Почему избыточность вызывает проблемы, если я осторожен?

Избыточное хранение одного и того же факта в нескольких строках приводит к аномалиям: обновление может изменить одни копии, но не другие (аномалия обновления), вы можете быть не в состоянии записать факт без несвязанных данных (аномалия вставки), или удаление строки может привести к потере информации, которую вы хотели сохранить (аномалия удаления). Нормализация устраняет избыточность, которая делает это возможным.

В чем разница между НФБК и третьей нормальной формой?

Обе формы устраняют избыточность, вызванную функциональными зависимостями, но НФБК является более строгой: она требует, чтобы левая часть каждой нетривиальной зависимости была суперключом. Схема может быть в 3НФ, но не в НФБК. НФБК всегда обеспечивает декомпозицию без потерь, но может не сохранять зависимости, поэтому иногда сохраняется 3НФ.

Проектирование и нормализация баз данных

Проектирование и нормализация баз данных — это дисциплина структурирования реляционных схем таким образом, чтобы они достоверно представляли данные, устраняя при этом избыточность и вызываемые ею аномалии обновления, вставки и удаления.

Найти тему в PaperMindСкороFind papers & topics

Tools & resources

Скачать слайды

Learn & explore

ВидеоСкоро

Definition

Нормализация — это процесс декомпозиции отношений для уменьшения избыточности и предотвращения аномалий, руководствующийся функциональными и многозначными зависимостями, существующими между атрибутами, при сохранении информационного содержания исходной схемы.

Scope

Эта область охватывает теорию и практику уточнения реляционных схем: функциональные и многозначные зависимости как семантические ограничения, определяющие проектирование, иерархию нормальных форм (от 1НФ до НФБК, 4НФ) и декомпозицию отношений для устранения избыточности при сохранении соединений без потерь и, по возможности, зависимостей. Она исключает нотации концептуального моделирования, такие как диаграммы «сущность-связь» (рассматриваемые в моделях данных и языках запросов), и выбор физического дизайна, такой как индексирование.

Sub-topics

Core questions

Какие функциональные и многозначные зависимости существуют между атрибутами отношения?
Какие аномалии — обновления, вставки, удаления — вызывает избыточность?
Какие условия определяют каждую нормальную форму и какую избыточность каждая из них устраняет?
Как можно декомпозировать отношение без потери информации?
Когда сохранение зависимостей должно быть обменено на более высокую нормальную форму?

Key concepts

функциональная зависимость
аксиомы Армстронга и замыкание
потенциальные ключи и первичные атрибуты
аномалии обновления, вставки, удаления
первая, вторая, третья нормальная форма
нормальная форма Бойса-Кодда
многозначные зависимости и 4НФ
декомпозиция без потерь соединения
сохранение зависимостей

Key theories

Функциональные зависимости и замыкание: Функциональная зависимость X → Y утверждает, что X определяет Y; аксиомы Армстронга позволяют вычислить замыкание множества зависимостей, что лежит в основе поиска ключей и тестирования нормальных форм.
Нормальные формы: Первая, вторая и третья нормальные формы, а также нормальная форма Бойса-Кодда налагают постепенно более строгие условия на функциональные зависимости для устранения избыточности; четвертая нормальная форма расширяет это на многозначные зависимости.
Декомпозиция без потерь соединения и с сохранением зависимостей: Декомпозиция желательна только в том случае, если она не приводит к потерям (исходное отношение может быть реконструировано путем соединения частей) и в идеале сохраняет зависимости (все исходные зависимости могут быть применены к частям), что является критериями, ограничивающими способы разделения схем.

Clinical relevance

Нормализация является ключевым навыком в создании надежных информационных систем: хорошо нормализованные схемы предотвращают несогласованность данных и упрощают обслуживание в транзакционных приложениях, в то время как специалисты также намеренно денормализуют схемы для аналитики и отчетности с интенсивным чтением, что делает компромиссы центральными для реальной разработки баз данных.

History

Кодд представил первую, вторую и третью нормальные формы в начале 1970-х годов и, совместно с Бойсом, более строгую нормальную форму Бойса-Кодда. Рональд Фейгин позднее определил четвертую и пятую нормальные формы на основе многозначных и зависимостей соединения. Вместе эти результаты превратили проектирование схем из искусства в теорию, основанную на ограничениях зависимостей.

Debates

Насколько далеко нормализовать на практике: Строгая нормализация устраняет избыточность и аномалии, но может потребовать множества соединений, замедляющих рабочие нагрузки с интенсивным чтением; специалисты обсуждают, когда контролируемая денормализация для повышения производительности оправдана, а когда она приводит к тем самым несоответствиям, которые нормализация была призвана предотвратить.

Key figures

Edgar F. Codd
Raymond F. Boyce
Ronald Fagin

Seminal works

codd1972
silberschatz2019
garciamolina2008

Frequently asked questions

Почему избыточность вызывает проблемы, если я осторожен?: Избыточное хранение одного и того же факта в нескольких строках приводит к аномалиям: обновление может изменить одни копии, но не другие (аномалия обновления), вы можете быть не в состоянии записать факт без несвязанных данных (аномалия вставки), или удаление строки может привести к потере информации, которую вы хотели сохранить (аномалия удаления). Нормализация устраняет избыточность, которая делает это возможным.
В чем разница между НФБК и третьей нормальной формой?: Обе формы устраняют избыточность, вызванную функциональными зависимостями, но НФБК является более строгой: она требует, чтобы левая часть каждой нетривиальной зависимости была суперключом. Схема может быть в 3НФ, но не в НФБК. НФБК всегда обеспечивает декомпозицию без потерь, но может не сохранять зависимости, поэтому иногда сохраняется 3НФ.