Вопрос 2 Метод нормальных форм

Метод основан на фундаментальном в теории реляционных баз данных понятии зависимости между атрибутами отношений.

основные виды зависимостей между атрибутами отношений:

Функциональные;

Транзитивные;

Многозначные.

Функциональная зависимость

Атрибут В функционально зависит от атрибута А, если каждому значению А соответствует в точности одно значение В.

Математически функциональная зависимость В от А обозначается записью А->В. Это означает, что во всех кортежах с одинаковым значением атрибута А атрибут В будет иметь также одно и то же значение. Отметим, что А и В могут быть составными - состоять из двух и более атрибутов.

В отношении (Преподаватель) можно выделить функциональные зависимости между атрибутами ФИО—>Каф, ФИО—>Должн, Должн—>Оклад и другие.

Функциональная взаимозависимость

Если существует функциональная зависимость вида А®В и В®А, то между А и В имеется взаимно однозначное соответствие, или функциональная взаимозависимость. Наличие функциональной взаимозависимости между атрибутами А и В обозначим как А«В или В«А.

Частичная функциональная зависимость

Частичной зависимостью (частичной функциональной зависимостью) называется зависимость неключевого атрибута от части составного ключа.

В рассматриваемом отношении атрибут Должн находится в функциональной зависимости от атрибута ФИО, являющегося частью ключа. Тем самым атрибут Должн находится в частичной зависимости от ключа отношения.

Полная функциональная зависимость

полная функциональная зависимость неключевого атрибута от всего составного ключа. В нашем примере атрибут ВидЗан находится в полной функциональной зависимости от составного ключа.

Атрибут С зависит от атрибута А транзитивно (существует транзитивная зависимость), если для атрибутов А, В, С выполняются условия А®В и В®С, но обратная зависимость отсутствует.

Пример транзитивной зависимостьи:

ФИО->Должн->Оклад

Многозначная зависимость

В отношении R атрибут В многозначно зависит от атрибута А, если каждому значению А соответствует множество значений В, не связанных с другими атрибутами из R.

Многозначные зависимости могут быть «один ко многом» (1:М), «многие к одному» (М:1) или «многие ко многим» (М:М), обозначаемые соответственно: А=>В, А<=В и А<=>В.

Преподаватель ведет несколько предметов, а каждый предмет может вестись несколькими преподавателями, тогда имеет место зависимость ФИО<=>Предмет.

Взаимно независимые атрибуты

Взаимно независимые атрибуты. Два или более атрибута называются взаимно независимыми, если ни один из этих атрибутов не является функционально зависимым от других атрибутов.

В случае двух атрибутов отсутствие зависимости атрибута А от атрибута В можно обозначить так: AØ®B. Случай, когда AØ®B и BØ®A, можно обозначить AØ=B.

Выявление зависимостей между атрибутами

Нормальные формы

Процесс проектирования БД с использованием метода нормальных форм является итерационным и заключается в последовательном переводе отношений из первой нормальной формы в нормальные формы более высокого порядка по определенным правилам. Каждая следующая нормальная форма ограничивает определенный тип функциональных зависимостей, устраняет соответствующие аномалии при выполнении операций над отношениями БД и сохраняет свойства предшествующих нормальных форм.

Выделяют следующую последовательность нормальных форм:

• первая нормальная форма (1НФ);

• вторая нормальная форма (2НФ);

• третья нормальная форма (ЗНФ);

• усиленная третья нормальная форма, или нормальная форма Бойса-Кодда (БКНФ);

• четвертая нормальная форма (4НФ);

• пятая нормальная форма (5НФ).

Первая нормальная форма

Отношение находится в 1НФ, если все его атрибуты являются простыми (имеют единственное значение). Исходное отношение строится таким образом, чтобы оно было в 1 НФ.

Перевод отношения в следующую нормальную форму осуществляется методом «декомпозиции без потерь». Такая декомпозиция должна обеспечить то, что запросы (выборка данных по условию) к исходному отношению и к отношениям, получаемым в результате декомпозиции, дадут одинаковый результат.

Первая нормальная форма

Исходное отношение ПРЕПОДАВАТЕЛЬ, используемое для иллюстрации метода, имеет составной ключ ФИО, Предм. Группа и находится в 1НФ, поскольку все его атрибуты простые.

В этом отношении можно выделить частичную зависимость атрибутов Стаж, Д_Стаж, Каф, Должн, Оклад от ключа - указанные атрибуты находятся в функциональной зависимости от атрибута ФИО. являющегося частью составного ключа.

Эта частичная зависимость от ключа приводит к следующему

1. В отношении присутствует явное и неявное избыточное дублирование данных, например:

• повторение сведений о стаже, должности и окладе преподавателей, проводящих занятия в нескольких группах и/или по разным предметам:

• повторение сведений об окладах для одной и той же должности или о надбавках за одинаковый стаж.

2. Следствием избыточного дублирования данных является проблема их редактирования. Например, изменение должности у преподавателя Иванова И.М. потребует просмотра всех кортежей отношения и внесения изменений в те из них, которые содержат сведения о данном преподавателе.

Вторая нормальная форма

Отношение находится в 2НФ, если оно находится в 1НФ и каждый неключевой атрибут функционально полно зависит от первичного ключа (составного).

Для устранения частичной зависимости и перевода отношения в 2НФ необходимо, используя операцию проекции, разложить его на несколько отношений следующим образом:

• построить проекцию без атрибутов, находящихся в частичной функциональной зависимости от первичного ключа;

• построить проекции на части составного первичного ключа и атрибуты, зависящие от этих частей. В результате получим два отношения R1 и R2 в 2НФ

Вторая нормальная форма

Вторая нормальная форма

Вторая нормальная форма

Исследование отношений R1 и R2 показывает, что переход к 2НФ позволил исключить явную избыточность данных в таблице R2 - повторение строк со сведениями о преподавателях. В R2 по-прежнему имеет место неявное дублирование данных.

Для дальнейшего совершенствования отношения необходимо преобразовать его в ЗНФ.

Третья нормальная форма

Определение 1. Отношение находится в ЗНФ, если оно находится в 2НФ и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа.

Определение 2. Отношение находится в ЗНФ в том и только в том случае, если все неключевые атрибуты отношения взаимно независимы и полностью зависят от первичного ключа.

Третья нормальная форма

Если в отношении R1 транзитивные зависимости отсутствуют, то в отношении R2 они есть:

ФИО—>Должн—>Оклад,

ФИО®Оклад®Должн,

ФИО®Стаж®Д_Стаж

Транзитивные зависимости также порождают избыточное дублирование информации в отношении.

Иерархическая модель данных

• К достоинства иерархической модели данных относится: эффективное использование ЭВМ, удобства для работы с иерархически упорядоченной информацией.

• К недостаткам иерархической модели относится громоздкость для обработки информации с достаточно сложными логическими связями.

• На иерархической модели данных основано сравнительно ограниченное количество СУБД, т.к. IMS, PC\Focus, Ока, МИРИС.

Сетевая модель данных

• Достоинством сетевой модели данных является возможность эффективной реализации по показателям затрат памяти и оперативности. В сравнении с иерархической моделью сетевая модель предоставляет большие возможности образования произвольных связей.

• Недостатком сетевой модели данных является высокая сложность и жесткость схемы БД, построенная на ее основе, а также сложность для понимания и выполнения обработки информации в БД обычным пользователем. Кроме того, в сетевой модели данных ослаблен контроль целостности связей вследствие допустимости установления произвольных связей между записями.

• Наиболее известными сетевыми СУБД являются следующие: IDMS, СЕТЬ, КОМПАС.

