Доменно-ключевая нормальная форма

Переменная отношения находится в ДКНФ тогда и только тогда, когда каждое наложенное на неё ограничение является логическим следствием ограничений доменов и ограничений ключей, наложенных на данную переменную отношения.
Ограничение домена – ограничение, предписывающее использовать для определённого атрибута значения только из некоторого заданного домена. Ограничение по своей сути является заданием перечня (или логического эквивалента перечня) допустимых значений типа и объявлением о том, что указанный атрибут имеет данный тип.

Ограничение ключа – ограничение, утверждающее, что некоторый атрибут или комбинация атрибутов является потенциальным ключом.

Любая переменная отношения, находящаяся в ДКНФ, обязательно находится в 5НФ. Однако не любую переменную отношения можно привести к ДКНФ.

Шестая нормальная форма

Переменная отношения находится в шестой нормальной форме тогда и только тогда, когда она удовлетворяет всем нетривиальным зависимостям соединения. Из определения следует, что переменная находится в 6НФ тогда и только тогда, когда она неприводима, то есть не может быть подвергнута дальнейшей декомпозиции без потерь. Каждая переменная отношения, которая находится в 6НФ, также находится и в 5НФ.

Идея «декомпозиции до конца» выдвигалась до начала исследований в области хронологических данных, но не нашла поддержки. Однако для хронологических баз данных максимально возможная декомпозиция позволяет бороться с избыточностью и упрощает поддержание целостности базы данных.

Для хронологических баз данных определены U_операторы, которые распаковывают отношения по указанным атрибутам, выполняют соответствующую операцию и упаковывают полученный результат. В данном примере соединение проекций отношения должно производится при помощи оператора U_JOIN.

Работники

Таб.№	Время	Должность	Домашний адрес
	01-01-2000:10-02-2003	слесарь	ул.Ленина,10
	11-02-2003:15-06-2006	слесарь	ул.Советская,22
	16-06-2006:05-03-2009	бригадир	ул.Советская,22

Переменная отношения «Работники» не находится в 6НФ и может быть подвергнута декомпозиции на переменные отношения «Должности работников» и «Домашние адреса работников».

Должности работников

Таб.№	Время	Должность
	01-01-2000:10-02-2003	слесарь
	16-06-2006:05-03-2009	бригадир

Домашние адреса работников

Таб.№	Время	Домашний адрес
	01-01-2000:10-02-2003	ул.Ленина,10
	11-02-2003:15-06-2006	ул.Советская,22

Источник: https://support.microsoft.com/ru-ru/help/283878/description-of-the-database-normalization-basics

Описание нормализации

Нормализация — это процесс организации данных в базе данных, включающий создание таблиц и установление отношений между ними в соответствии с правилами, которые обеспечивают защиту данных и делают базу данных более гибкой, устраняя избыточность и несогласованные зависимости.

Избыточность данных приводит к непродуктивному расходованию свободного места на диске и затрудняет обслуживание баз данных. Например, если данные, хранящиеся в нескольких местах, потребуется изменить, в них придется внести одни и те же изменения во всех этих местах. Изменение адреса клиента гораздо легче реализовать, если в базе данных эти сведения хранятся только в таблице Customers и нигде больше.

Что такое «несогласованные зависимости»? Пользователь, которому нужно узнать, например, адрес определенного клиента, вполне обоснованно будет искать его в таблице Customers (клиенты), но искать в ней сведения о зарплате сотрудника, который работает с этим клиентом, не имеет смысла. Зарплата сотрудника связана с сотрудником (зависит от него), поэтому эти сведения следует хранить в таблице Employees (сотрудники). Несогласованные зависимости могут затруднять доступ к данным, так как путь к данным при этом может отсутствовать или быть неправильным.

Существует несколько правил нормализации баз данных. Каждое правило называется «нормальной формой». Если выполняется первое правило, говорят, что база данных представлена в «первой нормальной форме». Если выполняются три первых правила, считается, что база данных представлена в «третьей нормальной форме». Есть и другие уровни нормализации, однако для большинства приложений достаточно нормализовать базы данных до третьей нормальной формы.

Как и в случае со многими другими формальными правилами и спецификациями, обеспечить полное соответствие реальным ситуациям не всегда возможно. Как правило, для выполнения нормализации приходится создавать дополнительные таблицы, и некоторые клиенты считают это нежелательным. Собираясь нарушить одно из первых трех правил нормализации, убедитесь в том, что в приложении учтены все связанные с этим проблемы, такие как избыточность данных и несогласованные зависимости.

