Нормализация реляционной базы данных

При проектировании базы данных желательным является представление таблиц в нормальной форме. Нормальная форма – требование, предъявляемое к структуре таблиц в теории реляционных баз данных для устранения из таблиц избыточных функциональных зависимостей между атрибутами (столбцами таблиц).

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 задач 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.

Первая нормальная форма (1НФ). Таблица находится в первой нормальной форме тогда и только тогда, когда ни одна из ее строк не содержит в любом своем поле более одного значения и ни одно из ее ключевых полей не пусто.

Все строки должны быть различными. Все элементы внутри ячеек должны быть атомарными (не списками). Элемент является атомарным, если его нельзя разделить на части, которые могут использовать в таблице независимо друг от друга.

Для приведения данных к нормальной форме могут использоваться следующие методы:

– устранение повторяющиеся группы в отдельных таблицах (одинаковые строки);

– создание отдельных таблиц для каждого набора связанных данных;

– идентификация каждого набора связанных данных с помощью первичного ключа (добавление уникального id для каждой строки).

Не следует использовать 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 (2НФ) Таблица находится во второй нормальной форме, если она удовлетворяет определению первой нормальной формы и все ее поля, не входящие в первичный ключ, связаны полной функциональной зависимостью с первичным ключом.

Если таблица приведена к первой нормальной форме и у нее установлен уникальный id для каждой строки, то она соответствует второй нормальной форме.

Значение второго правила можно понять на примере, когда первичный ключ таблицы состоит из нескольких полей. То есть каждой строке соответствует уникальный набор из нескольких значение полей таблицы.

Методы приведения таблиц ко второй нормальной форме:

– создание отдельные таблицы для наборов значений, относящихся к нескольким записям;

– связывание таблиц 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, лучше храните его в одном месте – или в таблице Customers, или в отдельной таблице Addresses.

Третья нормальная форма (3НФ). Таблица находится в третьей нормальной форме (3НФ), если она удовлетворяет определению 2НФ и не одно из ее неключевых полей не зависит функционально от любого другого неключевого поля.

Иначе говоря, третье правило требует выносить все не ключевые поля, содержимое которых может относиться к нескольким записям таблицы в отдельные таблицы.

Для приведения таблицы к третьей нормальной форме необходимо устранение полей, не зависящих от ключа. Если содержимое группы полей может относиться более чем к одной записи в таблице, следует рассмотреть вопрос о целесообразности поместить эти поля в отдельную таблицу.

Выполнять нормализацию баз данных до третьей нормальной формы теоретически желательно, но не всегда практично 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.

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, как правило, не сказывается.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: