ЛЕКЦИЯ 5. Вопросы проектирования БД
5.1 Понятие проектирования БД
5.2 Функциональные зависимости
5.3 Тривиальные и нетривиальные зависимости
5.4 Замыкание множества зависимостей и правила вывода Армстронга
5.5 Неприводимое множество зависимостей
5.6 Нормальные формы – основные понятия
5.7 Декомпозиция без потерь и функциональные зависимости
5.8 Диаграммы функциональных зависимостей
Понятие проектирования БД
В этой лекции речь пойдет о проектировании реляционной базы данных. В общем проблема формулируется следующим образом: как в некоторой базе данных для заданного набора данных выбрать подходящую логическую структуру? Иначе говоря, нужно решить вопрос, какие базовые отношения и с какими атрибутами следует задать.
Следует отметить следующие особенности.
1. Следует заметить, что речь здесь пойдет о логическом, а не физическом макете.
2. Физический макет может рассматриваться как отдельная сопутствующая часть. Иначе говоря, для "правильного" составления макета базы данных следует прежде всего создать логический (т.е. реляционный) макет, а затем в виде отдельного шага отобразить этот логический макет на некоторые физические структуры, поддерживаемые СУБД.
3. Физический макет по определению является специфическим для данной СУБД. Логический макет, наоборот, совершенно независим от СУБД, и для его реализации могут быть использованы строгие теоретические принципы.
|
|
|
К сожалению, на практике часто случается так, что реализация макета на физическом уровне может оказывать существенное обратное влияние на логический макет. Иначе говоря, в таком случае для достижения компромисса следует выполнить несколько циклов проектирования "логический макет – физический макет".
Следует также подчеркнуть, что проектирование базы данных скорее искусство, чем просто наука. Конечно, существуют некоторые научные принципы составления таких макетов, однако при проектировании базы данных возникает множество других проблем, которые не всегда можно охватить этими принципами. В результате теоретики и практики в области создания баз данных разработали большое число методологий проектирования. Среди них есть как достаточно точные и строгие, так и не очень, однако все они специализированные и предназначены для решения именно той проблемы, которая считалась неразрешимой к моменту создания данной конкретной методики. Иными словами, они были задуманы для поиска такого логического макета, который был бы, бесспорно, лучшим в данной ситуации.
Необходимо отметить некоторые допущения, используемые в дальнейшем изложении материала:
1. Проектирование базы данных — это не единственное условие получения правильной организации структуры данных, помимо этого ключевым условием является также целостность данных.
|
|
|
2. Далее в макет рассматривается независимо от приложения. Иначе говоря, интерес представляют сами данные, а не то, как они используются. Независимость от приложения желательна потому, что обычно в момент проектирования базы данных не известны все возможные способы использования данных. Таким образом, необходимо, чтобы макет был стабильным, т.е. оставался работоспособным даже при возникновении в приложении новых (т.е. неизвестных на момент создания исходного макета) требований к данным.
Следуя этим допущениям нужно создать концептуальную схему, т.е. абстрактный логический макет, не зависящий от аппаратного обеспечения, операционной системы, СУБД, языка программирования, пользователя и т.д.
Функциональные зависимости
Для демонстрации основных идей данного раздела используется несколько измененная версия отношения Students из учебной БД, которое в дополнение к обычным атрибутам StNo, GrNo, StName, CityNo будет содержать также атрибут RgNo, представляющий город соответствующего поставщика. Во избежание путаницы далее это измененное отношение будет называться SR. В виде таблицы оно представлено на рис. 5.1.
|
|
|
| SR | ||||
| StNo | GrNo | StName | CityNo | RgNo |
| 1 | 1 | Иванов | 3 | 1 |
| 2 | 1 | Петров | 3 | 1 |
| 3 | 1 | Сидоров | 3 | 1 |
| 4 | 2 | Стрельцов | 1 | 1 |
| 5 | 2 | Кузнецов | 4 | 2 |
рис. 5.1 Данные отношения SR.
Следует четко различать:
1. значение этого отношения (т.е. значение переменной отношения) в определенный момент времени;
2. набор всех возможных значений, которые данное отношение (переменная) может принимать в различные моменты времени.
При рассмотрении переменных отношения, например базовых отношений, интерес представляют не столько функциональные зависимости для определенного в некоторый момент времени значения, сколько функциональные зависимости, выполняющиеся для всех возможных значений данной переменной.
Ниже приведено определение концепции функциональной зависимости для второго пункта.
Пусть R является переменной отношения, а X и Y – произвольными подмножествами множества атрибутов отношения R. Тогда Y функционально зависимо от X, что в символическом виде записывается как
X®Y
(и читается либо как "X функционально определяет Y ", либо как "X стрелка Y "), тогда и только тогда, когда для любого допустимого значения отношения R каждое значение Х связано в точности с одним значением Y.
|
|
|
Иначе говоря, для любого допустимого значения отношения R, когда бы два кортежа отношения R ни совпадали по значению X, они также совпадают и по значению Y. Далее термин "функциональная зависимость" будет использоваться в последнем безотносительном ко времени смысле (за исключением особо оговоренных случаев).
Например, в случае отношения SR функциональная зависимость
{StNo}®{GrNo}
выполняется для всех возможных значений SR, поскольку в любой момент времени данному студенту соответствует в точности одна группа; таким образом, любые два кортежа отношения SR в один и тот же момент времени и с одним и тем же номером студента должны соответствовать одной и той же группе. Практически утверждение, что данная функциональная зависимость выполняется "всегда" (т.е. для всех возможных значений SR), является ограничением целостности для отношения SR, поскольку при этом накладываются определенные ограничения на все допустимые значения.
Ниже перечислено несколько безотносительных ко времени функциональных зависимостей для переменной отношения SR
{StNo}®{GrNo}
{StNo}®{StName}
{StNo}®{CityNo}
{StNo}®{RgNo}
{StNo}®{GrNo, StName}
{StNo}®{GrNo, StName, CityNo, RgNo}
{StNo, GrNo}® {StName}
и другие.
Левая и правая стороны символической записи функциональной зависимости иногда называются детерминантом и зависимой частью соответственно. Как говорится в определении, детерминант и зависимая часть являются множествами атрибутов. Когда множество содержит только один атрибут, он называется одноэлементным множеством, скобки опускаются и символическая запись принимает вид:
StNo®GrNo
Обратите внимание, в частности, на функциональные зависимости, которые выполняются для таблицы на рис. 5.1, но не выполняются "всегда":
GrNo®CityNo
Следует отметить, что если X является потенциальным ключом отношения R, например X является первичным ключом, то все атрибуты Y отношения R должны быть обязательно функционально зависимы от Х (это следует из определения потенциального ключа). В обычном отношении студентов Students, например, необходимо, чтобы выполнялась зависимость
StNo®{GrNo, StName, CityNo}
Фактически, если отношение R удовлетворяет функциональной зависимости A ® B и A не является потенциальным ключом, то R будет характеризоваться некоторой избыточностью. Например, в случае отношения SR сведения о том, что каждый данный город находится в данной области, будут повторяться много раз (это хорошо видно на рис. 5.1).
На практике важно сократить множество ФЗ до компактных размеров, поскольку, функциональные зависимости являются ограничениями целостности, поэтому при каждом обновлении данных в СУБД все они должны быть проверены.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 264; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!