Презентация Проектирование Баз Данных. Основные понятия Теории Нормализации онлайн

Содержание слайда: ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ Основные понятия теории нормализации

Содержание слайда:

Содержание слайда: Основные понятия теории нормализации Нормализация отношений - это формализованный пошаговый процесс построения оптимальной структуры таблиц и связей в реляционной БД (процесс уменьшения избыточности информации или процесс декомпозиции исходных отношений БД на более простые). Нормальная форма (НФ) - это теоретические правила, которым отвечает схема отношения.

Содержание слайда: Основные свойства нормальных форм: каждая следующая нормальная форма (НФ) в некотором смысле лучше предыдущей; при переходе к следующей НФ свойства предыдущих сохраняются. В теории РБД принято выделять следующую последовательность нормальных форм: первая нормальная форма (1NF); вторая нормальная форма (2NF); третья нормальная форма (3NF); нормальная форма Бойса-Кодда (BCNF); четвертая нормальная форма (4NF); пятая нормальная форма (5NF или PJ/NF);

Содержание слайда: Первая нормальная форма (1НФ) Первая нормальная форма требует, чтобы домены всех атрибутов базы данных содержали только простые неделимые значения, а значением атрибута в кортеже должно быть одно значение из его домена. Или: Каждый атрибут отношения должен содержать атомарные значения.

Содержание слайда: Первая нормальная форма (1НФ) Пример1 . Дано отношение КНИГИ: ID      – первичный ключ ВТ – вычислительная техника; ПО – программное обеспечение; МО – математическое обеспечение; ИИ – искусственный интеллект.

Содержание слайда: Основные понятия теории нормализации

Содержание слайда: Первая нормальная форма (1НФ) Отношение КНИГИ в 1НФ:

Содержание слайда: Прежде чем переходить к рассмотрению 2НФ, необходимо рассмотреть понятия функциональных зависимостей, которые есть в теории нормализации. Определение. Неключевой атрибут - любой атрибут отношения, не входящий в состав никакого ключа (в частности, первичного).

Содержание слайда: Определение 1. Функциональная зависимость (FD) (зависимость между атрибутами отношения)

Содержание слайда: или Пусть R (A1, A2,…, An) – схема отношения, а X и Y – произвольные подмножества множества атрибутов {A1, A2,…, An}. Тогда, в отношении R атрибут Y функционально зависит от атрибута X (или X функционально определяет Y), т.е. X → Y тогда и только тогда, когда каждое значение множества X связано в точности с одним значением множества Y. Вывод. При наличии X→Y любые две записи, содержащие одинаковые значения X, должны включать и совпадающие значения Y. Это ограничение распространяется не только на уже имеющиеся записи, но и на те, которые могут быть добавлены в рассматриваемое отношение.

Содержание слайда: Набор атрибутов К называется суперключом отношения R, если все атрибуты R функционально зависят от К. Набор атрибутов К называется потенциальным (возможным) ключом отношения R, если верно, что: 1. Все атрибуты отношения R функционально зависят от К; 2. Ни один атрибут из набора К не может быть удален без нарушения 1 свойства.

Содержание слайда: Определение 3. Взаимно независимые атрибуты Атрибуты называются взаимно независимыми, если ни один из них не является функционально зависимым от другого. Определение 4. Полная функциональная зависимость Функциональная зависимость X → Y называется полной, если атрибут Y не зависит функционально ни от какого подмножества X, иначе зависимость будет называться частичной. Определение 5. Взаимно однозначная зависимость Если Х → У и У → Х, то существует взаимно однозначная зависимость, которая обозначается Х ↔ У.

Содержание слайда: Определение 6. Транзитивная функциональная зависимость Функциональная зависимость X → Y называется транзитивной, если существует такой атрибут Z, что имеются функциональные зависимости X → Z и Z → Y и отсутствует функциональная зависимость Z → X

Содержание слайда: Вторая нормальная форма (2НФ) Отношение R (A1, A2 ..., An) находится во 2НФ, если оно находится в 1НФ, и нет неключевых атрибутов, зависящих от части составного ключа (каждый неключевой атрибут зависит от всего первичного ключа ) или если оно находится в 1НФ и каждый неключевой атрибут функционально полно зависит от всего составного ключа. Для перевода отношения во 2НФ необходимо, используя операцию проекции, разложить его на несколько отношений следующим образом: 1) построить проекцию отношения без атрибутов, находящихся в частичной ФЗ от первичного ключа; 2) построить проекции на части составного ключа и атрибуты, зависящие от этих частей.

