Что такое нормализация данных опишите правила нормализации

Нормализация

Нормализация представляет процесс разделения данных по отдельным связанным таблицам. Нормализация устраняет избыточность данных (data redundancy) и тем самым избежать нарушения целостности данных при их изменении, то есть избежать аномалий изменения (update anomaly).

Как правило, нормализация преимущественно применяется при восходящем подходе проектировании базы данных, то есть когда мы все атрибуты, которые надо сохранить в бд, группируем по сущностям, для которых затем создаются таблицы. Однако при нисходящем подходе, когда вначале выявляются сущности, а затем их атрибуты и связи между ними, нормализация также может применяться, например, для проверки корректности спроектированных таблиц.

В ненормализованной форме таблица может хранить информацию о двух и более сущностях. Также она может содержать повторяющиеся столбцы. Также столбцы могут хранить повторяющиеся значения. В нормализованной же форме каждая таблица хранит информацию только об одной сущности.

Нормализация предполагает применение нормальных форм к структуре данных. Существуют 7 нормальных форм. Каждая нормальная форма (за исключением первой) подразумевает, что к данным уже была применена предыдущая нормальная форма. Например, прежде чем применить третью нормальную форму к данным должна быть применена вторая нормальная форма. И строго говоря, база данных считается нормализованной, если к ней применяется третья нормальная форма и выше.

Первая нормальная форма (1NF) предполагает, что сохраняемые данные на пересечении строк и столбцов должны представлять скалярное значение, а таблицы не должны содержать повторяющихся строк.

Вторая нормальная форма (2NF) предполагает, что каждый столбец, не являющийся ключом, должен зависеть от первичного ключа.

Третья нормальная форма (3NF) предполагает, что каждый столбец, не являющийся ключом, должен зависеть только от первичного ключа.

Нормальная форма Бойса-Кодда (BCNF) является немного более строгой версией третьей нормальной формы.

Пятая нормальная форма (5NF) разделяет таблицы на более малые таблицы для устранения избыточности данных. Разбиение идет до тех пор, пока нельзя будет воссоздать оригинальную таблицу путем объединения малых таблиц.

Шестая нормальная форма (domain key normal form / 6NF). Каждое ограничение в связях между таблицами должно зависеть только от ограничений ключа и ограничений домена, где домен представляет набор допустимых значений для столбца. Эта форма предотвращает добавление недопустимых данных путем установки ограничения на уровне отношений между таблицами, но не на уровне таблиц или столбцов. Данная форма, как правило, не применима на уровне СУБД, в том числе и в SQL Server.

Функциональная зависимость

Например, возьмем следующую таблицу, которая представляет университетские курсы:

Здесь атрибут Teacher функционально зависит от атрибута Course (Course → Teacher). То есть зная название курса, мы можем определить его преподавателя. И в этом случае можно говорить, что между атрибутами Course и Teacher есть связь 1:1, а между Teacher и Course связь 1:N, так как есть несколько курсов, которые может вести один преподаватель. При этом атрибут Course функционально не зависит от атрибута Teacher.

Кроме того, здесь можно проследить еще две функциональных зависимости. В частности, атрибут Position зависит от атрибута Teacher (Teacher → Position). Зная имя преподавателя, мы можем определить его должность.

В таблице в нормализованной базе данных единственным детерминантом должен быть атрибут, который является первичным ключом. А все остальные атрибуты должны функционально зависеть от первичного ключа.

Источник

Нормализация БД

Нормальная форма — требование, предъявляемое к отношениям в теории реляционных баз данных для устранения из базы избыточности, которая потенциально может привести к логически ошибочным результатам выборки или изменения данных.

Содержание

Нормализация баз данных

Процесс преобразования базы данных к виду, отвечающему нормальным формам, называется нормализацией. Нормализация позволяет обезопасить базу данных от логических и структурных проблем, называемых аномалиями данных. К примеру, когда существует несколько одинаковых записей в таблице, существует риск нарушения целостности данных при обновлении таблицы. Таблица, прошедшая нормализацию, менее подвержена таким проблемам, т.к. ее структура предполагает определение связей между данными, что исключает необходимость в существовании записей с повторяющейся информацией.