В описаниях ниже приведены соответствующие примеры.

Первая нормальная форма

• Устраните повторяющиеся группы в отдельных таблицах.
• Создайте отдельную таблицу для каждого набора связанных данных.
• Идентифицируйте каждый набор связанных данных с помощью первичного ключа.

Не используйте несколько полей в одной таблице для хранения похожих данных. Например, для слежения за товаром, который закупается у двух разных поставщиков, можно создать запись с полями, определяющими код первого поставщика и код второго поставщика.

Что произойдет при добавлении третьего поставщика? Добавление третьего поля нежелательно, так как для этого нужно изменять программу и таблицу, поэтому данный способ плохо адаптируется к динамическому изменению числа поставщиков. Вместо этого можно поместить все сведения о поставщиках в отдельную таблицу Vendors (поставщики) и связать товары с поставщиками с помощью кодов товаров или поставщиков с товарами с помощью кодов поставщиков.

Вторая нормальная форма

• Создайте отдельные таблицы для наборов значений, относящихся к нескольким записям.
• Свяжите эти таблицы с помощью внешнего ключа.

Записи могут зависеть только от первичного ключа таблицы (составного ключа, если необходимо). Возьмем для примера адрес клиента в системе бухгалтерского учета. Этот адрес необходим не только таблице Customers, но и таблицам Orders, Shipping, Invoices, Accounts Receivable и Collections. Вместо того чтобы хранить адрес клиента как отдельный элемент в каждой из этих таблиц, храните его в одном месте: или в таблице Customers, или в отдельной таблице Addresses.

Третья нормальная форма

• Устраните поля, не зависящие от ключа.

Значения, входящие в запись и не являющиеся частью ключа этой записи, не принадлежат таблице. Если содержимое группы полей может относиться более чем к одной записи в таблице, подумайте о том, не поместить ли эти поля в отдельную таблицу.

Например, в таблицу Employee Recruitment (наем сотрудников) можно включить адрес кандидата и название университета, в котором он получил образование. Однако для организации групповой почтовой рассылки необходим полный список университетов. Если сведения об университетах будут храниться в таблице Candidates, составить список университетов при отсутствии кандидатов не получится. Таким образом, создайте вместо этого отдельную таблицу Universities и свяжите ее с таблицей Candidates при помощи ключа — кода университета.

Исключение. Выполнять нормализацию баз данных до третьей нормальной формы теоретически желательно, но не всегда практично. Например, для устранения всех возможных зависимостей между полями таблицы Customers придется создать отдельные таблицы для хранения сведений о городах, почтовых индексах, торговых представителях, категориях клиентов и любых других сведений, которые могут дублироваться в нескольких записях. С теоретической точки зрения нормализация желательна. Однако значительное увеличение числа маленьких таблиц может привести к снижению производительности СУБД или исчерпанию памяти и числа дескрипторов открытых файлов.

Выполнять нормализацию до третьей нормальной формы может быть целесообразно только для часто изменяемых данных. Если при этом сохранятся зависимые поля, спроектируйте приложение так, чтобы при изменении одного из этих полей пользователь должен был проверить все связанные поля.

Другие нормальные формы

Кроме описанных нормальных форм есть четвертая нормальная форма, которую также называют нормальной формой Бойса-Кодда (BCNF), и пятая нормальная форма, но на практике они используются редко. Несоблюдение этих правил может привести к ухудшению архитектуры базы данных, но на функциональности это сказаться не должно.

Пример нормализации таблицы

Ниже приведен пример нормализации таблицы с вымышленными данными о студентах.

1. Таблица до нормализации:
   
   

Student#	Advisor	Adv-Room	Class1	Class2	Class3
	Петров		101-07	143-01	159-02
	Иванов		201-01	211-02	214-01

1. Первая нормальная форма: устранение повторяющихся групп
   
   Таблицы должны иметь только два измерения. Так как один студент изучает несколько курсов, эти курсы следует указать в отдельной таблице. Наличие полей Class1, Class2 и Class3 в приведенных выше записях свидетельствует о неудачном проектировании таблицы.
   
   Электронные таблицы часто включают третье измерение, но в таблицах баз данных оно использоваться не должно. Рассмотреть эту проблему можно также с помощью отношения «один — множество», тогда совет можно сформулировать следующим образом: не включайте в одну таблицу элементы, представляющие обе стороны данного отношения. Вместо этого создайте другую таблицу в первой нормальной форме, устранив повторяющуюся группу (Class#):
   
   

Student#	Advisor	Adv-Room	Class#
	Петров		101-07
	Петров		143-01
	Петров		159-02
	Иванов		201-01
	Иванов		211-02
	Иванов		214-01

1. Вторая нормальная форма: устранение избыточных данных
   
   Обратите внимание на то, что в приведенной выше таблице каждое значение Student# сопоставлено с несколькими значениями Class#. Значения Class# функционально не зависят от значений Student# (первичный ключ), а это означает, что данное отношение не нормализовано до второй нормальной формы.
   