Реляционная модель данных

• Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

• - каждый элемент таблицы — один элемент данных;

• - все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;

• - каждый столбец имеет уникальное имя;

• - одинаковые строки в таблице отсутствуют;

• - порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

• Вопрос № 3 Реляционная модель данных

• Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы (возможно совпадение ключей); в противном случае нужно ввести в структуру первой таблицы внешний ключ — ключ второй таблицы.

• Вопрос №4 Постреляционная модель

• Постреляционная модель данных представляет собой расширенную реляционную модель, снимающую ограничение неделимости данных, хранящихся в записях таблиц.

• Постреляционная модель данных допускает многозначные поля – поля, значение которых состоят из подзначений. Набор значений многозначных полей считается самостоятельной таблицей, встроенной в основную таблицу.

• Постреляционная модель

• Постреляционная модель

• Постреляционная модель

• Достоинством постреляционной модели является возможность представления совокупности связанных реляционных таблиц одной постреляционнойй таблицей. Это обеспечивает высокую наглядность представления информации и повышение эффективности ее обработки.

• Недостатком постреляционной модели является сложность решения проблемы обеспечения целостности и непротиворечивости хранения данных.

• Пример постреляционной модели БД uniVers, Bubba.

• Вопрос №5 Многомерная модель

• Многомерные системы позволяют оперативно обрабатывать информацию для проведения анализа и принятия решения.

• В развитии концепции информационных систем можно выделить следующие два направления:

• Системы оперативной (транзакционной) обработки (OLTP);

• Системы аналитической обработки (система поддержки принятия решений) (OLAP - OnLine Analytical Processing – оперативная аналитическая обработка).

• Многомерная модель

• Агрегируемость данных означает рассмотрение информации на различных уровнях ее обобщения. В информационных системах степень детальности представления информации для пользователя зависит от его уровня: аналитик, пользователь-оператор, управляющий, руководитель.

• Историчность данных предполагает обеспечения высокого уровня статичности (неизменности) собственно данных и их взаимосвязей, а также обязательности привязки данных ко времени.

• Прогнозируемость данных подразумевает задание функции прогнозирования и применение их к различным временным интервалам.

• Основные понятия многомерных моделей данных.

• Измерение – это множество однотипных данных, образующих одну из граней гиперкубка. Примерами наиболее часто используемых временных измерений является Дни, Месяцы, Кварталы, Годы. В качестве географических измерений широко используются Города, Районы, Регионы, Страны. В многомерной модели данные измерения играют роль индексов, служащих для идентификации конкретных значений в ячейках гиперкуба.

• Ячейка (показатель) – это поле, значение которого однозначно определяется фиксированным набором измерений. Тип поля чаще всего определен как цифровой.

• МСУБД используются два основных варианта (схемы) организации данных: гиперкубическая и поликубическая.

• Поликубическая схема предполагает , что в БД может быть определено несколько гиперкубов с различной размерностью и с различными измерениями в качестве граней.

• Примером системы, поддерживающей поликубический вариант БД, является сервер Oracle Express Server.

• В случае гиперкубической схемы предполагается , что все показатели определяются одним и тем же набором измерений. Это означает, что при наличии нескольких гиперкубов БД все они имеют одинаковую размерность и совпадающие измерения.

• Многомерная модель

• Достоинства МСУБД является удобство и эффективность аналитической обработки больших объемов данных.

• Недостатком МСУБД является ее громоздкость для простейших задач обычной оперативной обработки данных.

• Вопрос №6 Объектно-ориентированная модель

• Объектно-ориентированная модель

• Достоинства объектно-ориентированной модели данных в сравнении с реляционной БД является возможность отображения информации о сложных взаимосвязях объектов.

• Недостатками объектно-ориентированной модели данных является высокая понятийная сложность, неудобство обработки данных и низкая скорость выполнения запросов.

• Примеры объектно-ориентированной СУБД POET, Jasmine, Versant, Orion