Проектирование БД. База данных "Кредитная история"

Базы данных (БД) составляют в настоящее время основу компьютерного обеспечения информационных процессов, входящих практически во все сферы человеческой деятельности. Тематика СУБД поистине безгранична и многогранна.

Исходной точкой является представление предметной области в виде одного или нескольких отношений, и на каждом этапе проектирования производится некоторый набор схем отношений, обладающих лучшими свойствами. Процесс проектирования представляет собой процесс нормализации схем отношений, причем каждая следующая нормальная форма обладает лучшими свойствами, чем предыдущая.

Нормализация отношений — это формальный аппарат ограничений на формирование отношений, который позволяет устранить дублирование и потенциальную противоречивость хранимых данных, уменьшает трудозатраты на ведение БД.

Каждой нормальной форме соответствует некоторый набор ограничений, и отношение находится в некоторой нормальной форме, если удовлетворяет свойственному ей набору ограничений. Примером набора ограничений является ограничение первой нормальной формы — значения всех атрибутов отношения атомарные. Поскольку требование первой нормальной формы является базовым требованием классической реляционной модели базы данных, мы будем считать, что исходный набор отношений уже соответствует этому требованию.

В основе процесса нормализации лежит метод нормализации, декомпозиция отношения, находящегося в предыдущей нормальной форме, в два, или более отношения, удовлетворяющей требованиям следующей нормальной формы.

Теория нормализации основана на наличии зависимостей между атрибутами отношения. Основными видами зависимостей являются:

функциональные;

многозначные;

транзитивные.

Базовым является понятие функциональной зависимости, поскольку на его основе формируются определения всех остальных видов зависимостей. Атрибут В функционально зависит от атрибута А, если каждому значению, А соответствует в точности одно значение В. Математически функциональную зависимость В от, А обозначают, А В. Это означает, что во всех кортежах с одинаковым значением атрибута, А атрибут В будет иметь также одно и то же значение. При этом, А и В могут быть составными, то есть состоять из двух и более атрибутов.

Зависимость, при которой каждый не ключевой атрибут зависит от всего составного ключа и не зависит от его частей, называется полной функциональной зависимостью. Если атрибут, А зависит от атрибута В, а атрибут В зависит от атрибута С (С В А), но обратная зависимость отсутствует, то зависимость, А от С называется транзитивной.

Многозначная зависимость. Говорят, что один атрибут отношения многозначно определяет другой атрибут того же отношения, если для каждого значения первого атрибута существует множество соответствующих значений второго атрибута. Многозначные зависимости могут быть:

один-ко-многим (1:М);

многие-к-одному (М:1);

многие-ко-многим (М:М).

Каждая ступень процесса нормализации приводит схему отношений в последовательные нормальные формы. Для каждой ступени имеются наборы ограничений. Выделяют следующую последовательность нормальных форм:

первая нормальная форма (1НФ);

вторая нормальная форма (2НФ);

третья нормальная форма (3НФ);

усиленная 3НФ или нормальная форма Бойса-Кодда (БКНФ);

четвертая нормальная форма (4НФ);

пятая нормальная форма (5НФ).

Отношение находится в первой нормальной форме (1НФ), когда каждая строка содержит только одно значение для каждого атрибута (столбца), то есть все атрибуты отношения имеют единственное значение (являются атомарными).

Отношение находится во второй нормальной форме (2НФ), если оно находится в 1НФ, и каждый не ключевой атрибут полностью функционально зависит от всех составляющих первичного ключа. Если атрибут не зависит полностью от первичного ключа, то он внесен ошибочно и должен быть удален. Нормализация производится путем нахождения существующего отношения, к которому относится данный атрибут, или созданием нового отношения, в который атрибут должен быть помещен.

Отношение находится в третьей нормальной форме (ЗНФ), если оно находится во 2НФ и ни один из его не ключевых атрибутов не связан функциональной зависимостью с любым другим не ключевым атрибутом. Атрибуты, зависящие от других не ключевых атрибутов, нормализуются путем перемещения зависимого атрибута и атрибута, от которого он зависит, в новое отношение.

Формально, для приведения схемы в 3НФ необходимо исключить все транзитивные зависимости.

Нормальная форма Бойса-Кодда (БКНФ) является развитием ЗНФ и требует, чтобы в отношении были только такие функциональные зависимости, левая часть которых является потенциальным ключом отношения. Потенциальный ключ представляет собой атрибут (или множество атрибутов), который может быть использован для данного отношения в качестве первичного ключа. Фактически первичный ключ — это один из потенциальных ключей, назначенный в качестве первичного. Детерминантом называется левая часть функциональной зависимости. Отношение находится в БКНФ тогда и только тогда, когда каждый детерминант отношения является потенциальным ключом.

Алгоритм приведения ненормализованных схем в 3НФ показан на рис. 1. На практике построение 3НФ в большинстве случаев является достаточным и приведением к ней процесс построения реляционной БД заканчивается.

Рис. 1.

Нормальные формы высших порядков (4НФ и 5НФ) представляют больший интерес для теоретических исследований, чем для практики проектирования БД. В них учитываются многозначные зависимости между атрибутами. Полной декомпозицией отношения называют такую совокупность произвольного числа его проекций, соединение которых позволяет получить исходное отношение.