4.1.4. Вторая и третья нормальные формы. Нормальная форма Бойса- Кодда.

При разработке БД и информационных систем важно не просто обеспечить возможность хранения и обработки определенных данных, а обеспечить максимальную эффективность этого процесса. В рамках реляционной модели удалось создать теорию нормализации, помогающую в решении этой наиважнейшей задачей. Под нормализацией понимают дробление некоторых отношений в БД с целью повышения эффективности хранения данных и их обработки. Каждый новый уровень нормальной формы требует соблюдения некоторых дополнительных условий. Определение отношения в первой нормальной форме дано в 4.1.
Понятие об отношении (таблице) во второй НФ связано с понятием неполной зависимости. Пусть отношение R имеет составной первичный ключ. Говорят, что атрибут A не полностью зависит от первичного ключа, если значение этого атрибута можно однозначно определить по некоторому нетривиальному подмножеству (не включающему все элементы) атрибутов первичного ключа.
Определение. Отношение R называется отношением, заданным во второй нормальной форме (2НФ), если оно является отношением, заданным в первой нормальной форме, и если каждый атрибут в нем полностью зависит от первичного ключа.

Приведем пример. Пусть имеется таблица ПОСТАВКИ с составным первич­ным ключом (Номер поставщика, номер партии товара), а также атрибутами «све­дения о поставщике» и «цена». Здесь атрибут «цена» зависит от всего первичного ключа, а атрибут «сведения о поставщике» только от его части - атрибута «ном ер поставки». Действительно, сведения о поставщике однозначно идентифицируют­ся по его номеру.

Выполним теперь расщепление отношения поставки следующим образом:

Например, заменяем

Как видим для перехода к второй нормальной форме достаточно простого расщепления отношения. При этом в одной из таблиц количество атрибутов в первичном ключе уменьшается.
Сделаем три замечания.
A) Смысл приведения к второй нормальной форме, как видно из примера, состоит в том чтобы избавиться от необходимости дублирования данных (в данном случае сведений о поставщике при занесении информации о каждой новой партии товара), иногда говорят — избавиться от аномалий в БД.
B) Очевидно, что в случае, если первичный ключ отношения является простым, то отношение автоматически задано во второй нормальной форме. В частности, такая ситуация возникает при инфологическом моделировании в ER-модели и использовании правил трансформации из пункта 4.1.2.
C) Из пункта B следует что обеспечить выполнение условий второй нормальной формы можно и без расщепления отношений путем введения искусственного однозначного первичного ключа. Но этот путь на практике не рекомендуется, так как проблема дублирования данных в этом случае сохранится. Более того, в этом случае, как будет показано ниже, будет автоматически нарушено условие третьей нормальной формы.
Вообще говоря, рекомендуется добиваться, чтобы условие второй нормальной формы выполнялось независимо от того, какой из минимальных (по кол-ву атрибутов) неизбыточных ключей выбран в качестве первичного ключа. Это позволит избежать проблем.
Понятие об отношениях в третьей нормальной форме связано с понятием транзитивных зависимостей.
Определение. Говорят, что имеет место транзитивная зависимость атрибута A, если он однозначно зависит от атрибута B, не являющегося ключом или частью первичного ключа (этот неключевой атрибут, естественно, зависит от первичного ключа).
Определение. Отношение R называется отношением, заданным в третьей нормальной форме (3НФ), если оно задано во второй нормальной форме и если в нем отсутствуют транзитивные зависимости атрибутов, не являющихся частью первичного ключа.
Рассмотрим пример. Имеем таблицу РАБОТА_НАД_ПРОЕКТАМИ. Здесь атрибут «ФИО служащего» является первичным ключом, а атрибут «дата окончания» однозначно зависит от атрибута «номер проекта».
 

Выполним расщепление следующим образом

Таким образом, мы видим, что нарушается условие 3НФ. Добиваемся выполнения условий и приходим к практически тому же расщеплению.

Таким образом, добавление нового искусственного первичного ключа не отменяет расщепления таблицы при дальнейшей нормализации.
Обратим внимание на то, что третья нормальная форма запрещает транзитивные зависимости атрибутов, не входящие в первичный ключ. Однако, транзитивно зависеть могут отдельные компоненты составных первичных ключей.
Пример.
Дано отношение Курсы (номер_группы, ФИО_преподавателя, название кур-
са, дата_начала, дата_окончания).
 

Пример.
Курсы Ключи «Номер группы», «Название курса»