Содержание слайда: Третья нормальная форма (3НФ) Отношение находится в 3НФ, если оно находится во 2НФ, и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа. или Отношение находится в 3НФ в том и только том случае, если все неключевые атрибуты отношения взаимно независимы и полностью зависят от всего первичного ключа.

Содержание слайда: Нормальная форма Бойса-Кодда (BCNF) Определение. Детерминант ФЗ - минимальная группа атрибутов, от которой зависит некоторый другой атрибут или группа атрибутов, причем эта зависимость - нетривиальная. Отношение находится в НФБК, если каждый его детерминант является потенциальным ключом.

Содержание слайда: Нормальная форма Бойса-Кодда (BCNF) Приведение к НФБК. Если имеются отношения, содержащие несколько потенциальных ключей, то необходимо проверить, имеются ли функциональные зависимости, детерминанты которых не являются потенциальными ключами. Если такие функциональные зависимости имеются, то необходимо провести дальнейшую декомпозицию отношений: атрибуты, которые зависят от детерминантов, не являющихся потенциаль-ными ключами, выносятся в отдельное отношение вместе с детерминантами.

Содержание слайда: Многозначные зависимости Многозначная зависимость (MDV) подразумевает, что два атрибута (или два множества атрибутов) независимы друг от друга. Многозначная зависимость возникает между атрибутами кортежей отношения в ситуации, когда отношение пытается представить более одной связи типа ―многие ко многим.

Содержание слайда: Многозначные зависимости Многозначность присутствует в тех отношениях, где моделируются связи типа 1:М. Определение. В отношении R(X,Y,Z) существует многозначная зависимость X→→Y в том и только в том случае, если множество значений Y, соответствующее паре значений X и Z, зависит только от X и не зависит от Z. Многозначная зависимость X→→Y называется нетривиальной, если не существует функциональных зависимостей X→Y и X→Z.

Содержание слайда: Многозначные зависимости Следствие. Наличие многозначной зависимости X→→Y означает, что если 2 кортежа совпадают в части X, то можно обменять значения компонентов из Y между собой (при этом оставив нетронутыми оставшиеся атрибуты Z) и получить кортежи из того же отношения.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Четвертая нормальная форма (4NF)

Содержание слайда: Многозначные зависимости Дальнейшая нормализация отношений основывается на теореме Фейджина: Отношение R (X, Y, Z) можно спроецировать без потерь в отношения R1 (X, Y) и R2 (X, Z) в том и только в том случае, когда существует X→→Y│Z. Под проецированием без потерь понимается такой способ декомпозиции отношения, при котором исходное отношение полностью и без избыточности восстанавливается путем естественного соединения полученных отношений.

Содержание слайда: Четвертая нормальная форма (4NF) Определение. Отношение находится в 4НФ, если оно находится в 3НФ, и в нём отсутствуют нетривиальные много-значные зависимости. Для того чтобы привести отношение к 4НФ, нужно построить две или более проекции исходного отношения, каждая из которых содержит ключ и одну из многозначных зависимостей.

Содержание слайда: Соотношение между НФБК и многозначной зависимостью: Соотношение между НФБК и многозначной зависимостью: Всякая функциональная зависимость есть частный случай многозначной зависимости; Поэтому, если отношение в 4НФ, то оно и в НФБК; Но отношение может быть в НФБК, но не быть в 4НФ. Если отношение не в 4НФ, то его можно декомпозировать, пользуясь теми же приемами, что и для НФБК.

Содержание слайда: Полное множество функциональных зависимостей Заданное множество ФЗ для отношения R обозначается F. Полное множество функциональных зависимостей, которые можно логически получить из F, называется замыканием F и обозначается F+. Если множество функциональных зависимостей F совпадает с замыканием F+, то оно называется полным.