   Вторую нормальную форму представляют две следующих таблицы.
   
   Таблица Students:
   
   

Student#	Advisor	Adv-Room
	Петров
	Иванов

1. 
   
   Таблица Registration:
   
   

Student#	Class#
	101-07
	143-01
	159-02
	201-01
	211-02
	214-01

1. Третья нормальная форма: устранение данных, не зависящих от ключа
   
   В последнем примере значения Adv-Room (номер кабинета научного руководителя) функционально зависят от атрибута Advisor. Решить эту проблему можно, переместив данный атрибут из таблицы Students в таблицу Faculty (факультет):
   
   Таблица Students:
   
   

Student#	Advisor
	Петров
	Иванов

1. 
   
   Таблица Faculty:
   
   

Name	Room	Dept
Петров
Иванов

ER-модель

ER-модель (от англ. entity-relationship model, модель «сущность — связь») — модель данных, позволяющая описывать концептуальные схемы предметной области.

ER-модель используется при высокоуровневом (концептуальном) проектировании баз данных. С её помощью можно выделить ключевые сущности и обозначить связи, которые могут устанавливаться между этими сущностями.

Во время проектирования баз данных происходит преобразование ER-модели в конкретную схему базы данных на основе выбранной модели данных (реляционной, объектной, сетевой или др.).

ER-модель представляет собой формальную конструкцию, которая сама по себе не предписывает никаких графических средств её визуализации. В качестве стандартной графической нотации, с помощью которой можно визуализировать ER-модель, была предложена диаграмма «сущность-связь» (англ. entity-relationship diagram, ERD, ER-диаграмма).

Понятия «ER-модель» и «ER-диаграмма» часто не различают, хотя для визуализации ER-моделей могут быть использованы и другие графические нотации, либо визуализация может вообще не применяться (например, использоваться текстовое описание).

Модель была предложена в 1976 году Питером Ченом^[1][2], им же предложена и самая популярная графическая нотация для модели.

Графические нотации (диаграммы)[править | править вики-текст]

Нотация Чэня[править | править вики-текст]

Простая ER-модель MMORPG с использованием нотации Чэня

Множества сущностей изображаются в виде прямоугольников, множества отношений изображаются в виде ромбов. Если сущность участвует в отношении, они связаны линией. Если отношение не является обязательным, то линия пунктирная. Атрибуты изображаются в виде овалов и связываются линией с одним отношением или с одной сущностью.^[3]

Crow’s Foot[править | править вики-текст]

Пример отношения между сущностями согласно нотации Crow’s Foot

Данная нотация была предложена Гордоном Эверестом (англ. Gordon Everest) под названием Inverted Arrow («перевёрнутая стрелка»), однако сейчас чаще называемая Crow’s Foot («воронья лапка») или Fork («вилка»)^[4].

Согласно данной нотации, сущность изображается в виде прямоугольника, содержащего её имя, выражаемое существительным^[5]. Имя сущности должно быть уникальным в рамках одной модели. При этом, имя сущности — это имя типа, а не конкретного экземпляра данного типа. Экземпляром сущности называется конкретный представитель данной сущности.

Связь изображается линией, которая связывает две сущности, участвующие в отношении. Степень конца связи указывается графически, множественность связи изображается в виде «вилки» на конце связи. Модальность связи так же изображается графически — необязательность связи помечается кружком на конце связи. Именование обычно выражается одним глаголом^[5] в изъявительном наклонении настоящего времени: «Имеет», «Принадлежит» и т. д.; или глаголом с поясняющими словами: «Включает в себя», и т. п. Наименование может быть одно для всей связи или два для каждого из концов связи. Во втором случае, название левого конца связи указывается над линией связи, а правого — под линией. Каждое из названий располагаются рядом с сущностью, к которой оно относится.

Атрибуты сущности записываются внутри прямоугольника, изображающего сущность, и выражаются существительным в единственном числе (возможно, с уточняющими словами). Среди атрибутов выделяется ключ сущности — неизбыточный набор атрибутов, значения которых в совокупности являются уникальными для каждого экземпляра сущности.^[5]