Финансовые аспекты вступления в ВТО России

3.3. Нормальные формы

Сформулируем  правила, по которым следует проводить  декомпозицию отношения. Этот процесс называется нормализацией, т. е. приведением отношения к нормальной форме.

Нормальные  формы представляют собой ограничения  на схему отношения, избавляющие  ее от нежелательных свойств, которые  были перечислены выше. Прежде чем  приводить отношения к нормальной форме, следует построить все функциональные зависимости между атрибутами, которые существуют в предметной области.

Схема отношения R находится в первой нормальной форме (1НФ), если значения всех атрибутов являются атомарными (не составными), т. е. значение каждого атрибута не является ни списком, ни множеством значений.

Чтобы привести схему в 1НФ, нужно все  составные атрибуты заменить простыми.

Чтобы избавиться от избыточности информации, хранящейся в базе данных, существуют вторая и третья нормальные формы.

Схема отношения R находится во второй нормальной форме (2НФ), если она находится в первой нормальной форме, и каждый непервичный атрибут функционально полно зависит от первичного ключа.

Что такое неполная функциональная зависимость  от ключа? Такая зависимость присутствует в отношении, если какой-либо атрибут, не входящий в ключ, функционально  зависит от части атрибутов, входящих в ключ. Любой непервичный атрибут обязательно функционально зависит от всех первичных атрибутов по определению ключа отношения. А если какой-либо непервичный атрибут, кроме того, функционально зависит не от всех, а от части первичных атрибутов, то это и есть неполная функциональная зависимость.

Чтобы привести схему, находящуюся  в 1НФ, ко 2НФ, нужно разбить ее на несколько схем:

• выполнить проекцию схемы R на первичные атрибуты и атрибуты, функционально полно зависящие от ключа, т. е. исключить непервичные атрибуты, которые неполно зависят от ключа,
• для каждой неполной функциональной зависимости выполнить проекцию схемы R на атрибуты, входящие в эту зависимость, т. е. оставить часть ключа отношения R и атрибуты, функционально зависящие от этой части.

Однако  информация об объеме склада продолжает дублироваться. Для устранения этого  недостатка схемы существует третья нормальная форма.

Схема отношения R находится в третьей нормальной форме (3НФ), если она находится во второй нормальной форме и в ней отсутствуют транзитивные зависимости непервичных атрибутов от ключа.

Что такое транзитивные зависимости? Транзитивная зависимость имеет место, если какой-либо непервичный атрибут функционально зависит от другого непервичного атрибута, а тот в свою очередь функционально зависит от ключа.

Чтобы привести схему, находящуюся  во 2НФ, в 3НФ, нужно:

• выполнить проекцию схемы R на первичные атрибуты и атрибуты, транзитивно не зависящие от ключа, т. е. исключить непервичные атрибуты, которые транзитивно зависят от ключа,
• для каждого транзитивно зависимого непервичного атрибута выполнить проекцию схемы R на атрибуты, входящие во вторую часть транзитивной зависимости, т. е. оставить только непервичные атрибуты отношения R, между которыми имеется функциональная зависимость.

 

Таким образом, последовательно выполняя разделение исходной схемы отношения  на несколько других схем согласно рассмотренным правилам, получаем схему  в 3НФ, свободную от аномалий обновления и дублирования информации, о чем  говорилось в начале раздела.

Процесс разделения схемы отношения на несколько  других схем называется декомпозицией схемы отношения. Декомпозиция, приводящая отношение к одной из нормальных форм, называется нормализацией.

При такой схеме, состоящей из трех связанных  внешними ключами отношений, не будет  дублирования информации об адресе поставщика и объеме склада, если склад пуст, то объем его останется в базе данных, если поставщик не поставляет товары, то его адрес все равно  будет храниться в базе данных.

Как вы заметили, схема в 3НФ избавляет  базу данных от дублирования информации и аномалий обновления, но не всегда.