Происхождение и назначение нормальных форм

Понятие нормальной формы было введено Эдгаром Коддом при создании реляционной модели БД. Основное назначение нормальных форм — приведение структуры базы данных к виду, обеспечивающему минимальную избыточность. Устранение избыточности производится за счёт декомпозиции отношений (таблиц) таким образом, чтобы в каждом отношении хранились только первичные факты (то есть факты, не выводимые из других хранимых фактов). Таким образом, нормализация не имеет целью уменьшение или увеличение производительности работы или же уменьшение или увеличение объёма БД. Конечной целью нормализации является уменьшение потенциальной противоречивости хранимой в БД информации.

Типы нормальных форм

Нормализация может применяться к таблице, которая представляет собой правильное отношение.

Первая нормальная форма (1NF)

Таблица находится в первой нормальной форме, если каждый её атрибут атомарен. Под выражением «атрибут атомарен» понимается, что атрибут может содержать только одно значение. Таким образом, не существует 1NF таблицы, в полях которых могут храниться списки значений. Для приведения таблицы к 1NF обычно требуется разбить таблицу на несколько отдельных таблиц.

Замечание: в реляционной модели отношение всегда находится в 1 (или более высокой) нормальной форме в том смысле, что иные отношения не рассматриваются в реляционной модели. То есть само определение понятия отношение заведомо подразумевает наличие 1NF.

Вторая нормальная форма (2NF)

Таблица находится во второй нормальной форме, если она находится в первой нормальной форме, и при этом любой её атрибут, не входящий в состав первичного ключа, функционально полно зависит от первичного ключа. Функционально полная зависимость означает, что атрибут функционально зависит от всего первичного составного ключа, но при этом не находится в функциональной зависимости от какой-либо из входящих в него атрибутов(частей). Или другими словами: в 2NF нет неключевых атрибутов, зависящих от части составного ключа (+ выполняются условия 1NF).

Третья нормальная форма (3NF)

Таблица находится в третьей нормальной форме (3NF), если она находится во второй нормальной форме 2NF и при этом любой ее неключевой атрибут зависит только от первичного ключа (Primary key, PK) (иначе говоря, один факт хранится в одном месте).

При решении практических задач в большинстве случаев третья нормальная форма является достаточной. Процесс проектирования реляционной базы данных, как правило, заканчивается приведением к 3NF.

Нормальная форма Бойса — Кодда (BCNF)

Это модификация третьей нормальной формы (в некоторых источниках именно 3NF называется формой Бойса — Кодда).

Таблица находится в BCNF, если она находится в 3NF, и при этом отсутствуют функциональные зависимости атрибутов первичного ключа от неключевых атрибутов. Таблица может находиться в 3NF, но не в BCNF, только в одном случае: если она имеет, помимо первичного ключа, ещё по крайней мере один возможный ключ. Все зависимые от первичного ключа атрибуты должны быть потенциальными ключами отношения. Если это условие не выполняется, для них создаётся отдельное отношение. Чтобы сущность соответствовала BCNF, она должна находиться в третьей нормальной форме. Любая сущность с единственным возможным ключом, соответствующая требованиям третьей нормальной формы, автоматически находится в BCNF.

Четвёртая нормальная форма (4NF)

Таблица находится в 4NF, если она находится в BCNF и не содержит нетривиальных многозначных зависимостей. Многозначная зависимость не является функциональной, она существует в том случае, когда из факта, что в таблице содержится некоторая строка X, следует, что в таблице обязательно существует некоторая определённая строка Y. То есть, таблица находится в 4NF, если все ее многозначные зависимости являются функциональными.

Пятая нормальная форма (5NF)

Таблица находится в 5NF, если она находится в 4NF и любая многозначная зависимость соединения в ней является тривиальной. Пятая нормальная форма в большей степени является теоретическим исследованием и практически не применяется при реальном проектировании баз данных. Это связано со сложностью определения самого наличия зависимостей «проекции — соединения», поскольку утверждение о наличии такой зависимости должно быть сделано для всех возможных состояний БД.

Доменно-ключевая нормальная форма (DKNF)

Отношение в ДКНФ не имеет аномалий модификации. Другими словами, что бы ни менялось — ничего не потеряется, если соблюдены все ограничения относительно ключей и доменов. Формулировка слишком общая, но суть ее заключается в том, что если выполнять некоторые правила, то при любых действиях с таблицей ее целостность не пострадает и вся необходимая информация сохранится. Если рассматривать на примере, то правила действуют примерно так: нельзя просто удалить категорию из таблицы категорий, если с этой категорией связаны, например, продукты из таблицы продуктов. Прежде чем удалять категорию, необходимо выполнить предварительные действия в таблице продуктов (например, поле отвечающее за id категории этого товара нужно сделать

Шестая нормальная форма (6NF)

Таблица находится в 6NF, если она находится в 5NF и удовлетворяет требованию отсутствия нетривиальных зависимостей. Зачастую 6NF отождествляют с DKNF.

См. также

Ссылки

DDL, SELECT | INSERT | UPDATE | MERGE | DELETE | JOIN | UNION | CREATE | ALTER | DROP
Сравнение синтаксиса

Типы реализаций
Flat file | Deductive | Dimensional | Иерархическая | Объектно-ориентированная | Temporal

Полезное

Смотреть что такое «Нормализация БД» в других словарях:

Нормализация — У этого термина существуют и другие значения, см. Нормализация (значения). Нормализация (в звукозаписи) это процесс выравнивания частотных характеристик при студийной звукозаписи на магнитный носитель. Коррекция необходима, поскольку… … Википедия

нормализация — стандартизация; упорядочение, утрясание, улаживание, налаживание Словарь русских синонимов. нормализация см. налаживание Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Алекса … Словарь синонимов

НОРМАЛИЗАЦИЯ — (франц. normalisation упорядочение от normal правильный, положенный), вид термической обработки стали, заключающийся в нагреве (выше верхней критической точки), выдержке и охлаждении на воздухе. Цель придание металлу однородной мелкозернистой… … Большой Энциклопедический словарь

Нормализация — определение доходов и расходов, характерных для нормально действующего бизнеса; исключает единовременные доходы и расходы, превышающие среднеотраслевые значения … Словарь терминов антикризисного управления

НОРМАЛИЗАЦИЯ — НОРМАЛИЗАЦИЯ, нормализации, мн. нет, жен. (книжн.). Действие по гл. нормализовать. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

нормализация — НОРМАЛИЗОВАТЬ, зую, зуешь; ованный; сов. и несов., что. Подчинить ( нять) норме. Н. орфографию. Н. отношения. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

НОРМАЛИЗАЦИЯ — (от лат. norma упорядоченный, правильный, урегулированный) англ. normalization; нем. Normalisierung. 1. Установление нормы, образца. 2. Приведение в нормальное состояние, в соответствие с принятой нормой; урегулирование. 3. В статистике… … Энциклопедия социологии

нормализация — и, ж. normalisation f. 1. Упорядочение, приведение в норму. Ож. 1936. Беру любой газетный лист и читаю: в целях нормализации партстроительства комячейка призывает к интенсификации партработы. 1922. Горнфельд Новые словечки 4. Торможение процессов … Исторический словарь галлицизмов русского языка

нормализация — 1. Установление нормы, образца. 2. Урегулирование, приведение к норме, нормальному состоянию. 3. То же, что стандартизация. Словарь практического психолога. М.: АСТ, Харвест. С. Ю. Головин. 1998 … Большая психологическая энциклопедия

нормализация — Метод группирования данных, позволяющий не хранить повторяющиеся группы данных и избежать их избыточности. [http://www.morepc.ru/dict/] Тематики информационные технологии в целом EN normalisation … Справочник технического переводчика

НОРМАЛИЗАЦИЯ — вид термической обработки стали, заключающийся в нагревании до закалочных температур с последующим охлаждением на воздухе. Н. приводит к получению мелкозернистой стали с однородной структурой, повышению прочности, пластичности и ударной вязкости … Большая политехническая энциклопедия

Источник

Нормализация отношений. Первая и вторая нормальные формы

Предисловие

Нормализация отношений (таблиц) — одна из основополагающих частей теории реляционных баз данных. Нормализация имеет своей целью избавиться от избыточности в отношениях и модифицировать их структуру таким образом, чтобы процесс работы с ними не был обременён различными посторонними сложностями. При игнорировании такого подхода эффективность проектирования стремительно снижается, что вкупе с прочими подобными вольностями может привести к критическим последствиям.

Любому специалисту, по роду своей деятельности так или иначе связанному с проектированием реляционных баз данных, полезно понимать и уметь осуществить нормализацию отношений. И этим постом хотелось бы начать небольшую серию публикаций, посвящённых нормальным формам, имеющую целью дать тем читателям Хабрахабра, которые по различным обстоятельствам ещё не освоили эту тему, возможность легко заполнить этот пробел в знаниях.

Статья не имеет своей целью подробное и точное изложение принципов нормализациии, поскольку это, очевидно, невозможно в рамках блога в силу больших объёмов информации, необходимых для публикации при таком подходе. Кроме этого, для такой цели существует большое количество литературы, написанной прекрасными специалистами. Моя же задача, как я считаю, заключается в том, чтобы популярно продемонстрировать и объяснить основные принципы.

Используемые термины

Атрибут — свойство некоторой сущности. Часто называется полем таблицы.
Домен атрибута — множество допустимых значений, которые может принимать атрибут.
Кортеж — конечное множество взаимосвязанных допустимых значений атрибутов, которые вместе описывают некоторую сущность (строка таблицы).
Отношение — конечное множество кортежей (таблица).
Схема отношения — конечное множество атрибутов, определяющих некоторую сущность. Иными словами, это структура таблицы, состоящей из конкретного набора полей.
Проекция — отношение, полученное из заданного путём удаления и (или) перестановки некоторых атрибутов.
Функциональная зависимость между атрибутами (множествами атрибутов) X и Y означает, что для любого допустимого набора кортежей в данном отношении: если два кортежа совпадают по значению X, то они совпадают по значению Y. Например, если значение атрибута «Название компании» — Canonical Ltd, то значением атрибута «Штаб-квартира» в таком кортеже всегда будет Millbank Tower, London, United Kingdom. Обозначение: -> .

Первая нормальная форма

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.

Будем называть исходное отношение основным, а значение неатомарного атрибута — подчинённым.

Для того, чтобы нормализовать исходное отношение, атрибуты которого неатомарны, необходимо объединить схемы основного и подчинённого отношений. Кроме того, если, например, таблица, соответствующая ненормализованному отношению уже содержится в БД и заполнена информацией, задача усложняется тем, что значение неатомарного атрибута может в свою очередь содержать несколько кортежей.

Следует пояснить сказанное на примере. Рассмотрим отношение, имеющее атрибуты «Код сотрудника», «ФИО», «Должность», «Проекты». Очевидно, что один сотрудник может работать над несколькими проектами. Предположим, что проект описывается идентификатором, названием и датой сдачи.

Легко заметить, что не все атрибуты этого отношения атомарны (неделимы). В частности, атрибут «Проекты» можно разделить на три более простых атрибута: «Код проекта», «Название», «Дата сдачи», а значение этого атрибута для сотрудника Иван Иванович Иванов содержит несколько кортежей — информацию о трёх проектах.

Примечание: с некоторой точки зрения атрибут «ФИО» можно также считать неатомарным и в таком случае его также следует разделить на более простые, как «Фамилия», «Имя», «Отчество».

Результат будет выглядеть так:

Вторая нормальная форма

Ясно, что отношение, находящееся в 1НФ, также может обладать избыточностью. Для её устранения предназначена вторая нормальная форма. Но прежде чем приступить к её описанию, сначала следует выявить недостатки первой.

Пусть исходное отношение содержит информацию о поставке некоторых товаров и их поставщиках.

Заранее известно, что в этом отношении содержатся следующие функциональные зависимости:
< <Код поставщика, Код товара>-> < Количество>,
<Код поставщика>-> <Город>,
<Код поставщика>-> <Статус>,
<Город>-> <Статус>>

Такое разбиение устранило аномалии, описанные выше: можно добавить информацию о поставщике, который ещё не поставлял товар, удалить информацию о поставке без удаления информации о поставщике, а также легко обновить информацию в случае если поставщик переехал в другой город.

