Нормальные формы или нормализация. Цель - избавиться от избыточности в отношениях.
Избыточность — это такое состояние, при котором в таблицах присутствуют лишние данные.
структура отношений является неоптимальной по многим причинам:
-
данные в таблице являются избыточными. Например, адрес одной и той же фирмы повторяется несколько раз. Если таблица будет большой, то из-за избыточных данных нам потребуется много места на хранение, а производительность работы с таблицей упадет;
-
очень легко ошибиться, указав разный адрес (или адрес по разному для одной и той же фирмы)
-
при изменении, к примеру, адреса для фирмы нам потребуется этот адрес поменять во всех записях для данной фирмы.
Кроме того, проблема с нашей таблицей заключается в том, что разнородные данные в столбце "конт. лица" слиты в единое целое. Один из принципов работы с базами данных заключается в том, что обычно очень просто свести в результате запроса вместе данные из разных столбцов, и очень сложно - произвести дальнейшую детализацию, то есть выделить, к примеру, из последнего столбца телефон.
Существуют 6 нормальных форм, но рассматривать мы будем 3, они же и обычно используются на практике.
Отношение находится в первой нормальной форме (сокращённо 1НФ), если все его атрибуты атомарны, то есть если ни один из его атрибутов нельзя разделить на более простые атрибуты, которые соответствуют каким-то другим свойствам описываемой сущности.
Т.е. каждый атрибут отношения должен хранить одно-единственное значение и не являться ни множеством, ни списком.
На практике часто бывает очень сложно определить, когда атрибут является атомарным, а когда нет - все зависит от того, как он будет использоваться. Вполне может быть, что для разных пользователей потребуется разная степень дробности атрибутов. Здесь необходимо помнить, что объединять данные из базы легко, а дробить их после занесения информации - сложно.
Схема отношения R находится во 2НФ относительно множества функциональных зависимостей F, если она находится в 1НФ и каждый неключевой атрибут полностью зависит от каждого ключа для R.
Можно дать его и более понятным языком: отношение находится во второй нормальной форме, если оно находится в первой нормальной форме и при этом все неключевые атрибуты зависят только от ключа целиком, а не какой-то его части.
| Код поставщика | Город | Статус города | Код товара | Количество |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Москва | 20 | 1 | 300 |
| 1 | Москва | 20 | 2 | 400 |
| 1 | Москва | 20 | 3 | 100 |
| 2 | Ярославль | 10 | 4 | 200 |
| 3 | Ставрополь | 30 | 5 | 300 |
| 3 | Ставрополь | 30 | 6 | 400 |
| 4 | Псков | 15 | 7 | 100 |
Заранее известно, что в этом отношении содержатся следующие функциональные зависимости:
{ {Код поставщика, Код товара} -> { Количество},
{Код поставщика} -> {Город},
{Код поставщика} -> {Статус},
{Город} -> {Статус} }
Первичный ключ в отношении: {Код поставщика, Код товара}.
Очевидно, что отношение обладает избыточностью: оно описывает две сущности — поставку и поставщика. В связи с этим возникают следующие аномалии:
- Аномалия вставки. В отношение нельзя добавить информацию о поставщике, который ещё не поставил ни одного товара.
- Аномалия удаления. Если от поставщика была только одна поставка, то при удалении информации о ней будет удалена и вся информация о поставщике.
- Аномалия обновления. Если необходимо изменить какую-либо информацию о поставщике (например, поставщик переехал в другой город), то придётся изменять значения атрибутов во всех записях о поставках от него.
Физический смысл избыточности исходного отношения заключается в том, что оно описывает не одну сущность, а две — поставку и поставщика.
Схема отношения находится в третьей нормальной форме относительно множества функциональных зависимостей F, если она находится в первой нормальной форме и ни один из непервичных атрибутов в R не является транзитивно зависимым от ключа для R.
Иначе, чтобы привести отношение к третьей нормальной форме, необходимо устранить функциональные зависимости между неключевыми атрибутами отношения. То есть данные, хранимые в таблице, должны зависеть только от ключа.
1НФ:
Не находится в 1 НФ:
| Фирма | Модели |
|---|---|
| BMW | M5,M1 |
| Nissan | GT-R |
Чтобы находилась в 1НФ:
| Фирма | Модели |
|---|---|
| BMW | M5 |
| BMW | M1 |
| Nissan | GT-R |
2НФ:
Не находится в 2НФ:
| Модель | Фирма | Цена | Скидка |
|---|---|---|---|
| M5 | BMW | 5500000 | 5% |
| X5M | BMW | 6000000 | 5% |
| M1 | BMW | 2500000 | 5% |
| GT-R | Nissan | 5000000 | 10% |
Чтобы находилась во 2НФ:
| Модель | Фирма | Цена |
|---|---|---|
| M5 | BMW | 5500000 |
| X5M | BMW | 6000000 |
| M1 | BMW | 2500000 |
| GT-R | Nissan | 5000000 |
| Фирма | Скидка |
|---|---|
| BMW | 5% |
| Nissan | 10% |
3НФ:
| Модель | Магазин | Телефон |
|---|---|---|
| BMW | Риал-авто | 87-33-98 |
| Audi | Риал-авто | 87-33-98 |
| Nissan | Некст-Авто | 94-54-12 |
Модель – Магазин – Телефон. Модель – Магазин, Магазин – Телефон. Модель – Телефон – это транзитивная зависимость. А-Б Б-С =- А-С
Т.е. телефон зависит от магазина, который в свою очередь связан с моделью.
Поэтому таблицу необходимо разделить на 2:
| Модель | Магазин |
|---|---|
| BMW | Риал-авто |
| Audi | Риал-авто |
| Nissan | Некст-Авто |
| Магазин | Телефон |
|---|---|
| Риал-авто | 87-33-98 |
| Некст-Авто | 94-54-12 |
По сути всё вышеперечисленное не надо знать досконально слово в слово. Необходимо понимать, что наша цель - избавиться от избыточности. Не хранить данные в одном атрибуте, если их необходимо потом парсить по частям. Парсить полученные данные дороже и сложнее, чем сразу хранить их в удобном виде!
Т.е. во 2 примере мы видим атрибут скидка, который зависит от магазина. Нет смысла его хранить в этой таблице, т.к. у нас появляется избыточность.
В 3 примере - телефон, он будет повторяться для каждой магазина, который встречается в этой таблицы более 1 раза. Аналогично - избыточность.
Иногда имеет место быть ситуация, когда приходится пожертвовать нормализацией в пользу каких-то других преимуществ. Это тоже может быть правильно, но вам нужно быть точно уверенным, что подобный шаг даст необходимый профит.