Corso Di Basi Di Dati 05 Normalizzazione

Corso di Basi di Dati e Laboratorio

NORMALIZZAZIONE DI
SCHEMI RELAZIONALI
Prof. Silvana Castano

A.A. 2005/2006 Basi di Dati e Laboratorio 1

LE FORME NORMALI

• Per scegliere fra i vari schemi che possono
modellare uno stesso frammento di realtà,
quello ‘ottimo’
• Il criterio di ottimalità, oggetto delle forme
normali, è legato alla capacità dello
schema di evitare il verificarsi di un certo
numero di anomalie di comportamento a
fronte di operazioni sui dati


ESEMPIO – MODULO ORDINE

Data: 1/10/03 Nr-Ordine : 10
Nr-Fornitore: 67
NomeFornitore: Rossi
Indir.Fornitore: Milano
Fornitura:

Nr-Prodotto Descrizione Prezzo Quantità Totale
010 Televisore 800 1 800
060 Lavatrice 900 2 1800
Prezzo totale 2600


PRIMA FORMA NORMALE
• Prima forma normale (1NF)
Uno schema di relazione R è in ‘prima forma normale’
se non contiene attributi strutturati e/o valori multipli.

• Il modulo d’ordine contiene un gruppo di attributi a valori
multipli violazione


NORMALIZZAZIONE
• Normalizzazione (rimedio): formare nuove
relazioni per ogni attributo non-atomico
ORDINE-FORNITORE(NrOrd, Data, NrForn, Nome-
Forn, Ind-Forn, Prezzo-Tot-Ord)

ORDINE-PRODOTTO(NrOrd, NrPr, Descr-Pr, Prezzo-
Pr, Quant-Pr, Prezzo-Tot-Pr)


RIDONDANZA
• I dati relativi ad un fornitore sono ripetuti in ogni ennupla
contenente un ordine per quel fornitore
• I dati relativi ad un prodotto sono ripetuti in ogni ennupla
contente un ordine per quel prodotto

• Fonte di anomalie (il diffondersi di una modifica oltre il
suo campo di azione per la presenza di dipendenze
implicite tra i dati)


RIDONDANZA - ESEMPIO
NrOrd NrPr Descr-Pr Prezzo-Pr Quant-Pr Prezzo-Tot-Pr

10 1 Monitor 100 2 200

20 1 Monitor 100 10 1000

30 1 Monitor 100 4 400

40 2 Tastiera 70 1 70

50 2 Tastiera 70 2 70

60 3 Mouse 20 5 100

70 3 Mouse 20 10 200


ANOMALIE
• AGGIORNAMENTO: se cambiano le informazioni su un
prodotto o su un fornitore, devono essere aggiornate più
ennuple

• INSERIMENTO: non è possibile inserire informazioni su
un prodotto o un fornitore se non c’è un ordine per quel
prodotto o fornitore

• CANCELLAZIONE: l’eliminazione degli ordini relativi a
un prodotto o fornitore causa la perdita di informazioni su
quel prodotto o fornitore


ANOMALIE

• In generale il verificarsi di anomalie è
dovuto al fatto di avere rappresentato in
un’unica relazione concetti diversi che
interessano anche individualmente


ESEMPIO DI ELIMINAZIONE DI ANOMALIA

• Spezzare la relazione ORDINE-
PRODOTTO in:

PRODOTTO(N-Pr, Descr-Pr, Prezzo-Pr)
PR-IN-ORD(NrOrd,NrPr, Quant-Pr, Prezzo-Tot-Pr)


SOLUZIONE FORMALE
• Dipendenza Funzionale (FD), vincolo di integrità a
livello di schema
• Dati due insiemi di attributi A e B di R, A determina
funzionalmente B, A B se per ogni coppia di tuple t1 e
t2 in R, con t1[A]=t2[A] si deve avere t1[B]=t2[B]

• Esempio, in ORDINE-PRODOTTO:
• NrPr Descr-Pr, Prez-Pr
• NrOrd, NrPr Quant-Pr, Prezzo-Tot-Pr
• A: parte sinistra della dipendenza
• B: parte destra della dipendenza


NORMALIZZAZIONE
• Processo di analisi degli schemi di relazione forniti,
basato sulle loro dipendenze funzionali e sulle chiavi
primarie per raggiungere le proprietà desiderate di:
– minimizzazione della ridondanza
– minimizzazione delle anomalie


