Нормализация базы данных: Нормальная форма Бойса-Кодда

Имена Э.Ф. Кодда и Р.Ф. Бойса, двоих из тех, кто внес значительный вклад в разработку модели базы данных, увековечены в названии этой нормальной формы. Э.Ф. Кодд разработал и расширил реляционную модель, а также разработал нормализацию для реляционных моделей в 1970 году, в то время как Р.Ф. Бойс был одним из создателей языка структурированных запросов (тогда называемого SEQUEL).

Несмотря на то, что некоторые ресурсы утверждают обратное, нормальная форма Бойса-Кодда не является тем же, что и 4-я нормальная форма. Давайте рассмотрим пример аномалий данных, которые представлены в 3-й нормальной форме и решаются путем преобразования в нормальную форму Бойса-Кодда, прежде чем определить ее.

Таблица, содержащая данные об отношениях студент-курс-преподаватель

Предположим, что для таблицы выше верно следующее:

• Каждый преподаватель ведет только один курс
• Каждый курс может иметь одного или более преподавателей
• Каждый студент имеет только одного преподавателя на каждый курс
• Каждый студент может изучать один или более курсов

Каким будет ключ? Ни одно из полей само по себе не достаточно для уникальной идентификации записи, поэтому вам нужно использовать два поля. Какие два следует использовать?

Возможно, студент и преподаватель кажутся лучшим выбором, так как это позволит определить курс. Или вы можете использовать студент и курс, что определит преподавателя. На данный момент давайте используем студент и курс в качестве ключа:

Использование студента и курса в качестве ключа

В какой нормальной форме находится эта таблица? Она находится в первой нормальной форме, так как она имеет ключ и нет повторяющихся групп. Она также находится во второй нормальной форме, так как преподаватель зависит от обоих других полей (студенты имеют много курсов, а значит и преподавателей, и курсы имеют много преподавателей). Наконец, она также находится в третьей нормальной форме, так как есть только одно атрибут, не являющееся ключом.

Но все еще есть некоторые аномалии данных. Посмотрите на пример данных ниже:

Дополнительные аномалии данных

Тот факт, что Питер Леон преподает науку, хранится избыточно, как и Кадер Дламини по математике и Нкосизана Асмал по биологии. Проблема в том, что преподаватель определяет курс. Или, иначе, курс определяется преподавателем. Таблица соответствует правилам 3-й нормальной формы, потому что ни один атрибут, не являющийся ключом, не зависит от другого атрибута, не являющегося ключом! Снова, вы используете знакомый метод удаления этого поля и размещения его в другую таблицу вместе с его ключом:

Таблица Студент-Преподаватель после удаления Курса

После удаления поля курс первичный ключ должен включать оба оставшихся поля, чтобы однозначно идентифицировать запись.

Результирующая таблица Преподавателей

Хотя мы выбрали курс в качестве части первичного ключа в исходной таблице, преподаватель определяет курс, поэтому мы делаем его первичным ключом в этой таблице. Как вы видите, проблема избыточности решена.

Таким образом, таблица находится в нормальной форме Бойса-Кодда, если:

• она находится в 3-й нормальной форме
• каждый детерминант является кандидатом в ключ

Это звучит пугающе! Для большинства людей, которые только начинают проектировать базы данных, эти термины новые. Однако, если вы следовали примеру выше, эти термины вскоре станут понятными:

• детерминант — это атрибут, определяющий значение другого атрибута.
• кандидат в ключ — это либо ключ, либо альтернативный ключ (другими словами, атрибут может быть ключом для этой таблицы)

В исходной таблице преподаватель не является кандидатом в ключ (сам по себе он не может однозначно определить запись), но он определяет курс, поэтому таблица не находится в нормальной форме Бойса-Кодда.

Давайте еще раз рассмотрим пример и посмотрим, что произойдет, если вы выберете студента и преподавателя в качестве ключа. В какой нормальной форме находится таблица в этот раз?

Использование студента и преподавателя в качестве ключа

Опять же, она находится в 1-й нормальной форме, потому что существует первичный ключ и нет повторяющихся групп. Однако на этот раз она не находится во 2-й нормальной форме, потому что курс определяется только частью ключа: преподавателем. Удаляя курс и его ключ, преподавателя, вы получаете структуру, показанную ниже:

Удаление курса

Создание новой таблицы с курсом

В любом случае, гарантируя, что таблицы нормализованы до нормальной формы Бойса-Кодда, вы получаете те же две результирующие таблицы. Обычно, когда есть альтернативные поля для выбора ключа, не имеет значения, какие поля вы выбираете первоначально, потому что после нормализации вы получаете одинаковые результаты независимо от выбора.