Проектирование БД

Сентябрь 2, 2022

Главная
Алгебра
Проектирование БД

Содержание

2. ВВЕДЕНИЕ Проектирование БД – одна из наиболее ответственных и трудных задач, связанных с созданием информаци-онной системы.
3. 1. Принципы концептуального проектирования БД Процесс проектирования включает в себя следующие этапы: инфологическое проектирование; определение требований
4. 1.1. Этап инфологического проектирования Первой задачей инфологического проекти-рования является определение предметной области системы, позволяющее изучить информационные
5. Такое представление предметной об-ласти – ее инфологическая модель – выражается в терминах не отдельных объектов предметной
6. Наряду с использованием естественного языка проектировщик может также при-менять разнообразные выразительные средства для изображения структуры предметной
7. 1.2. Этап определения требований к операционной обстановке Этот этап предполагает оценку тре-бований к вычислительным ресур-сам, необходимым
8. 1.3. Выбор СУБД Проектировщики БД при выборе ин-струментальных средств (СУБД) ру-ководствуются чаще всего собствен-ными интуитивными экспертными
9. тип модели данных, которую поддерживает выбранная СУБД, ее адекватность потреб-ностям моделирования рассматриваемой предметной области; характеристики производительности
10. 1.4. Этап логического проектирования Этот этап проектирования заключается в создании схемы БД, в разработке ее логической
11. 1.5. Этап физического проектирования Проектирование на физическом уров-не во многом зависит от используе-мой СУБД, зачастую автоматизиро-вано
12. 2. Метод нормальных форм – классический метод проектирования реляционных БД Проектирование БД является одним из этапов
13. 2.1. Функциональная зависимость между атрибутами Определение 1. Атрибут B функцио-нально зависит от атрибута A, если каждому
14. Виды функциональных зависимостей Определение 2. Атрибут C зависит от атрибута A транзитивно, если существует атрибут B
15. Определение 3. В некотором отно-шении атрибут B многозначно зави-сит от атрибута A, если каждому зна-чению атрибута
16. Например, пусть преподаватель ведет несколько дисциплин, и каждая дисци-плина может вестись несколькими преподаватеями. Тогда имеется зави-симость
17. Основной способ определения функцио-нальных зависимостей – внимательный анализ семантики атрибутов. Предлагаем самостоятельно определить вид функциональной зависимости
18. 2.2. Общие сведения о нормальных формах Иногда отношения содержат избы-точное дублирование данных, которое является причиной аномалий
19. Поэтому, если у этого преподавателя изменится значение какого-то атрибута, то этот факт должен быть отражен во
20. Действительно, если изменятся оклады за должность у всех преподавателей, кроме одного, то БД станет противоречивой. Нормализация
21. После того, как выделены все функцио-нальные зависимости, следует проверить их согласованность с данными исходного отношения. Процесс
22. Каждая следующая нормальная форма (НФ) ограничивает определенный тип функциональных зависимостей, устра-няет соответствующие аномалии при выполнении операций
23. 2.3. Первая нормальная форма Отношение R находится в 1НФ, если все его атрибуты являются простыми (имеют
24. 2.4. Декомпозиция без потерь Под декомпозицией без потерь или проецированием без потерь данного отношения понимается такой
25. 2.5. Вторая нормальная форма Отношение R находится во 2НФ, ес-ли каждый его неключевой атрибут функционально полно
26. построить проекцию отношения R без атрибутов, находящихся в частичной функциональной зависи-мости от первичного ключа; построить проекции
27. 2.6. Третья нормальная форма Существует два равносильных опреде-ления 3НФ: Отношение R находится в 3НФ, если каждый
28. 2.7. Третья усиленная нормальная форма Отношение R находится в НФ Бойса-Кодда (БКНФ), если в нем отсутствуют
29. 2.8. Теорема Фейджина В произвольном отношении R(A, B, C) может одновременно существовать многозначная зависимость вида A
30. 2.9. Четвертая нормальная форма Отношение R находится в 4НФ в том и только в том случае,
31. Результатом нормализации всех предыдущих схем является два новых отношения. Иногда это сделать не удается, либо полу-чаемые
32. Введем определение зависимости соединения. Говорят, что отноше-ние R(X, Y, …, Z) удовлетворяет зависимости соединения в том
33. 2.10. Пятая нормальная форма Отношение R находится в 5НФ (или нормальной форме проек-ции-соединения – PJ/NF) в
34. Условия получения пятой нормаль-ной формы весьма нетривиальны и поэтому на практике она использу-ется редко. Обычно ограничиваются
36. Скачать презентацию

Слайд 2

ВВЕДЕНИЕ
Проектирование БД – одна из наиболее ответственных и трудных задач,

связанных с созданием информаци-онной системы. В результате ее решения должны быть определены и содержание БД, и эффективный с точки зрения всего сообщества будущих пользователей способ ее организации, и инструментальные средства управ-ления данными.