NORMALIZZAZIONE
• Input al processo di normalizzazione
– relazioni con chiave primaria designata
– insieme di FD per ogni relazione
• Obiettivo: effettuare i test di forma normale sugli
schemi di relazione in input
• Output: decomposizione di schemi di relazione che
non verificano ai test di forma normale in schemi più
piccoli, che soddisfano i test e possiedono le
proprietà desiderate


SECONDA FORMA NORMALE
• Uno schema di relazione R(X) è in 2NF se:
– 1NF
– ogni attributo non chiave di R(X) dipende
funzionalmente e completamente dalla chiave
primaria di R(X)

• In altri termini, la 2NF impone che per le relazioni in cui la
chiave primaria contiene più attributi, non ci siano attributi
non-chiave funzionalmente dipendenti da una parte della
chiave primaria


SECONDA FORMA NORMALE
Normalizzazione (rimedio)
• Decomporre e preparare una nuova relazione per ogni
chiave parziale con i suoi attributi dipendenti
• Assicurarsi di mantenere una relazione con la chiave
primaria originale e tutti gli attributi funzionalmente
dipendenti in modo completo da essa


ESEMPIO
ORDINE-PRODOTTO(NrOrd, NrPr, Descr-Pr, Prezzo-Pr,
Quant-Pr, Prezzo-Tot-Pr)
– d1: NrPr Descr-Pr, Prez-Pr
– d2: NrOrd, NrPr Quant-Pr, Prezzo-Tot-Pr

PRODOTTO(N-Pr, Descr-Pr, Prezzo-Pr)
PR-IN-ORD(NrOrd,NrPr, Quant-Pr, Prezzo-Tot-Pr)


ESEMPIO DI ELIMINAZIONE DI ANOMALIE

ORDINE-FORNITORE(NrOrd, Data, NrForn,
Nome-Forn, Ind-Forn, Prezzo-Tot-Ord)
– è in 2NF, ma presenta ancora anomalie

Spezzare ORDINE-FORNITORE in:
• FORNITORE(NrForn, Nome-Forn, Indir-Forn)
• ORDINE(NrOrd, Data, N-Forn, Prezzo-Tot-Ord)

• Occorre esaminare altre possibili dipendenze


SOLUZIONE FORMALE
Dipendenza Funzionale Transitiva
• B dipende transitivamente da A in R se esiste un
altro insieme di attributi Z di R tale che:
• A Z
• Z B
dove Z non è né una chiave candidata né un
sottoinsieme di una chiave di R
• In base a queste dipendenze, A B


TERZA FORMA NORMALE
• Uno schema di relazione R(X) è in terza forma
normale 3NF se:
– 2NF
– ogni attributo non-chiave di R(X) è dipendente in
modo non transitivo dalla chiave primaria di R(X)

• La relazione non deve avere un attributo non-chiave
determinato funzionalmente da un altro attributo non-
chiave (o da un insieme). Ovvero, non deve esserci
nessuna dipendenza transitiva di un attributo non-chiave
dalla chiave primaria
• Con la 3NF, ogni attributo non-chiave non dipende né
parzialmente né transitivamente dalla chiave primaria


TERZA FORMA NORMALE

Normalizzazione (rimedio)
• Decomporre e preparare una nuova relazione
che comprenda gli attributi non-chiave che
determinano funzionalmente altri attributi non-
chiave


ESEMPIO
ORDINE-FORNITORE(NrOrd, Data, NrForn,
Nome-Forn, Ind-Forn, Prezzo-Tot-Ord)
– NrOrd NrForn, Nome-Forn, Ind-Forn, Data,
Prezzo-Tot-Ord
– NrForn Nome-Forn, Ind-Forn

FORNITORE(NrForn, Nome-Forn, Indir-Forn)
ORDINE(NrOrd, Data, N-Forn, Prezzo-Tot-Ord)


FORMA NORMALE DI BOYCE-CODD

• Abbiamo analizzato dipendenze relative ad
attributi non chiave, verificando che essi siano
completamente dipendenti dalle chiavi e tra loro
indipendenti
• Possono esserci dipendenze tra attributi chiave e
non-chiave, fonti di anomalie


ESEMPIO
ESAME(Corso,DataEsame, Docente)
In cui vale la FD
d1: Corso, DataEsame Docente
d2: Docente Corso
(ovvero ogni docente tiene un solo corso)