Содержание слайда: АКСИОМЫ АРМСТРОНГА Аксиома рефлексивности. Если Y входит в X, а X входит в U (Y⊆X⊆U), то ФЗ X→Y логически следует из F. Аксиома пополнения. Если X → Y и Z есть подмножество U, то XZ → YZ. Аксиома транзитивности. Если X → Y и Y → Z, то X → Z.

Содержание слайда: ПРАВИЛА ВЫВОДА ФЗ Правило самоопределения. X → Х Правило объединения. Если X → Y и X → Z, то X → YZ. Правило псевдотранзитивности. Если X → Y и W∪Y → Z, то X∪W → Z. Правило композиции. Если X → Y и Z → W, то XW → YW. Правило декомпозиции. Если X → Y Z, то X → Y и X → Z .

Содержание слайда: Пятая нормальная форма (5NF) Зависимость соединения *(X,Y,...,Z) называется тривиальной, если выполняется одно из условий: Либо все множества атрибутов (X,Y,...,Z) содержат потенциальный ключ отношения R. Либо одно из множеств атрибутов совпадает со множеством всех атрибутов отношения R. Теорема Фейджина. Отношение R(X,Y,Z) удовлетворяет зависимости соединения *(XY, XZ) тогда и только тогда, когда имеется многозначная зависимость

Содержание слайда: Пятая нормальная форма (5NF) Зависимость соединения является обобщением как многозначной, так и функциональной зависимости. Отношение находится в 5НФ тогда и только тогда, когда любая имеющаяся зависимость соединения является тривиальной.

Содержание слайда: ВЫВОДЫ: Декомпозиция – это разделение отношения на две или более таблицы с целью устранения аномалий: Аномалия обновления – противоречивость данных, связанная с избыточностью и частичным обновлением. Аномалии удаления – непреднамеренная потеря данных в связи с удалением других данных. Аномалии ввода – это невозможность ввести данные в таблицу ввиду отсутствия других данных.

Содержание слайда: Выводы: Нормализация устраняет следующие типы функциональных зависимостей: 2НФ — частичные зависимости неключевых атрибутов от ключевых; ЗНФ — транзитивные зависимости неключевых атрибутов от ключевых; Усиленная ЗНФ (НФБК) — зависимости ключей от неключевых атрибутов; 4НФ — многозначные зависимости в ключевых атрибутах; 5НФ — нетривиальные зависимости соединения.

Содержание слайда: Основные правила процедуры нормализации, применяемые к данным в информационной системе 1. Отношение в 1НФ следует разбить на проекции для исключения частичных функциональных зависимостей. В результате должен быть получен набор отношений во 2НФ. 2. Отношения во 2НФ следует разбить на проекции для исключения транзитивных зависимостей между неключевыми атрибутами. В результате должен быть получен набор отношений в 3НФ. 3. Отношения в 3НФ следует разбить на проекции для исключения любых оставшихся функциональных зависимостей, в которых детерминанты не являются потенциальным ключом. В результате должен быть получен набор отношений в НФБК.

Содержание слайда: Основные правила процедуры нормализации, применяемые к данным в информационной системе 4. Отношения в НФБК следует разбить на проекции для исключения любых многозначных зависимостей, которые не являются функциональными. В результате должен быть получен набор отношений в 4НФ. (На практике многозначные зависимости, воспринимающиеся как повторяющиеся группы, исключаются из исходного отношения до выполнения этапов 1 - 3). 5. Отношения в 4НФ следует разбить на проекции для исключения любых зависимостей соединения, если их удается распознать в отношении. В результате должен быть получен набор отношений в 5НФ.

Содержание слайда: Проектирование баз данных на основе нормальных форм Пример.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Многомерные базы данных

Содержание слайда: OLAP: Основные понятия

Содержание слайда: OLAP: Основные понятия

Содержание слайда: OLAP: Основные понятия

Содержание слайда: Проблемы анализа накопленной информации:

Содержание слайда: Многомерные базы. Хранилища данных.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Многомерная модель данных

Содержание слайда: Многомерный куб данных

Содержание слайда: Многомерная модель данных. OLAP – куб. Куб – это хранилище фактов.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: OLAP: Основные понятия

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Пример.Трехмерное представление данных о продажах

Содержание слайда: Схема «звезда» для хранилища данных

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: