Нормализация в реляционных базах данных является важным этапом проектирования, который помогает обеспечить эффективность и надежность работы базы данных. Нормализация позволяет устранить избыточность данных, избежать аномалий при вставке, обновлении и удалении записей, а также сохранить целостность данных.
Основной идеей нормализации является разделение данных на несколько таблиц, чтобы каждая таблица содержала только один тип данных и не было повторений информации. В процессе нормализации применяются определенные правила и нормальные формы, такие как первая, вторая, третья, четвертая и пятая нормальная форма.
Примером нормализации может служить база данных для учета сотрудников компании. Изначально все данные о сотрудниках могут храниться в одной таблице. Однако, для достижения лучшей структуры базы данных, данные можно разделить на несколько таблиц – таблица сотрудников, таблица отделов, таблица должностей и т.д.
Цель и принципы нормализации
Первая нормальная форма (1НФ):
Главный принцип первой нормальной формы — организация данных в таблицы с атомарными значениями. Это значит, что каждая ячейка в таблице должна содержать только одно значение, чтобы устранить повторяющиеся данные.
Вторая нормальная форма (2НФ):
Главный принцип второй нормальной формы — устранение частичной зависимости данных. Это достигается путем разделения таблицы на отдельные таблицы, так чтобы каждый столбец зависел только от первичного ключа таблицы.
Третья нормальная форма (3НФ):
Главный принцип третьей нормальной формы — устранение транзитивной зависимости данных. Это значит, что если столбец зависит не только от первичного ключа, но и от других столбцов, он должен быть вынесен в отдельную таблицу.
Цель нормализации данных заключается в создании структуры базы данных, которая обеспечивает эффективное хранение, обновление и поиск данных. Нормализация помогает избежать проблем с целостностью данных и повышает удобство использования базы данных для различных операций.
Преимущества нормализации
Вот некоторые преимущества, которые приносит нормализация:
- Уменьшение избыточности данных. Нормализация позволяет избежать лишней дубликации информации, что в свою очередь приводит к снижению размеров базы данных и более эффективному использованию ресурсов хранения.
- Повышение эффективности обработки данных. Благодаря нормализации можно проводить более эффективные поиск и сортировку данных, так как они хранятся в упорядоченном состоянии.
- Улучшение целостности данных. Нормализация помогает обеспечить целостность данных, так как избегается возможность несогласованного обновления информации в различных местах базы данных.
- Улучшение управляемости базы данных. Благодаря нормализации более просто управлять базой данных, так как изменения в структуре данных требуют внесения изменений только в соответствующие таблицы, а не во всех записях, где эти данные могут быть повторены.
- Увеличение гибкости и масштабируемости. Нормализация позволяет проектировать базу данных таким образом, чтобы она была более гибкой и масштабируемой, что упрощает изменение и расширение функциональности системы в будущем.
В результате, использование нормализации позволяет создать более эффективную и надежную базу данных, которая может быть легко поддерживаема и расширена в долгосрочной перспективе.
Основные нормальные формы
В реляционных базах данных существуют несколько основных нормальных форм, которые позволяют обеспечить корректность данных и минимизировать дублирование информации.
Первая нормальная форма (1НФ): Все атрибуты реляционной таблицы должны быть атомарными, то есть не могут содержать повторяющиеся значения или группы значений. Каждая ячейка таблицы должна содержать только одно значение.
Вторая нормальная форма (2НФ): Таблица находится в 1НФ, и все ее неключевые атрибуты зависят от всего первичного ключа, а не от его частей.
Третья нормальная форма (3НФ): Таблица находится в 2НФ, и все ее неключевые атрибуты не зависят от других неключевых атрибутов, то есть атрибуты не должны определяться друг от друга.
Более высокие нормальные формы: Существуют также более высокие нормальные формы, включая четвертую (4НФ), пятую (5НФ) и так далее. Эти нормальные формы помогают дальнейше снизить избыточность данных и обеспечить более гибкую структуру таблиц.
Важно помнить, что нормализация баз данных является итеративным процессом и может быть применена поэтапно, начиная с 1НФ и продвигаясь к более высоким нормальным формам в зависимости от конкретных требований и структуры данных.
Первая нормальная форма (1НФ)
Для того чтобы база данных соответствовала 1НФ, все атрибуты (столбцы) в таблице должны содержать только неделимые значения, то есть наборы значений должны быть простыми и атомарными.
При проектировании таблицы следует следующим образом применять 1НФ:
- Каждая ячейка (комбинация значений столбца) должна содержать только одно значение.
- Каждая колонка (атрибут) должна иметь уникальное имя.
- Каждая строка (кортеж) должна быть уникальной.
1НФ помогает избежать проблем с множественными значениями и неоднозначностью данных. Она является основой для последующих нормализаций и обеспечивает более легкое управление и манипулирование данными в базе данных.
Вторая нормальная форма (2НФ)
Для выполнения второй нормальной формы таблица должна соответствовать требованиям первой нормальной формы (1НФ) и не должна содержать атрибуты, зависящие от неключевых атрибутов.
Рассмотрим пример для более наглядного объяснения. Представим таблицу employees, которая содержит следующие атрибуты: id (первичный ключ), имя, фамилия и адрес.
Если в этой таблице есть два ключевых атрибута (id и фамилия), и атрибут адрес зависит только от фамилии, то таблица не соответствует 2НФ. В этом случае требуется разбить таблицу на две: employees (с атрибутами id, имя и фамилия) и employee_addresses (с атрибутами фамилия и адрес).
Вторая нормальная форма помогает устранять проблемы связанные с избыточностью данных и обеспечивает эффективность запросов к базе данных. Это важный принцип, который упрощает структуру данных и улучшает её организацию.
Третья нормальная форма (3НФ)
Основной принцип третьей нормальной формы состоит в том, чтобы устранить транзитивные зависимости между атрибутами в таблице. Транзитивная зависимость возникает, когда атрибут зависит от другого атрибута через третий атрибут.
Для примера рассмотрим таблицу «Заказы», которая содержит следующие атрибуты:
| Номер заказа | Дата заказа | Код товара | Наименование товара | Категория товара | Цена товара |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2021-01-01 | 001 | Шуруповерт | Инструменты | 1000 |
| 1 | 2021-01-01 | 002 | Дрель | Инструменты | 1500 |
| 2 | 2021-01-02 | 003 | Футболка | Одежда | 500 |
В данной таблице у нас есть транзитивная зависимость между атрибутами «Категория товара» и «Цена товара». Атрибут «Цена товара» зависит от атрибута «Категория товара» через атрибут «Код товара». Для устранения этой зависимости, требуется разделить таблицу на две: «Товары» и «Категории товаров».
Источники:
1. Шин М. Л. Методология проектирования баз данных. — 4-е изд. — Москва: «Бином-Пресс», 2018. — С. 238-243.