:

Отношение находится в 3НФ, однако содержит аномалию удаления. Если Петрова удалить из команды наблюдения, то будет потеряна информация о том, что Леонтьев является руководителем команды наблюдения, и при назначении нового члена экипажа в команду наблюдения не будет известно, что у нее есть еще один руководитель, кроме Прохорова.

Заметим, что в предыдущих случаях разбиение отношений происходило без создания избыточности данных из-за обратной зависимости атрибута на часть ключа. Приведение отношения к НФБК заключается в создании дополнительного отношения, содержащего сведения о руководителях команд (таблица 6.2).

Результат приведения отношения КОМАНДА к НФБК представлен на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Отношение в НФБК

Четвертая нормальная форма

Отношение находится в четвертой нормальной форме (4НФ), если оно находится в 3НФ или НФБК и все независимые многозначные ФЗ разнесены в отдельные отношения с одним и тем же ключом. Иными словами, 4НФ применяется при наличии в отношении более чем одной многозначной ФЗ и требует, чтобы отношение не содержало независимых многозначных ФЗ.

Пример. Приведение к 4НФ

Рассмотрим отношение, содержащее сведения о кораблях (Ship), совершаемых ими рейсах (Voyage) и капитанах (Captain) (задано таблицей 6.3). Отношение представлено в таблице ниже и на рис. 6.6.

Рис. 6.6. Отношение с многозначными зависимостями

Отношение находится в НФБК и содержит только многозначные ФЗ. Однако имеет место аномалия удаления: если капитан Петров уйдет в отставку и все кортежи о нем будут удалены, то будут потеряны сведения о том, что корабль Жучка совершает рейсы Санкт-Петербург - Марсель. Если добавить новый рейс, то, возможно, придется ввести несколько кортежей в наше отношение.

Приведение отношения к 4НФ заключается в выделении для каждой многозначной ФЗ своего отношения, как показано на рис. 6.7.

Рис. 6.7. Отношение в 4НФ

Таким образом, процедура приведения отношения к 4НФ сводится к выполнению нескольких проекций, в данном случае двух проекций.