La relazione è in 3NF tuttavia:
• Non si può inserire l’informazione relativa al corso tenuto
da un docente se non è stato fatto almeno un esame
• L’informazione relativa al corso tenuto da un docente è
ripetuta per ogni esame



• Uno schema di relazione R(X) è in forma
normale di Boyce-Codd (BCNF) se per ogni
dipendenza A B (dove B non è un
sottoinsieme di A), l’insieme di attributi A
contiene una chiave per R, cioè è superchiave



La decomposizione dello schema non è immediata
1. (DataEsame, Docente) e (Corso, DataEsame)
2. (Docente, Corso) e (Corso, DataEsame)
3. (Docente, Corso) e (Docente, DataEsame)

Osserviamo che:
• Tutte le decomposizioni perdono la dipendenza d1
• La decomposizione preferibile è la terza, perchè non
genera tuple spurie dopo un join (cioè è senza perdita)


PROPRIETA’ DECOMPOSIZIONI

Il procedimento di decomposizione:
– Non deve causare perdita di informazioni
Si può ricostruire la relazione non normalizzata sulla
base delle relazioni in forma normale ottenute dal
processo di decomposizione senza informazioni
spurie
– Deve conservare le dipendenze
Le relazioni decomposte hanno la capacità di
rappresentare gli stessi vincoli di integrità definiti sulla
relazione originaria


DECOMPOSIZIONE SENZA PERDITA

Impiegato Progetto Sede
Rossi Marte Roma
Verdi Giove Milano
Verdi Venere Milano
Neri Saturno Milano
Neri Venere Milano

Tale relazione soddisfa alle seguenti dipendenze funzionali:
– Impiegato Sede
(ogni impiegato opera presso un’unica sede)
– Progetto Sede
(ogni progetto è sviluppato presso un’unica sede)



• La decomposizione porta alle seguenti relazioni:
Impiegato Sede Progetto Sede
Rossi Roma Marte Roma
Verdi Milano Giove Milano
Neri Milano Venere Milano
Saturno Milano
• Per ricostruire le informazioni della relazione originaria
(partecipazione di impiegati a progetti) occorre fare il join
naturale sull’attributo Sede delle due relazioni ottenute
per decomposizione (relazioni proiezione)



• Il risultato del join è il seguente:
Impiegato Progetto Sede
Rossi Marte Roma
Verdi Giove Milano
Verdi Saturno Milano
Verdi Venere Milano
Neri Giove Milano
Neri Saturno Milano
Neri Venere Milano



• Non si riesce a ricostruire TUTTE E SOLE le
informazioni della relazione originaria
• Ci sono delle tuple spurie per effetto del join
• Una relazione R definita su un insieme X= X1 ∪
X2 di attributi si decompone senza perdita su
X1 e X2 se il join delle due proiezioni R1 e R2 è
uguale a R stessa (cioè non contiene tuple
spurie)



• Sia R relazione su X e siano X1 e X2
sottoinsiemi di X tali che X1 ∪ X2 = X. Sia X0=
X1∩ X2
• Se R soddisfa la dipendenza funzionale X0 X1
oppure X0 X2 allora R si decompone senza
perdita su X1, X2
• In altre parole, una relazione R si decompone
senza perdita su due relazioni se l’insieme degli
attributi comuni alle due relazioni è chiave per
almeno una delle due relazioni decomposte



• Una decomposizione senza perdita per la nostra
relazione R potrebbe essere la seguente

Impiegato Sede Impiegato Progetto
Rossi Roma Rossi Marte
Verdi Milano Verdi Giove
Neri Milano Verdi Venere
Neri Saturno
Neri Venere


CONSERVAZIONE DELLE DIPENDENZE

• Consideriamo la decomposizione senza perdita
precedente
• Si supponga di voler inserire una nuova tupla
che specifica la partecipazione di Neri, che opera
a Milano, al progetto Marte. Nella relazione R
tale aggiornamento sarebbe considerato illecito,
perché viola la dipendenza funzionale
Progetto Sede



• Sulle relazioni decomposte invece non è possibile
rilevare la violazione, perché non è possibile effettuare
alcuna verifica sulla dipendenza Progetto Sede, in
quanto i due attributi sono stati separati in due relazioni
diverse
• Quindi, in ogni decomposizione è bene che ciascuna
dipendenza dello schema originario coinvolga attributi
che compaiono tutti insieme in uno degli schemi
decomposti (decomposizione che conserva le
dipendenze). Così lo schema decomposto garantisce il
soddisfacimento degli stessi vincoli soddisfatti dallo
schema originario



