Схема данных. 
Разработка базы данных

Для определения схемы данных проектируемой базы данных, то есть построения ее инфологической модели, необходимо определить сущности и связи БД. С помощью сущности моделируется класс однотипных объектов. Сущность имеет имя, уникальное в пределах моделируемой системы. Сущность соответствует некоторому классу однотипных объектов, поэтому предполагается, что в системе существует множество экземпляров данной сущности. Объект, которому соответствует понятие сущности, имеет свой набор атрибутов — характеристик, определяющих свойства данного представителя класса. Между сущностями могут быть установлены связи — бинарные ассоциации, показывающие, каким образом сущности соотносятся или взаимодействуют друг с другом. Связь может существовать между двумя разными сущностями или между сущностью и ей же самой (рекурсивная связь).

Рис. Инфологическая модель БД школы

Нормализация БД

Проектирование схемы БД может быть выполнено двумя путями:

• · путем декомпозиции (разбиения), когда исходное множество отношений, входящих в схему БД, заменяется другим множеством отношений (число их при этом возрастает), являющихся проекциями исходных отношений;
• · путем синтеза, т. е. путем компоновки из заданных исходных элементарных зависимостей между объектами предметной области схемы БД.

Классическая технология проектирования реляционных БД связана с теорией нормализации, основанной на анализе функциональных зависимостей между атрибутами отношений.

Процесс проектирования с использованием декомпозиции представляет собой процесс последовательной нормализации схем отношений, при этом каждая последующая итерация соответствует нормальной форме более высокого уровня и обладает лучшими свойствами по сравнению с предыдущей.

В теории реляционных БД обычно выделяется следующая последовательность нормальных форм:

• · 1-я (1NF);
• · 2-я (2 NF);
• · 3-я (3 NF);
• · Бойса-Кодда (ВС-NF);
• · 4-я (4 NF);
• · 5-я (5 NF) или форма проекции-соединения (PJNF).

Отношение находится в 1-й нормальной форме тогда и только тогда, когда на пересечении каждого столбца, и каждой строки находятся только элементарные значения атрибутов.

Отношения, находящиеся в 1-й нормальной форме, часто называют просто нормализованными отношениями, поэтому ненормализованные отношения могут интерпретироваться как таблицы с неравномерным заполнением.

В проектируемой БД имеется отношение расписание, которое имеет вид:

Теперь приведем данное отношение к первой нормальной форме:

Отношение находится во 2-й нормальной форме тогда и только тогда, когда оно находится в 1-й нормальной форме и не содержит неполных функциональных зависимостей непервичных атрибутов первичного ключа.

В базе данных школы должны храниться оценки учеников. Структура данного отношения может иметь вид:

Первичным ключом данного отношения могут атрибуты «ID ученика» и «Предмет». С другой стороны, атрибуты «ФИО» и «Класс» зависят только от части первичного ключа — от значения атрибута «ID», поэтому необходимо констатировать наличие неполных функциональных зависимостей в данном отношении. Для приведения данного отношения ко второй нормальной форме следует разбить его на проекции, при этом должно быть соблюдено условие восстановления исходного отношения без потерь.

Такими проекциями могут быть два отношения:

• — (ID, ФИО, класс),
• — (ID, предмет, I четверть, II, III, IV, Годовая оценка).

Этот набор отношений не содержит неполных функциональных зависимостей, поэтому эти отношения находятся во 2-й нормальной форме.

Отношение находится в 3-й нормальной форме тогда и только тогда, когда оно находится во 2-й нормальной форме и не содержит транзитивных зависимостей.

Отношение находится в нормальной форме Бойса-Кодда, если оно находится в 3-й нормальной форме и каждый детерминант отношения является возможным ключом отношения.

Отношение R находится в 4-й нормальной форме (4NF) в том и только в том случае, если в случае существования многозначной зависимости А>>В все остальные атрибуты R функционально зависят от А.

Все отношения проектируемой БД, которые представлены в пункте 3. Схема данных являются приведенными к четвертой нормальной форме.