Нормализация таблиц при проектировании базы данных

Дата добавления: 2014-11-24 | Просмотров: 1645

При проектировании структуры новой БД определяют сущности (объекты, явления) предметной области, которые должны найти свое отражение в базе данных. Анализ предметной области обычно осуществляется:

• на основании существующих сведений о предметной области в широком или в узком смысле, то есть в масштабах, в которых она должна быть представлена в создаваемой БД и работающих с ней приложениях;

• исходя из целей проектирования программной системы;

• на основании представления о том, какое место БД и работающие с ней приложения займут в структуре эксплуатирующей ее организации;

• на основании представлений о том, какие изменения деловых потоков организации последуют после внедрения программной системы в эксплуатацию.

В конечном итоге анализ предметной области должен привести к созданию эскиза БД. Сначала желательно изобразить сущности и связи между ними. Как правило, каждой сущности в БД соответствует таблица. Затем - в эскизе второго порядка - для каждой таблицы БД приводится список полей записи.

• процесс определения окончательной структуры БД является циклическим, то есть на разных этапах проектирования - начиная от эскиза структуры БД и заканчивая опытной или даже промышленной эксплуатацией готовых программных систем - приходится возвращаться к структуре БД и вносить в нее изменения;

• в процессе моделирования предметной области участвуют такие субъективные факторы, как здравый смысл разработчика, его интуиция, привычки, личностное восприятие проблемы, стереотипы мышления и т.д. Поэтому различные разработчики наверняка предложат различные проекты структуры одной и той же БД, хотя в узловых моментах, например, в определении большей части сущностей и связей между ними, эти проекты должны быть похожи. Следовательно, с одной стороны, процесс проектирования структур БД является процессом творческим, неоднозначным, с другой стороны, узловые его моменты могут быть формализованы.

Одной из таких формализации является требование, согласно которому реляционная база данных должна быть нормализована (то есть подвергнута процедуре нормализации). Рассмотрим, что это такое.

Процесснормализации имеет своей целью устранение избыточности данных и заключается в приведении к третьей нормальной форме (ЗНФ).

Существует несколько нормальных форм - 1НФ, 2НФ, ЗНФ, 4НФ, ЗНФ, нормальная форма Бойса-Кодда (БКНФ). При практической разработке баз данных важны первые три - 1НФ, 2 НФ, ЗНФ.

Первая нормальная форма (1НФ) требует, чтобы каждое поле таблицы БД:

• было неделимым;

• не содержало повторяющихся групп.

Неделимость поля означает, что значение поля не должно делиться на более мелкие значения. Например, если в поле "Подразделение" содержится название факультета и название кафедры, требование неделимости не соблюдается и необходимо из данного поля выделить или название факультета, или кафедры в отдельное поле.

Повторяющимися являются поля, содержащие одинаковые по смыслу значения. Например, если требуется получить статистику продаж четырех товаров по месяцам, можно создать поля для хранения данных о продаже по каждому товару. Однако в этом случае мы имеем дело с повторяющимися группами (рис):

Однако, что делать, если товаров не 4, а 104? Конечно, можно определить столько полей, сколько товаров. Но как быть, если число товаров заранее не известно и по одной накладной может быть отпущено 2, а по другой- 772 товара? Реализовать запись с переменным числом полей в реляционных базах данных невозможно, поскольку запись таблицы реляционной БД должна иметь четкую структуру. Исходя из вышесказанного, повторяющиеся группы следует устранить. В результате получим запись, содержащую информацию о статистике продаж по одному товару (рис). Для 4 товаров будем иметь 4 записи, для 104 товаров - 104 записи и для n товаров - n записей для каждого месяца.

Пример. Пусть необходимо автоматизировать процесс отпуска товаров со склада. Товары отпускаются по накладной, примерный вид которой приводится

В начале проектирования, приводя данные к первой нормальной форме, сведем имеющиеся данные в одну таблицу. Известно, что впоследствии будет необходимо производить анализ продаж по городам. Поэтому из поля "Адрес" (допускающего толкование как делимого поля) выделим в отдельное поле "Город". Известно, что каждый покупатель может закупить в один день различное количество товаров. Поэтому переборем искушение назначить каждому товару отдельное поле и выделим факт отпуска товара в отдельную запись. Для того, чтобы продолжить нормализацию данных, приведем данные ко второй нормальной форме (2НФ).

Вторая нормальная форма (2НФ) требует, чтобы все поля таблицы зависели от первичного ключа, то есть чтобы первичный ключ однозначно определял запись и не был избыточен. Те поля, которые зависят только от части первичного ключа, должны быть выделены в составе отдельных таблиц.

Продолжим рассмотрение описанного выше примера. Для приведения к 2НФ выделим поля, которые входят в первичный ключ. Дата накладной и номер накладной по отдельности не могут уникально определять запись, поскольку они будут одинаковы для всех записей, относящихся к одной и той же накладной. Поэтому введем в первичный ключ поле "Товар". При этом исходим из имеющегося правила, что по одной накладной может быть отпущено одно наименование конкретного товара, то есть не может иметь место ситуация, когда отпуск одного и того же товара оформляется в накладной двумя строками (что влечет за собой две одинаковые записи в таблице "Отпуск товаров со склада")

Покажем на рис. структуру таблицы "Отпуск товаров со склада" после выделения полей в составе первичного ключа (эти поля отчеркнуты от прочих полей линией и располагаются в верхней части структуры таблицы).

Проведя смысловой анализ зависимостей между полями таблицы, нетрудно увидеть, что созданный нами первичный ключ является избыточным: поле "Номер накладной" однозначно определяет дату и покупателя. Для данной накладной не может быть никакой иной даты и никакого иного покупателя.

Поле "Товар", будучи взято в комбинации с номером накладной, напротив, однозначно идентифицирует запись, поскольку для каждой записи ясно, о каком, собственно, товаре из множества товаров, отпущенных по данной накладной, идет речь. После уточнения состава полей в первичном ключе получим таблицу со структурой, показанной на рис.

Первое требование 2НФ выполнено. Чего не скажешь о втором требовании, гласящем, что значения всех полей записи должны однозначно зависеть от совокупного значения первичного ключа и не должна иметь место ситуация, когда некоторые поля зависят от части первичного ключа. Действительно, при дальнейшем анализе можно увидеть, что поля "Единица измерения", "Цена за единицу измерения" зависят только от значения поля "Товар". В самом деле, стоимость единицы измерения товара и название самой единицы измерения не зависят от конкретной накладной и будут одинаковыми для всех накладных, в которые входит данный товар. Поэтому выделяем данные поля в отдельную таблицу "Товары" и определяем связь: поскольку один товар может присутствовать во многих накладных, таблицы "Товары" и "Отпуск товаров со склада" находятся в связи "один-ко-многим"

Третья нормальная форма (ЗНФ) требует, чтобы в таблице не имелось Транзитивных зависимостей между неключевыми полями, то есть чтобы значение любого поля таблицы, не входящего в первичный ключ, не зависело от значения другого поля, не входящего в первичный ключ.