3.4. Построение реляционной модели данных

От  модели предметной области очень  легко перейти к реляционной  модели данных. Для этого нужно  выполнить несколько последовательных действий:

1. Построить схемы отношения для классов объектов.
1. Для каждого класса объектов сформировать отдельное отношение, атрибутами которого будут свойства этого класса.
2. Далее, для каждого атрибута определить домен и привести отношение к первой нормальной форме.
3. Затем, нужно выделить в отношении ключ. Если ключ получается громоздким, то есть включает в себя много атрибутов или атрибут, имеющий в качестве домена длинную строку символов, то удобно ввести искусственный ключ – новый атрибут с целочисленным доменом. Значения этого домена будут уникальными для каждого кортежа отношения.
2. Построив схемы отношений для каждого класса объектов, можно перейти к построению отношений для связей между объектами.
1. Для связи схема отношения строится следующим образом: для каждого класса, участвующего в связи, из соответствующей ему схемы отношения ключевые атрибуты копируются в новое отношение; если связь имеет свойства, то они также включаются в схему как атрибуты.
2. Ключом такого отношения, скорее всего, будут либо ключ одного из классов, входящих в связь, либо оба ключа вместе . Иногда бывает удобно ввести искусственный ключ.
3. Схемы отношений, соответствующие связям между классами, будут иметь внешние ключи – атрибуты, соответствующие ключам схем классов, входящих в связь. Для атрибутов, соответствующих свойствам связи, необходимо определить домены.
3. При таком построении модели данных – из модели предметной области – отношения чаще всего будут сразу находиться в 3НФ. Исключением могут быть только составные атрибуты, нарушающие условия 1НФ, но, исправив их, вы получите 3НФ.
4. Конечно, схема может получиться неоптимальной; например, связь, относящуюся к типу «один-ко-многим», в некоторых случаях бывает удобным не оставлять как отдельное отношение, а включить в схему отношения для класса объекта, который входил в связь со стороны «многие». Однако при перестроении схемы будьте внимательны, могут быть нарушены условия одной из нормальных форм.

4. Физическая  модель данных

Физическая  модель данных используется для привязки модели данных к среде хранения. Эта модель определяет используемые запоминающие устройства, способы физической организации данных в среде хранения. В данном пособии вопрос о физическом проектировании не рассматривается, поскольку для работы с базами данных используются системы управления базами данных, позволяющие вопросы физического проектирования решать автоматически.

 

 

 

 

Глава 2: Проектирования БД "Учебный процесс"

Понятие предметной области

 

Цель: Необходимо спроектировать базу данных (БД), которая должна выдавать оперативную информацию по учету и успеваемости студентов, о группах, в которых они числятся, о преподавателях и предметах, которые они ведут, об адресах и телефонах преподавателей и деканов о количестве студентов и т.д..

Здесь речь идет об успеваемости студентов разных факультетов для  подачи справок по результатам успеваемости каждого студента, учебной группы, курса, факультета, а также для  выдачи данных по студентам призывного возраста.

Такая база данных может  быть впоследствии использована и для  составления расписания занятий.

Для создания такой информационной системы вначале анализируется  предметная область т.е. часть реального мира, которую эта информационная система отображает.

Предметная область –  это совокупность реальных объектов (сущностей), которые представляют интерес  для пользователей.

Объект (сущность) – это  предмет, процесс или явление  о котором собирается информация, необходимая для решения задачи.

Объектом может быть человек, предмет, событие и т.д..

Каждый объект характеризуется  рядом основных свойств – атрибутов.

Атрибутом называется поименованная  характеристика объекта. Атрибут показывает, какая информация должна быть собрана  об объекте.

Например, объект – студент.

Анализ предметной области

 

Первым этапом проектирования БД любого типа является анализ предметной области, который заканчивается  построением концептуальной схемы (информационной структуры).

На этом этапе анализируются  запросы пользователей, выбираются информационные объекты и их характеристики, которые определяют содержание проектируемой  БД. На основе проведенного анализа  структурируется предметная область.

