Лекция 4. Проектирование баз данных

Процесс, в ходе которого решается, какой вид будет у вновь создаваемой базы данных, называется проектированием базы данных (database design). Работа по проектированию базы данных включает выбор:

• таблиц, которые будут входить в базу данных,

• столбцов, принадлежащих каждой таблице,

• взаимосвязей между таблицами и столбцами.

Конструирование базы данных связано с построением ее логической структуры. В реляционной модели логическая структура базы абсолютно не зависит от ее физической структуры и способа хранения. Логическая структура также не определяется тем, что видит у себя на экране конечный пользователь (это могут быть виртуальные таблицы, созданные разработчиком или прикладными программами).

Часто при обсуждении вопросов проектирования реляционных баз данных почти все внимание уделяется применению правил нормализации. В ходе нормализации обеспечивается защита целостности данных путем устранения дублирования данных. В результате таблица, которая первоначально казалась «имеющей смысл», разбивается на две или более связанных таблиц, которые могут быть «собраны вместе» с помощью операции объединения. Этот процесс называется декомпозицией без потерь (non-loss decomposition) и просто означает разделение таблицы на несколько меньших таблиц без потери информации. Нормализация наиболее полезна для проверки созданной вами структуры.

Вообще говоря, нормализация — это набор стандартов проектирования данных, называемых нормальным и формами (normal forms). Создание таблиц в соответствии с этими стандартами называется нормализацией. Нормальные формы изменяются в порядке от первой до пятой. Каждая последующая форма удовлетворяет требования предыдущей. Если следовать первому правилу нормализации, то данные будут представлены в первой нормальной форме. Если данные удовлетворяют третьему правилу нормализации, они будут находиться в третьей нормальной форме (а также в первой и второй формах).

Выполнение правил нормализации обычно приводит к разделению таблиц на две или больше таблиц с меньшим числом столбцов, выделению отношений первичный ключ - внешний ключ в меньшие таблицы, которые снова могут быть соединены с помощью операции объединения.

Одним из основных результатов разделения таблиц в соответствии с правилами нормализации является уменьшение избыточности данных в таблицах. При этом в базе возможно возникновение одинаковых столбцов первичных и внешних ключей.

Первая нормальная форма требует, чтобы на любом пересечении строки и столбца находилось единственное значение, которое должно быть атомарным. Кроме того, в таблице, удовлетворяющей первой нормальной форме, не должно быть повторяющихся групп.

Второе правило нормализации требует, чтобы любой не ключевой столбец зависел от всего первичного ключа. Следовательно, таблица не должна содержать не ключевых столбцов, зависящих только от части составного первичного ключа. Представление таблицы во второй нормальной форме требует, чтобы все столбцы, не являющиеся первичными ключами (столбцы, описывающие объект, но однозначно не идентифицирующие его), зависели от всего первичного ключа, а не от его отдельных компонентов.

Третья нормальная форма повышает требования второй нормальной формы: она не ограничивается составными первичными ключами. Третья нормальная форма требует, чтобы ни один не ключевой столбец не зависел от другого не ключевого столбца. Любой не ключевой столбец должен зависеть только от столбца первичного ключа.

Четвертая нормальная форма запрещает независимые отношения типа один-ко-многим между ключевыми и не ключевыми столбцами. В качестве примера рассмотрим несколько надуманный пример: с каждым заказчиком может работать несколько кураторов и несколько курьеров, но между кураторами и курьерами нет абсолютно никакой связи, хотя они естественным образом связаны с заказчиком.

Помещение этой разнородной информации в одну таблицу может привести к появлению в ней пустых мест, так как курьеров может быть больше, чем кураторов. Удаление данных о курьерах или кураторах также может привести к появлению пустых мест. Проблема здесь состоит в кажущемся существовании зависимости между курьерами и кураторами, так как эти данные могут размещаться рядом в одной строке. Лучше было бы поместить их в разные таблицы и связать с заказчиком посредством внешнего ключа.

Пятая нормальная форма доводит весь процесс нормализации до логического конца, разбивая таблицы на минимально возможные части для устранения в них всей избыточности данных. Нормализованные таким образом таблицы обычно содержат минимальное количество информации, помимо первичного ключа.