Слайд 3

1. Принципы концептуального проектирования БД
Процесс проектирования включает в себя следующие

этапы:
инфологическое проектирование;
определение требований к операционной обстановке;
выбор СУБД;
логическое проектирование;
физическое проектирование.

Слайд 4

1.1. Этап инфологического проектирования
Первой задачей инфологического проекти-рования является определение предметной

области системы, позволяющее изучить информационные потребности будущих пользователей.
Формирование взгляда на предметную область с позиций уже сформировавшегося или потенциального сообщества будущих пользователей БД является второй задачей стадии инфологического проектирования.

Слайд 5

Такое представление предметной об-ласти – ее инфологическая модель – выражается

в терминах не отдельных объектов предметной области и связей между ними, а их типов, связанных с ни-ми ограничений целостности, а также тех процессов, которые приводят к пе-реходу из одного состояния системы в другое. В простейших случаях проек-тировщик БД ограничивается содержа-тельным описанием модели предмет-ной области на естественном языке.

Слайд 6

Наряду с использованием естественного языка проектировщик может также при-менять разнообразные

выразительные средства для изображения структуры предметной области, например, графы, вершинам которых соответствуют типы объектов, а ребрам – типы связей между ними (диаграммы Бахмана, ER-диа-граммы сущностей-связей и др.). Можно также использовать средства автомати-зации проектирования, например, CASE-средства (интерфейс Erwin).

Слайд 7

1.2. Этап определения требований к операционной обстановке
Этот этап предполагает оценку

тре-бований к вычислительным ресур-сам, необходимым для функциониро-вания проектируемой информацион-ной системы, определение типа и конфигурации ЭВМ, на которой она будет функционировать, выбор типа и версии операционной системы.

Слайд 8

1.3. Выбор СУБД
Проектировщики БД при выборе ин-струментальных средств (СУБД) ру-ководствуются

чаще всего собствен-ными интуитивными экспертными оценками требований к выбираемой СУБД по нескольким важным коли-чественным и качественным харак-теристикам. К числу таких характе-ристик относятся:

Слайд 9

тип модели данных, которую поддерживает выбранная СУБД, ее адекватность потреб-ностям

моделирования рассматриваемой предметной области;
характеристики производительности системы;
запас функциональных возможностей выб-ранной СУБД для дальнейшего развития информационной системы;
степень оснащенности СУБД инструментари-ем для персонала администрирования данны-ми;
удобство и надежность СУБД в эксплуатации.

Слайд 10

1.4. Этап логического проектирования
Этот этап проектирования заключается в создании схемы

БД, в разработке ее логической структуры в соответствии с инфологической моделью, в опреде-лении числа и структуры отношений, формировании запросов к БД, опреде-лении типов отчетных документов, разработке алгоритмов обработки ин-формации, создании форм для ввода и редактирования данных в БД.

Слайд 11

1.5. Этап физического проектирования
Проектирование на физическом уров-не во многом

зависит от используе-мой СУБД, зачастую автоматизиро-вано и скрыто от пользователя. В ряде случаев пользователю предо-ставляется возможность настройки отдельных параметров системы, которая обычно не составляет большой проблемы.

Слайд 12

2. Метод нормальных форм – классический метод проектирования реляционных БД
Проектирование

БД является одним из этапов жизненного цикла инфор-мационной системы. Основной задачей в процессе проектирования БД является задача нормализации ее отношений.
Метод нормальных форм основан на фундаментальном в теории реляционных БД понятии зависимости между атри-бутами отношений.

Слайд 13

2.1. Функциональная зависимость между атрибутами
Определение 1. Атрибут B функцио-нально зависит

от атрибута A, если каждому значению атрибута A соот-ветствует в точности одно значение атрибута B.
Обозначение: A → B.
Атрибуты A и B могут быть состав-ными, то есть состоять из двух и более атрибутов.

Слайд 14

Виды функциональных зависимостей
Определение 2. Атрибут C зависит от атрибута A транзитивно,

если существует атрибут B такой, что если
A → B и B → C, то A → C.
Обозначают: A → B → C.
Например, оклад преподавателя транзитивно зависит от его должности (здесь A – фамилия, имя, отчество преподавателя, B – должность, C – оклад).