Анализ предметной области  разбивается на три фазы:

1. анализ концептуальных требований и информационных потребностей ;
2. выявление информационных объектов и связей между ними;
3. построение концептуальной модели предметной области и проектирование концептуальной схемы БД.

 

Анализ концептуальных требований и информационных потребностей

 

Требования пользователей  к разрабатываемой БД представляют собой список запросов, которые разработчик  получает в диалоге с будущими пользователями этой БД.

Рассмотрим примерный  состав вопросов при анализе предметной области «Институт»:

1. Сколько студентов учится в вузе?
2. Сколько факультетов и отделений в вузе?
3. Как распределены студенты по факультетам отделений и курсам?
4. Сколько дисциплин читается на каждом курсе по каждой специальности?
5. Сколько преподавателей в вузе?
6. Сколько студентов получают и сколько студентов не получают стипендию?
7. Данные студентов (фамилия, год рождения, № зачетной книжки и т.д.)
8. Результаты последней сессии.
9. Адреса и телефоны деканов факультетов и преподавателей.
10. Распределение преподавателей по предметам.
11. Как информация, представленная в пунктах 1-10 используется в институте и как ее еще можно использовать.

И т.д.

 

Выявление информационных объектов и связей между ними

 

Вторая фаза анализа предметной области состоит в выборе информационных объектов, задании необходимых свойств для каждого объекта, выявлении связей между объектами, определении ограничений, накладываемых на информационные объекты, типы связей между ними, характеристики информационных объектов.

При выборе информационных объектов ответим на ряд вопросов:

• на какие классы разделяются данные, подлежащие хранению в БД?
• какое имя можно присвоить каждому классу данных?
• какие характеристики можно выделить для каждого класса данных?
• Какие имена можно присвоить выбранным наборам характеристик?

Например, совокупность информационных объектов, отражающих учебный процесс  в вузе:

Студент(Фамилия, пол, год рождения, группа, номер зачетки, стипендия).

Преподаватель(Фамилия, должность, ученая степень, кафедра, предмет, № телефона, домашний адрес).

Факультет(Название факультета, № факультета, фамилия декана, научное звание декана, № телефона, количество студентов на факультете).

Результаты сессии (Фамилия  студента, предмет, оценка по этому  предмету).

Группа (№ группы, факультет, курс, направление).

Связи могут быть следующих  типов:

• один к одному
• один ко многим
• многие ко многим

Например: Студент              Преподаватель

• это связь многие ко многим.

Группа                    Студент - это связь один ко многим.

Студент             № зачетки - это связь один к  одному.

 

 

 

 

 

Построение концептуальной модели предметной области

 

Заключительная фаза анализа  предметной области состоит в  проектировании ее информационной структуры  или концептуальной модели.

Концептуальная модель включает описания объектов и их взаимосвязей, выявляемых в результате анализа  данных.

Концептуальная модель применяется  для структурирования предметной области  с учетом информационных интересов  пользователей системы. Она является представлением точки зрения пользователя на предметную область и должна быть стабильной т.е. неизменной. Хотя возможно ее наращивание и включение дополнительных данных.

Одной из распространенных моделей концептуальной схемы является модель “сущность – связь”, основными  компонентами которой являются сущности и связи.

Под сущностью понимается основное содержание объекта, о котором  собирают информацию. Экземпляр сущности – конкретный объект.

Например:

Сущность (объект) – студент. Экземпляр сущности – Демидов  А.В.

Сущность (объект) – факультет. Экземпляр сущности – факультет  механики.

Сущность принято определять атрибутами – поименованными характеристиками. Например: Сущность – студент.

Атрибуты этой сущности (или  этого объекта): ФИО, год рождения,

№ зачетной книжки, пол, №  учебной группы и т.д..

Связи определяют отношения  между сущностями. При построении концептуальной модели используют графические  диаграммы.

При этом обозначают:

сущности – прямоугольниками,

атрибуты – овалами,