Нормальные формы

В п. было дано определение первой нормальной формы (1НФ). Приведем здесь более строгое ее определение, а также определения других нормальных форм.

Таблица находится в первой нормальной форме (1НФ) тогда и только тогда, когда ни одна из ее строк не содержит в любом своем поле более одного значения и ни одно из ее ключевых полей не пусто.

Из таблиц, рассмотренных в п. 4, не удовлетворяет этим требованиям (т.е. не находится в 1НФ) только таблица рис.

Таблица находится во второй нормальной форме (2НФ), если она удовлетворяет определению 1НФ и все ее поля, не входящие в первичный ключ, связаны полной функциональной зависимостью с первичным ключом.

Кроме таблицы рис. не удовлетворяет этим требованиям только таблица
Как обосновано ниже (пример ) она имеет составной первичный ключ
Блюдо, Дата_Р, Продукт, Поставщик, Город, Дата_П и содержит множество неключевых полей (Вид, Рецепт, Порций, Калорийность и т.д.), зависящих лишь от той или иной части первичного ключа. Так поля Вид и Рецепт зависят только от поля Блюдо, Калорийность от поля Продукт и т.п.

Следовательно, эти поля не связаны с первичным ключом полной функциональной зависимостью.
Ко второй нормальной форме приведены почти все таблицы рис. кроме таблицы Поставщики, в которой Страна зависит только от поля Город, который является частью первичного ключа (Поставщик, Город). Последнее обстоятельство приводит к проблемам при:

включении данных (пока не появится поставщик из Вильнюса, нельзя зафиксировать, что этот город Литвы),
удалении данных (исключение поставщика может привести к потере информации о местонахождении города),
обновлении данных (при изменении названия страны приходится просматривать множество строк, чтобы исключить получение противоречивого результата).

Разбивая эту таблицу на две таблицы Поставщики и Города (рис. ), можно исключить указанные аномалии.
Что же касается таблиц рис. , то ввод в них отсутствующих в предметной области цифровых первичных и внешних ключей формально затрудняет процедуру выявления функциональных связей между этими ключами и остальными полями. Действительно, легко установить связь между атрибутом Блюдо и Вид (блюда): Харчо Суп, Лобио Закуска и т.п., но нет прямой зависимости между полями БЛ и Вид (блюда), если не помнить, что значение БЛ соответствует номеру блюда.
Для упрощения нормализации подобных таблиц целесообразно использовать следующую рекомендацию.

Рекомендация. При проведении нормализации таблиц, в которые введены цифровые (или другие) заменители составных и (или) текстовых первичных и внешних ключей, следует хотя бы мысленно подменять их на исходные ключи, а после окончания нормализации снова восстанавливать.

При использовании этой рекомендации таблицы рис. временно превращаются в таблицы рис. , а после выполнения нормализации и восстановления полей БЛ, ПР и ПОС в нормализованные таблицы рис. .

Таблица находится в третьей нормальной форме (3НФ), если она удовлетворяет определению 2НФ и не одно из ее неключевых полей не зависит функционально от любого другого неключевого поля.

После разделения таблицы Поставщики рис. на две части все таблицы этого проекта удовлетворяют определению 2НФ, а так как в них нет неключевых полей, функционально зависящих друг от друга, то все они находятся в 3НФ.
Как ни странно, этого нельзя сказать об аналогичных таблицах рис . Если забыть рекомендацию о подмене на время нормализации ключей БЛ, ПР и ПОС на Блюдо, Продукт и (Поставщик, Город), то среди этих таблиц появятся две, не удовлетворяющие определению 3НФ. Действительно, так как после ввода первичных ключей БЛ и ПР поля Блюдо и Продукт стали неключевыми появились несуществовавшие ранее функциональные зависимости между неключевыми полями:
Блюдо-Вид и Продукт-Калорийность. Следовательно, для приведения таблиц Блюда и Продукты рис. к 3НФ их надо разбить на
Блюда(БЛ, Блюдо), Вид_блюда(БЛ, Вид); Продукты(ПР, Продукт); Калор_прод(ПР,Калорийносить), хотя интуиция подсказывает, что это лишнее разбиение, совсем не улучшающее проекта базы данных.
Столкнувшись с подобными несуразностями, которые могут возникать не только из-за введения кодированных первичных ключей, теоретики реляционных систем Кодд и Бойс обосновали и предложили более строгое определение для 3НФ, которое учитывает, что в таблице может быть несколько возможных ключей.

Таблица находится в нормальной форме Бойса-Кодда (НФБК), если и только если любая функциональная зависимость между его полями сводится к полной функциональной зависимости от возможного ключа.

В соответствие с этой формулировкой таблицы Блюда и Продукты рис. , имеющие по паре возможных ключей (БЛ и Блюдо) и (ПР и Продукт) находятся в НФБК или в 3НФ.
В следующих нормальных формах (4НФ и 5НФ) учитываются не только функциональные, но и многозначные зависимости между полями таблицы. Для их описания познакомимся с понятием полной декомпозиции таблицы.

Полной декомпозицией таблицы называют такую совокупность произвольного числа ее проекций, соединение которых полностью совпадает с содержимым таблицы.

Например, естественным соединением (см. п. ) таблиц рис. можно образовать исходную таблицу, приведенную на рис. . Ту же таблицу можно получить композицией таблиц рис. . Следовательно, таблицы рис. , и являются полными декомпозициями таблицы Питание рис. .
Теперь можно дать определения высших нормальных форм. И сначала будет дано определение для последней из предложенных 5НФ.

Таблица находится в пятой нормальной форме (5НФ) тогда и только тогда, когда в каждой ее полной декомпозиции все проекции содержат возможный ключ. Таблица, не имеющая ни одной полной декомпозиции, также находится в 5НФ.

Четвертая нормальная форма (4НФ) является частным случаем 5НФ, когда полная декомпозиция должна быть соединением ровно двух проекций.

Весьма не просто подобрать реальную таблицу, которая находилась бы в 4НФ, но не была бы в 5НФ.

Содержание раздела