Слайд 15

Определение 3. В некотором отно-шении атрибут B многозначно зави-сит от

атрибута A, если каждому зна-чению атрибута A соответствует мно-жество значений атрибута B, не свя-занных с другими атрибутами из дан-ного отношения. Многозначные зави-симости могут быть вида 1:M, M:1 и M:M. Обозначения соответственно:
A ⇒ B, A ⇐ B, A ⇔ B.

Слайд 16

Например, пусть преподаватель ведет несколько дисциплин, и каждая дисци-плина может вестись

несколькими преподаватеями. Тогда имеется зави-симость ФИО ⇔ Дисциплина (M:M).
Функциональная зависимость может быть частичной, когда неключевой атрибут за-висит от части составного ключа. Зависи-мость между атрибутами может быть вза-имно однозначной, то есть вида 1:1 (A↔B). Выделяют также взаимно незави-симые атрибуты.

Слайд 17

Основной способ определения функцио-нальных зависимостей – внимательный анализ семантики атрибутов.
Предлагаем самостоятельно

определить вид функциональной зависимости в отно-шении «Преподаватель»:
ФИО - Оклад; ФИО – Должность;
ФИО-Стаж; ФИО – Н_Должность; ФИО – Кафедра; Должность – Н_Должность; ФИО. Дисциплина. Группа – Вид_занятия, где Н_Должность означает надбавку за должность.

Слайд 18

2.2. Общие сведения о нормальных формах
Иногда отношения содержат избы-точное дублирование

данных, которое является причиной аномалий редакти-рования. Различают избыточность явную и неявную.
Например, в отношении «Препода-ватель» кортежи с данными о пре-подавателе, проводящему занятия в нескольких группах, могут повторяться несколько раз.

Слайд 19

Поэтому, если у этого преподавателя изменится значение какого-то атрибута, то этот

факт должен быть отражен во всех кортежах, где он задействован. В противном случае будет иметь место противоречие в данных, что является примером аномалии редактирования, обусловленной явной избыточностью данных.
Неявная избыточность в отношении «Преподаватель» может проявиться в одинаковых окладах у всех препода-вателей и в одинаковых надбавках к окладу за одинаковую должность.

Слайд 20

Действительно, если изменятся оклады за должность у всех преподавателей, кроме одного,

то БД станет противоречивой.
Нормализация отношений и является как раз средством исключения избыточности.
Поскольку зависимость между атрибутами является причинной аномалией, стара-ются провести декомпозицию отношения с зависимостями атрибутов на несколько отношений. В результате образуется со-вокупность связанных отношений с раз-личными видами связей. Таким образом, связи между таблицами отражают зави-симости между атрибутами различных отношений.

Слайд 21

После того, как выделены все функцио-нальные зависимости, следует проверить их согласованность

с данными исходного отношения.
Процесс проектирования БД с использо-ванием метода нормальных форм явля-ется итеративным и заключается в пос-ледовательном переводе отношений из первой нормальной формы в нормальные формы более высокого порядка по определенным правилам.

Слайд 22

Каждая следующая нормальная форма (НФ) ограничивает определенный тип функциональных зависимостей, устра-няет

соответствующие аномалии при выполнении операций над отношениями БД и сохраняет свойства предшест-вующих нормальных форм. Выделяют следующую последовательность нор-мальных форм: 1НФ, 2НФ, 3НФ, уси-ленная 3НФ или нормальная форма Бойса-Кодда (БКНФ), 4НФ и 5НФ.

Слайд 23

2.3. Первая нормальная форма
Отношение R находится в 1НФ, если все

его атрибуты являются простыми (имеют единственное значение).
Исходное отношение строится таким образом, чтобы оно было в 1НФ.

Слайд 24

2.4. Декомпозиция без потерь
Под декомпозицией без потерь или проецированием без

потерь данного отношения понимается такой способ де-композиции этого отношения, при котором оно полностью и без избыточности восста-навливается путем естественного соеди-нения полученных отношений.
Такая декомпозиция должна обеспечивать одинаковый результат запроса к исход-ному отношению и к отношениям, полу-чаемым в результате декомпозиции.