• Decomposizione senza perdita
Garantisce che le informazioni nella relazione originaria
siano ricostruibili con precisione (senza informazioni
spurie) a partire da quelle rappresentate nelle relazioni
decomposte. Interrogazioni su relazioni decomposte
producono gli stessi risultati che si otterrebbero
interrogando la relazione originaria
• Conservazione delle dipendenze
Garantisce che le relazioni decomposte hanno la stessa
capacità della relazione originaria di rappresentare
vincoli di integrità e rilevare aggiornamenti illeciti. A ogni
aggiornamento illecito (lecito) sullo schema originario
corrisponde un aggiornamento illecito (lecito) sugli
schemi decomposti


CONSIDERAZIONI

• Si considerano ‘buone decomposizioni’ (di
qualità accettabile) quelle che soddisfano queste
due proprietà. Nella maggior parte dei casi è
possibile raggiungere l’obiettivo di una buona
decomposizione che verifichi la forma normale
BCNF
• In generale, una relazione non in BCNF
dovrebbe essere decomposta senza perdita
rinunciando eventualmente a preservare tutte le
dipendenze funzionali nelle relazioni
decomposte.
• In alcuni casi, ci si ferma alla 3NF


CONSIDERAZIONI
• Se si usa una metodologia di progettazione
basata sulla definizione in termini del modello E-
R dello schema concettuale e della sua
successiva traduzione in termini del modello
relazionale
gran parte delle anomalie non si
verificano
• Adottando un approccio metodologico alla
progettazione di BD, la teoria della
normalizzazione può essere utilizzata come
strumento di verifica della capacità degli schemi
sia in fase di progettazione logica che di
progettazione concettuale

VERIFICHE SULLO SCHEMA LOGICO

Impiegato Categoria Stipendio
Neri 3 30
Verdi 3 30
Rossi 4 50
Mori 4 50
Bianchi 5 72


VERIFICHE SULLO SCHEMA LOGICO

• Impiegato Categoria
(ogni impiegato ha una sola categoria)
• Categoria Stipendio
(ad ogni categoria corrisponde uno stipendio)
• La relazione originaria non è normalizzata e può
essere decomposta in due relazioni (Impiegato,
Categoria) e (Categoria, Stipendio) che
verificano la BCNF


VERIFICHE SULLO SCHEMA
CONCETTUALE

Nr-Ordine Costo
Ordine Quantità
Nr-Parte Data

• Sono valide le seguenti dipendenze
funzionali:
– d1: Nr-Ordine, Nr-Parte Quantità
– d2: Nr-Parte Costo
– d3: nr.Ordine Data


CONCETTUALE
• L’entità non verifica la 2NF perché d2 e d3 hanno una
parte sinistra contenuta nell’identificatore e nella parte
destra hanno attributi non chiave. Questo suggerisce un
cattivo disegno concettuale, che vede rappresentati 3
concetti diversi (ordine, parti e la relazione tra di essi), in
una sola entità

(1,N) (0,N)
Ordine Composizione Parte

Nr-Ordine Data Quantità Nr-Parte Costo


CONCETTUALE
Nr-Ore-Lavorate

(1,N) (1,N)
Impiegato Lavora Reparto

CF Nome Nr-Progetto Budget Nr-Reparto Piano

• La relazione viola la 3NF; infatti dal fatto che la coppia
(CF, Nr-Reparto) è identificatore deduciamo le seguenti
dipendenze funzionali:
– CF, Nr-Reparto Budget
– CF, Nr-Reparto Nr-Progetto
– CF, Nr-Reparto Nr-Ore-Lavorate
– Nr-Progetto Budget


CONCETTUALE

Nr-Ore-Lavorate

(1,N) (1,N)
Impiegato Lavora Reparto

CF Nome Nr-Reparto Piano

Nr-Progetto Progetto Budget


Corso Di Basi Di Dati 05 Normalizzazione

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

En vedette

En vedette (14)

Similaire à Corso Di Basi Di Dati 05 Normalizzazione

Similaire à Corso Di Basi Di Dati 05 Normalizzazione (8)

Plus de guestbe916c

Plus de guestbe916c (20)

Corso Di Basi Di Dati 05 Normalizzazione