59.Нормальные формы схем отношений. Нормальная форма Бойса-Кодда

Нормальная форма Бойса – Кодда (NFBC)

Нормальная форма Бойса – Кодда следует по «сложности» сразу после третьей нормальной формы. Поэтому нормальную форму Бойса – Кодда еще иногда называют просто усиленной третьей нормальной формой (или усиленной 3 NF). Почему же она именно усиленная? Сформулируем определение нормальной формы Бойса – Кодда:

Определение. Базовое отношение находится в нормальной форме Бойса – Кодда тогда и только тогда, когда она находится в третьей нормальной форме, и при этом не только любой неключевой атрибут полностью функционально зависит от любого ключа, но и любой ключевой атрибут должен полностью функционально зависеть от любого ключа.

Таким образом, требование о фактической зависимости неключевых атрибутов от всего ключа целиком и ни от чего другого, кроме как от ключа, распространяется и на ключевые атрибуты.

В отношении, находящемся в нормальной форме Бойса – Кодда, все функциональные зависимости в пределах отношения навязаны объявлением ключей. Однако при приведении отношений баз данных к форме Бойса – Кодда, возможны ситуации, при которых не навязанными функциональными зависимостями оказываются зависимости между атрибутами различных отношений. Поддержка таких функциональных зависимостей при помощи триггеров, оперирующих кортежами различных отношений, сложнее, чем в случае третьей нормальной формы, когда триггеры оперируют кортежами единственного отношения.

Кроме всего прочего, практика проектирования систем управления базами данных показала, что не всегда удается привести базовое отношение к нормальной форме Бойса – Кодда.

Причиной отмеченных аномалий является то, что в требованиях второй нормальной формы и третьей нормальной формы не требовалась минимальная функциональная зависимость от первичного ключа атрибутов, являющихся компонентами других возможных ключей. Эту проблему и решает нормальная форма, которую исторически принято называть нормальной формой Бойса – Кодда и которая является уточнением третьей нормальной формы в случае наличия нескольких перекрывающихся возможных ключей.

Вообще нормализация схемы базы данных способствует более эффективному выполнению системой управления базами данных операций обновления базы данных, поскольку сокращается число проверок и вспомогательных действий, поддерживающих целостность базы данных. При проектировании реляционной базы данных почти всегда добиваются второй нормальной формы всех входящих в базу данных отношений. В часто обновляемых базах данных обычно стараются обеспечить третью нормальную форму отношений. На нормальную форму Бойса – Кодда внимание обращают гораздо реже, поскольку на практике ситуации, в которых у отношения имеется несколько составных перекрывающихся возможных ключей, встречаются нечасто.

Все вышеназванное делает нормальную форму Бойса – Кодда не слишком удобной в использовании при разработке программного кода, поэтому, как уже было сказано ранее, на практике разработчики обычно ограничиваются приведением своих баз данных к третьей нормальной форме. Однако здесь тоже есть своя довольно любопытная особенность. Дело в том, что ситуации, когда отношение находится в третьей нормальной форме, но не находится в нормальной форме Бойса – Кодда крайне редки на практике, т. е. после приведения к третьей нормальной форме обычно все функциональные зависимости оказываются навязанными объявлениями первичных, кандидатных и внешних ключей, так что необходимость в триггерах для поддержки функциональных зависимостей отпадает.

Однако необходимость в триггерах остается для поддержки ограничения целостности, не связанных функциональными зависимостями.

60.Нормальные формы схем отношений. Четвертая нормальная форма.

многозначные зависимости и четвертая нормальная форма (4NF).

Четвертая нормальная форма касается отношений, в которых имеются повторяющиеся наборы данных. Декомпозиция, основанная на функциональных зависимостях, не приводит к исключению такой избыточности. В этом случае используют декомпозицию, основанную на многозначных зависимостях.

Многозначная зависимость является обобщением функциональной зависимости и рассматривает соответствия между множествами значений атрибутов.

В качестве примера рассмотрим отношение ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (ИМЯ, КУРС, УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ), хранящее сведения о курсах, читаемых преодавателем, и написанных им учебниках. Пусть профессор N читает курсы "Теория упругости" и "Теория колебаний" и имеет соответствующие учебные пособия, а профессор K читает курс "Теория удара" и является автором учебников "Теория удара" и "Теоретическая механика". Тогда наше отношение будет иметь вид:

----------------------------------------------------

| ИМЯ | КУРС | УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ |

----------------------------------------------------

| N | Теория упругости | Теория упругости |

| N | Теория колебаний | Теория упругости |

| N | Теория упругости | Теория колебаний |

| N | Теория колебаний | Теория колебаний |

| K | Теория удара | Теория удара |

| K | Теория удара | Теоретическая механика |

----------------------------------------------------

добавляем:

----------------------------------------------------

| K | Теория упругости | Теория удара |

| K | Теория упругости | Теоретическая механика |

----------------------------------------------------

Это отношение имеет значительную избыточность и его использование приводит к возникновению аномалии обновления. Например, добавление информации о том, что профессор K будет также читать лекции по курсу "Теория упругости" приводит к необходимости добавить два кортежа (по одному для каждого написанного им учебника) вместо одного. Тем не менее, отношение ПРЕПОДАВАТЕЛЬ находится в NFBC (ключевой атрибут - ИМЯ).

Заметим, что указанные аномалии исчезают при замене отношения ПРЕПОДАВАТЕЛЬ его проекциями:

--------------------------- -------------------------------

| ИМЯ | КУРС | | ИМЯ | УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ |

--------------------------- -------------------------------

| N | Теория упругости | | N |Теория упругости |

| N | Теория колебаний | | N |Теория колебаний |

| K | Теория удара | | K |Теоретическая механика |

| K | Теория упругости | | K |Теория удара |

--------------------------- -------------------------------

Аномалия обновления возникает в данном случае потому, что в отношении ПРЕПОДАВАТЕЛЬ имеются:

1. зависимость множества значений атрибута КУРС от множества значений атрибута ИМЯ

2. зависимость множества значений атрибута УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ от множества значений атрибута ИМЯ.

Такие зависимости и называются многозначными и обозначаются как

ИМЯ ->> КУРС ИМЯ ->> УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ

Нетрудно показать, что многозначные зависимости всегда образуют связанные пары, поэтому их часто обозначают

ИМЯ ->> КУРС | УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ

Очевидно, что каждая функциональная зависимость является многозначной, но не каждая многозначная зависимость является функциональной.

Определение четвертой нормальной формы:

Отношение находится в 4NF если оно находится в BCNF и в нем отстутсвуют многозначные зависимости, не являющиеся функциональными зависимостями.