ITBlog

1. dlaczego 3NF/BCNF to nie koniec? problem zależności wielowartościowych

Osiągnięcie Trzeciej Postaci Normalnej (3NF) lub jej rygorystyczniejszej wersji, BCNF, eliminuje anomalie wynikające z zależności funkcyjnych. Jednak istnieje jeszcze jeden, bardziej subtelny rodzaj zależności, który może prowadzić do redundancji: zależność wielowartościowa (ang. Multivalued Dependency, MVD).

Definicja Zależności Wielowartościowej (MVD): W relacji R, mówimy, że zachodzi MVD X →→ Y (X wielowartościowo determinuje Y), jeśli dla danej wartości X istnieje dobrze zdefiniowany zbiór wartości Y, a ten zbiór jest niezależny od pozostałych atrybutów w relacji.

Problem pojawia się, gdy w jednej tabeli próbujemy opisać dwa lub więcej niezależnych faktów wielowartościowych o tej samej encji. Aby zachować spójność, baza danych jest zmuszona do tworzenia wszystkich możliwych kombinacji tych faktów, co prowadzi do eksplozji liczby wierszy i poważnej redundancji.

Definicja 4NF: Relacja jest w Czwartej Postaci Normalnej (4NF) wtedy i tylko wtedy, gdy jest w BCNF i nie zawiera żadnych nietrywialnych zależności wielowartościowych.

2. identyfikacja zależności wielowartościowych – studium przypadku

Wyobraźmy sobie bazę danych dla pizzerii. Chcemy przechowywać informacje o tym, jakie rodzaje pizzy oferuje dana pizzeria, oraz na jakie dzielnice realizuje dostawy.

Analiza:

• Kluczem głównym jest {Nazwa_Pizzerii, Rodzaj_Pizzy, Dzielnica_Dostawy}. Tabela jest w BCNF, ponieważ nie ma żadnych zależności funkcyjnych (wszystkie atrybuty są częścią klucza).
• Jednakże, rodzaj pizzy oferowany przez pizzerię jest faktem niezależnym od dzielnicy dostawy.
• Mamy tu dwie zależności wielowartościowe:
  • Nazwa_Pizzerii →→ Rodzaj_Pizzy
  • Nazwa_Pizzerii →→ Dzielnica_Dostawy

Aby zapisać fakt, że „Pizza Hut” oferuje Margheritę i Pepperoni oraz dostarcza na Śródmieście i Mokotów, musimy stworzyć 2 * 2 = 4 wiersze. To jest źródło problemu.

Anomalie w tabeli naruszającej 4NF:

• Anomalia wstawiania: Jeśli „Pizza Hut” zacznie oferować nową pizzę „Capricciosa”, musimy dodać dwa nowe wiersze: jeden dla Śródmieścia i jeden dla Mokotowa.
• Anomalia usuwania: Jeśli „Pizza Hut” przestanie dostarczać na Mokotów, musimy usunąć dwa wiersze. Jeśli przez pomyłkę usuniemy tylko wiersz (Pizza Hut, Margherita, Mokotów), nasza baza danych będzie w niespójnym stanie.
• Anomalia modyfikacji: Modyfikacje są również problematyczne i wymagają aktualizacji wielu rekordów.

3. proces dekompozycji do 4NF

Rozwiązaniem jest dekompozycja tabeli na mniejsze, tak aby każda z nich przechowywała tylko jeden, niezależny fakt wielowartościowy.

1. Tworzymy nową tabelę dla każdej zależności wielowartościowej.
2. Każda nowa tabela zawiera determinant (w naszym przypadku Nazwa_Pizzerii) oraz jeden z atrybutów wielowartościowych.

Wynik dekompozycji:

Po dekompozycji, aby dodać nową pizzę do oferty „Pizza Hut”, wystarczy dodać jeden wiersz do tabeli Oferta_Pizzy. Redundancja i anomalie zostały wyeliminowane.

4. podsumowanie i znaczenie 4NF

Czwarta Postać Normalna (4NF) jest ważnym narzędziem do projektowania baz danych, które muszą przechowywać złożone, wieloaspektowe informacje o encjach. Chociaż przypadki naruszenia 4NF są rzadsze niż naruszenia 3NF, ich identyfikacja i rozwiązanie są kluczowe dla uniknięcia problemów z integralnością danych.

Kluczowa zasada: Nie przechowuj w jednej tabeli dwóch lub więcej niezależnych, wielowartościowych faktów o tej samej encji. Zamiast tego, utwórz osobną tabelę dla każdego takiego faktu.

Normalizacja do 4NF zapewnia, że struktura bazy danych jest semantycznie czysta, a każda tabela reprezentuje jeden, spójny koncept, co ułatwia zarządzanie danymi i zapobiega błędom w przyszłości.