Теперь можно сформулировать определение второй нормальной формы, до которого, скорее всего, читатель уже смог догадаться самостоятельно: отношение находится во второй нормальной форме (сокращённо 2НФ) тогда и только тогда, когда оно находится в первой нормальной форме и каждый его неключевой атрибут неприводимо зависим от первичного ключа.

Источник

4) Нормализация

Что такое нормализация?

НОРМАЛИЗАЦИЯ — это метод проектирования базы данных, который организует таблицы таким образом, чтобы уменьшить избыточность и зависимость данных. Нормализация делит большие таблицы на меньшие таблицы и связывает их, используя отношения. Целью нормализации является устранение избыточных (бесполезных) данных и обеспечение логического хранения данных.

Изобретатель реляционной модели Эдгар Кодд предложил теорию нормализации с введением первой нормальной формы, и он продолжил расширять теорию второй и третьей нормальной формой. Позже он присоединился к Раймонду Ф. Бойсу для разработки теории нормальной формы Бойса-Кодда.

В этом уроке вы узнаете

Нормальные формы базы данных

Пример нормализации базы данных:

Мы будем изучать нормализацию с помощью тематического исследования. Предположим, видео библиотека поддерживает базу данных фильмов, сдаваемых в аренду. Без какой-либо нормализации вся информация хранится в одной таблице, как показано ниже.

Здесь вы видите, что Movies Rented column имеет несколько значений. Теперь давайте перейдем к 1-м нормальным формам:

1NF (Первая нормальная форма) Правила

Таблица выше в 1NF-

Пример 1NF

Таблица 1: в форме 1NF

Прежде чем мы продолжим, давайте разберемся в нескольких вещах —

Что такое ключ?

KEY — это значение, используемое для уникальной идентификации записи в таблице. КЛЮЧ может быть один столбец или комбинация нескольких столбцов

Примечание. Столбцы в таблице, которые НЕ используются для однозначной идентификации записи, называются неключевыми столбцами.

Что такое первичный ключ?

Первичным является значение в одном столбце, используемое для уникальной идентификации записи в базе данных.

Имеет следующие атрибуты

Что такое составной ключ?

Составной ключ — это первичный ключ, состоящий из нескольких столбцов, используемых для уникальной идентификации записи.

В нашей базе данных есть два человека с одинаковым именем Роберт Фил, но они живут в разных местах.

Следовательно, мы требуем, чтобы полное имя и адрес идентифицировали запись однозначно. Это составной ключ.

Давайте перейдем во вторую нормальную форму 2NF

2NF (вторая нормальная форма) правила

Ясно, что мы не сможем сделать нашу простую базу данных в форме 2- й нормализации, если не разберем таблицу выше.

Мы разделили нашу таблицу 1NF на две таблицы, а именно. Таблица 1 и Таблица2. Таблица 1 содержит информацию об участниках. Таблица 2 содержит информацию об арендованных фильмах.

Мы ввели новый столбец с именем Membership_id, который является первичным ключом для таблицы 1. Записи могут быть однозначно идентифицированы в таблице 1 с использованием идентификатора членства.

База данных — внешний ключ

В таблице 2 Membership_ID является внешним ключом

Внешний ключ ссылается на первичный ключ другой таблицы! Это помогает соединить ваши таблицы

Зачем вам нужен внешний ключ?

Предположим, новичок вставляет запись в таблицу B, такую ​​как

Вы сможете вставить в свой внешний ключ только те значения, которые существуют в уникальном ключе родительской таблицы. Это помогает в ссылочной целостности.

Вышеупомянутая проблема может быть преодолена путем объявления идентификатора членства из таблицы 2 в качестве внешнего ключа идентификатора членства из таблицы 1

Теперь, если кто-то попытается вставить значение в поле идентификатора членства, которого нет в родительской таблице, появится сообщение об ошибке!

Что такое транзитивные функциональные зависимости?

Транзитивная функциональная зависимость — при изменении неключевого столбца может привести к изменению любого другого неключевого столбца.

Рассмотрим таблицу 1. Изменение неключевого столбца Полное имя может изменить приветствие.

Давайте перейдем в 3NF

3NF (третья нормальная форма) правила

Чтобы переместить нашу таблицу 2NF в 3NF, нам снова нужно снова разделить нашу таблицу.

Источник