Нормализация данных

Нормализацией называется процесс приведения структур данных в состояние, обеспечивающее лучшие условия выборки, включения, изменения и удаления данных. Это достигается разбиением одной большой таблицы на две или более мелких. Конечной целью нормализации является получение такого проекта базы данных, в котором каждый факт появляется лишь в одном месте.

Таблица, в которую включены все интересующие атрибуты, называется универсальным отношением. При использовании универсального отношения база данных будет состоять лишь из одной таблицы, в которой будет хранится вся информация о рассматриваемом объекте.

Таблицу, содержащую в одном или нескольких полях большое количество повторяющихся данных, можно разделить на две или более связанных таблиц. Такой способ, позволяющий более эффективно хранить данные, называют нормализацией таблиц.

В некоторых СУБД, например Access, предусмотрен мастер анализа таблиц, который позволяет нормализовать таблицы базы данных. При использовании мастера пользователь имеет возможность самостоятельно определить создаваемые таблицы или позволить мастеру провести нормализацию таблиц.

Мастер анализа таблиц преобразует таблицу, содержащую повторяющиеся данные, в набор связанных таблиц, где уже нет повторений. Это повышает эффективность работы с базой данных и уменьшает ее размер. После создания набора таблиц данные по-прежнему можно просматривать и обрабатывать вместе, создав для этого запрос.

Универсальное отношение порождает ряд проблем.

· Избыточность

· Аномалии обновления (потенциальная противоречивость)

· Аномалии включения

· Аномалии удаления

Большая часть проблем исчезнет, если данные из универсальной таблицы разнести в несколько более мелких таблиц. Эту задачу можно решить путем нормализации.

Процесс нормализации состоит из нескольких этапов. На каждом из этапов изменяют структуру данных так, чтобы она удовлетворяла определенным критериям - требованиям нормальной формы.

Нормализация представляет собой последовательное изменение структуры данных в соответствии с требованиями нормальных форм.

Всего существует шесть нормальных форм. Теория нормализации опирается на довольно сложный математический аппарат реляционной алгебры, изложение которого вытекает за рамки данного пособия.

Дадим определение первых трех нормальных форм.

1. Таблица находится в первой нормальной форме, если ни одно поле строки не содержит более одного значения и любое ключевое поле не является пустым. Как следует из определения, любая таблица реляционной базы данных автоматически удовлетворяет требованиям первой нормальной формы.

2. Таблица находится во второй нормальной форме, если она удовлетворяет требованиям первой нормальной формы, и все ее поля, не входящие в первичный ключ, связаны полной функциональной зависимостью с первичным ключом. Как следует из этого определения, необходимо чтобы только первичный ключ однозначно идентифицировал значения полей в любом столбце и в то же время значения полей в столбцах не зависели от любой части составного ключа. Если первичный ключ состоит из одного столбца, то это требование удовлетворяется автоматически. Если же первичный ключ является составным, то есть состоит из двух и более столбцов, то такая таблица не обязательно будет находится во второй нормальной форме. если таблица не удовлетворяет требованиям второй нормальной формы, то она должна быть разбита на две или более таблиц так, чтобы первичный ключ однозначно идентифицировал значение в любом столбце.

3. Таблица находится в третьей нормальной форме тогда и только тогда, когда она удовлетворяет требованиям второй нормальной формы и ни одно из ее не ключевых полей не зависит функционально от любого не ключевого поля. Любое не ключевое поле должно зависеть только от первичного ключа.

Практически таблицы реляционной базы данных не обязательно должны удовлетворять всем требованиям нормальных форм.

Автор книги "Эффективная работа с Microsoft Access 2000" Д. Вейскас считает, что практически таблицы реляционной базы данных должны удовлетворять следующим требованиям:

· Каждое поле таблицы должно быть уникальным.

· Каждая таблица должна иметь первичный ключ, который может состоять из одного или нескольких полей.

· Для каждого значения первичного ключа должно быть одно и только одно значение любого из столбцов данных и это значение должно относится к объекту таблицы.

· Должна иметься возможность изменять значения любого не входящего в первичный ключ поля и это не должно повлечь за собой изменения другого поля.

Связывание таблиц

Пока данные хранятся в универсальном отношении можно сразу получить всю необходимую информацию. После нормализации доступ к данным усложняется, так как вместо одной таблицы имеется набор множества таблиц. Чтобы выбрать необходимую информацию необходимо рассмотреть несколько таблиц.

Для связывания данных в таблицах необходимо использовать ключи. Взаимосвязь таблиц поддерживается внешними ключами. Внешний ключ создается в таблице, поля которой ссылаются на строки главной таблицы. Каждому значению внешнего ключа должно быть сопоставлено значение первичного ключа. В отличие от первичного, внешний ключ не должен быть уникальным. В зависимой таблице могут быть строки, имеющие одинаковые значения внешнего ключа.

Группа связанных таблиц называется схемой данных. Пример схемы данных показан на рис. .

Рис. 1.2. Фрагмент схемы данных базы данных Товарная база

Типы связей между таблицами

Тип связи определяет правила сопоставления строк между двумя таблицами. Существуют следующие виды связей или отношений.

Один - к - одному (1:1). Такое отношение означает, что каждой строке первой таблицы соответствует только одна строка во второй таблице и, наоборот, каждой строке второй таблицы соответствует только одна строка в первой таблице. Таблицы. связанные отношением один к одному можно объединить в одну общую таблицу, состоящую из полей обоих таблиц. Отношение один к одному может использоваться для разделения таблиц, состоящих из большого числа полей. Такое разбиение может потребоваться, если некоторые поля таблицы содержат конфиденциальную информацию или требуется создать условия для ускоренного просмотра данных.

Один - ко - многим (1:оо). Такая связь определяет отношение между таблицами, когда одна из них является главной, а другая подчиненной. При этом каждой строке главной таблицы может соответствовать несколько строк в подчиненной таблице, а каждой строке в подчиненной таблице соответствует только одна в главной таблице. Примером такого отношения является связь между таблицами Клиенты и Заказы, устанавливаемая между полями Код клиента и Код клиента (см., например, схему данных базы данных Товарная база). В отношении один ‑ ко ‑ многим главной таблицей является таблица, которая содержит первичный ключ, который составляет часть один в отношении один ‑ ко ‑ многим (Код клиента в таблице Клиенты). Каждый клиент может иметь или один заказ, или несколько заказов, или не иметь их совсем. Каждый заказ в подчиненной таблице Заказы должен принадлежать только одному клиенту, разместившему этот заказ.

Многие - ко - многим. При такой связи каждой строке первой таблицы может соответствовать несколько строк во второй таблице и наоборот. Примером такой связи является связь между таблицами ЗаказыиКаталог. Один заказ может содержать много моделей мебели и каждая конкретная модель может быть включена во множество заказов. Такая связь может быть реализована только через третью таблицу, с которой исходные таблицы будут иметь связи один ‑ ко ‑ многим.

Для рассматриваемого примера такой таблицей является таблица Состав заказа, которая имеет внешние ключи, образованные из составных первичных ключей таблиц Заказы и Каталог (см. схему данных на рис ).