Слайд 25

2.5. Вторая нормальная форма
Отношение R находится во 2НФ, ес-ли каждый

его неключевой атрибут функционально полно зависит от составного первичного ключа.
Для устранения частичной избыточ-ности и перевода отношения R во 2НФ необходимо, используя операцию про-екции, разложить его (то есть произ-вести операцию декомпозиции без по-терь) на несколько отношений следую-щим образом:

Слайд 26

построить проекцию отношения R без атрибутов, находящихся в частичной функциональной зависи-мости

от первичного ключа;
построить проекции на части сос-тавного первичного ключа и атри-буты, зависящие от этих частей.

Слайд 27

2.6. Третья нормальная форма
Существует два равносильных опреде-ления 3НФ:
Отношение R находится

в 3НФ, если каждый его неключевой атрибут не-транзитивно зависит от первичного ключа.
Отношение R находится в 3НФ в том и только в том случае, если все его неключевые атрибуты взаимно неза-висимы и полностью зависят от пер-вичного ключа.

Слайд 28

2.7. Третья усиленная нормальная форма
Отношение R находится в НФ Бойса-Кодда

(БКНФ), если в нем отсутствуют зависимости клю-чей (атрибутов составного клю-ча) от неключевых атрибутов.
При этом, как и в предыдущих определениях нормальных форм, должны сохраняться все свойства предыдущих нормальных форм.

Слайд 29

2.8. Теорема Фейджина
В произвольном отношении R(A, B, C) может одновременно

существовать многозначная зависимость вида A ⇒ B и A ⇒ C (обозначение: A ⇒ B|C).

Переход к 4НФ основывается на теореме Фейджина: отношение R(A, B, C) можно спроецировать без потерь на отно-шения R1(A, B) и R2(A, C) в том и только в том случае, когда суще-ствует зависимость A ⇒ B|C).

Слайд 30

2.9. Четвертая нормальная форма
Отношение R находится в 4НФ в том

и только в том случае, когда существует многозначная зави-симость вида A ⇒ B, а все ос-тальные атрибуты отношения R функционально зависят от атри-бута A.
Заметим, что в общем случае не всякое отношение, находящееся в 4НФ, можно восстановить к исходному отношению.

Слайд 31

Результатом нормализации всех предыдущих схем является два новых отношения. Иногда

это сделать не удается, либо полу-чаемые отношения заведомо имеют нежелательные свойства. В этом случае выполняют деком-позицию исходного отношения на отношения, количество которых больше двух.

Слайд 32

Введем определение зависимости соединения. Говорят, что отноше-ние R(X, Y, …,

Z) удовлетворяет зависимости соединения в том и только в том случае, если R восстанавливается без потерь путем соединения своих проекций на атрибуты X, Y, …, Z.
Зависимость соединения является обобщением функциональной и многозначной зависимостей.

Слайд 33

2.10. Пятая нормальная форма
Отношение R находится в 5НФ (или нормальной

форме проек-ции-соединения – PJ/NF) в том и только в том случае, когда лю-бая зависимость соединения в отношении R следует из суще-ствования некоторого возмож-ного ключа в R.

Слайд 34

Условия получения пятой нормаль-ной формы весьма нетривиальны и поэтому на практике

она использу-ется редко. Обычно ограничиваются структурой БД, соответствующей 3НФ или БКНФ. Поэтому процесс нормализации отношений методом нормальных форм предполагает по-следовательное удаление из исход-ного отношения следующих межат-рибутных зависимостей:

Проектирование БД

Содержание

ВВЕДЕНИЕ Проектирование БД – одна из наиболее ответственных и трудных задач,

1. Принципы концептуального проектирования БД Процесс проектирования включает в себя следующие

1.1. Этап инфологического проектирования Первой задачей инфологического проекти-рования является определение предметной

Такое представление предметной об-ласти – ее инфологическая модель – выражается

Наряду с использованием естественного языка проектировщик может также при-менять разнообразные

1.2. Этап определения требований к операционной обстановке Этот этап предполагает оценку

1.3. Выбор СУБД Проектировщики БД при выборе ин-струментальных средств (СУБД) ру-ководствуются

тип модели данных, которую поддерживает выбранная СУБД, ее адекватность потреб-ностям

1.4. Этап логического проектирования Этот этап проектирования заключается в создании схемы

1.5. Этап физического проектирования Проектирование на физическом уров-не во многом

2. Метод нормальных форм – классический метод проектирования реляционных БД Проектирование

2.1. Функциональная зависимость между атрибутами Определение 1. Атрибут B функцио-нально зависит

Виды функциональных зависимостейОпределение 2. Атрибут C зависит от атрибута A транзитивно,