Normalizaciòn

BASE DE DATOS (V) Prof. Omar A. Rivera Zarate Instituto Superior Tecnológico Público “OXAPAMPA”

PROBLEMAS DEL ESQUEMA RELACIONAL Una vez obtenido el esquema relacional resultante del modelo entidad relación que representaba la base de datos, normalmente tendremos una buena base de datos. Pero otras veces, debido a fallos en el diseño o a problemas indetectables en esta fase del diseño, tendremos un esquema que puede producir una base de datos que incorpore estos problemas:

PROBLEMAS DEL ESQUEMA RELACIONAL Redundancia. Se llama así a los datos que se repiten continua e innecesariamente por las tablas de las bases de datos. Ambigüedades. Datos que no clarifican suficientemente el registro al que representan. Pérdida de restricciones de integridad. Anomalías en operaciones de modificación de datos. El hecho de que al insertar un solo elemento haya que repetir tuplas en una tabla para variar unos pocos datos. O que eliminar un elemento suponga eliminar varias tuplas.

PROBLEMAS DEL ESQUEMA RELACIONAL El principio fundamental reside en que las tablas deben referirse a objetos o situaciones muy concretas. Lo que ocurre es que conceptualmente es difícil obtener ese problema. La solución suele ser dividir la tabla con problemas en otras tablas más adecuadas.

FORMAS NORMALES Las formas normales se corresponde a una teoría de normalización iniciada por el propio Codd y continuada por otros autores (entre los que destacan Boyce y Fagin). Codd definió en 1970 la primera forma normal, desde ese momento aparecieron la segunda, tercera, la Boyce-Codd, la cuarta y la quinta forma normal. Una tabla puede encontrarse en primera forma normal y no en segunda forma normal, pero no al contrario. Es decir los números altos de formas normales son más restrictivos (la quinta forma normal cumple todas las anteriores).

PRIMERA FORMA NORMAL (1FN) Una tabla se encuentra en primera forma normal si impide que un atributo de una tupla pueda tomar más de un valor.

PRIMERA FORMA NORMAL (1FN) La tabla anterior visualmente es un tabla, pero no una tabla relacional. No cumple la primera forma normal. Lo cumpliría si:

DEPENDENCIA FUNCIONAL Se dice que un conjunto de atributos (Y) depende funcionalmente de otro conjunto de atributos (X) si para cada valor de X hay un único valor posible para Y. Simbólicamente se denota por X->Y. Por ejemplo el nombre de una persona depende funcionalmente del DNI, para un DNI concreto sólo hay un nombre posible. En la tabla ejemplo anterior, el departamento no tiene dependencia funcional, ya que para un mismo DNI puede haber más de un departamento posible. Al conjunto X del que depende funcionalmente el conjunto Y se le llama determinante . Al conjunto Y se le llama implicado.

DEPENDENCIA FUNCIONAL COMPLETA Un conjunto de atributos (Y) tiene una dependencia funcional completa sobre otro conjunto de atributos (X) si Y tiene dependencia funcional de X y además no se puede obtener de X un conjunto de atributos más pequeño que consiga una dependencia funcional de Y. Por ejemplo en una tabla de clientes, el conjunto de atributos formado por el nombre y el DNI producen una dependencia funcional sobre el atributo apellidos . Pero no es plena ya que el DNI sólo también produce una dependencia funcional sobre apellidos. El DNI sí produce una dependencia funcional completa sobre el campo apellidos. Una dependencia funcional completa se denota como X=>Y

DEPENDENCIA FUNCIONAL ELEMENTAL Se produce cuando X e Y forman una dependencia funcional completa y además Y es un único atributo. Es más compleja de explicar, pero tiene también utilidad.

DEPENDENCIA FUNCIONAL TRANSITIVA Se produce cuando tenemos tres conjuntos de atributos X, Y y Z. Y depende funcionalmente de X (X->Y), Z depende funcionalmente de Y (Y->Z). Además X no depende funcionalmente de Y. Entonces ocurre que X produce una dependencia funcional transitiva sobre Z. Esto se denota como: (X-->Z)

DEPENDENCIA FUNCIONAL TRANSITIVA Por ejemplo si X es el atributo Número de Clase de un instituto, e Y es el atributo Código Tutor . Entonces X->Y (el tutor depende funcionalmente del número de clase). Si Z representa el Código del departamento , entonces Y->Z (el código del departamento depende funcionalmente del código tutor, cada tutor sólo puede estar en un departamento). Como no ocurre que Y->X (el código de la clase no depende funcionalmente del código tutor, un código tutor se puede corresponder con varios códigos de clase). Entonces X-->Z (el código del departamento depende transitivamente del código de la clase).

SEGUNDA FORMA NORMAL (2FN) Ocurre si una tabla está en primera forma normal y además cada atributo que no sea clave, depende de forma funcional completa respecto de cualquiera de las claves. Toda la clave principal debe hacer dependientes al resto de atributos, si hay atributos que depende sólo de parte de la clave, entonces esa parte de la clave y esos atributos formarán otra tabla.

SEGUNDA FORMA NORMAL (2FN) Suponiendo que el DNI y el número de curso formen una clave principal para esta tabla, sólo la nota tiene dependencia funcional completa. El nombre y los apellidos dependen de forma completa del DNI. La tabla no es 2FN.

SEGUNDA FORMA NORMAL (2FN) La solución sería:

TERCERA FORMA NORMAL (3FN) Ocurre cuando una tabla está en 2FN y además ningún atributo que no sea clave depende transitivamente de las claves de la tabla. Es decir no ocurre cuando algún atributo depende funcionalmente de atributos que no son clave.

TERCERA FORMA NORMAL (3FN) La Provincia depende funcionalmente del código de provincia, lo que hace que no esté en 3FN.

TERCERA FORMA NORMAL (3FN) La solución es:

FORMA NORMAL DE BOYCE-CODD (FNBC ó BCFN)

FORMA NORMAL DE BOYCE-CODD Ocurre si una tabla está en tercera forma normal y además todo determinante es una clave candidata.

FORMA NORMAL DE BOYCE-CODD Esa tabla está en tercera forma normal (no hay dependencias transitivas), pero no en forma de Boyce - Codd, ya que (DNI, Asignatura) ->Tutor y Tutor->Asignatura. En este caso la redundancia ocurre por mala selección de clave. La redundancia de la asignatura es completamente evitable.

FORMA NORMAL DE BOYCE-CODD La solución sería: En las formas de Boyce-Codd hay que tener cuidado al descomponer ya que se podría perder información por una mala descomposición

Dependencia Multivaluada Para el resto de formas normales (las diseñadas por Fagin, mucho más complejas), es importante definir este tipo de dependencia, que es distinta de las funcionales. Si las funcionales eran la base de la segunda y tercera forma normal (y de la de Boyce-Codd), éstas son la base de la cuarta forma normal. Una dependencia multivaluada de una tabla con atributos X, Y, Z de X sobre Z (es decir X->>Z) ocurre cuando los posibles valores de Y sobre cualquier par de valores X y Z dependen sólo del valor de X y son independientes de Z.

Dependencia Multivaluada Ejemplo:

Dependencia Multivaluada La tabla cursos, profesores y materiales del curso. La tabla está en FNBC ya que no hay dependencias transitivas y todos los atributos son clave sin dependencia funcional hacia ellos. Sin embargo hay redundancia. Los materiales se van a repetir para cualquier profesor dando cualquier curso, ya que los profesores van a utilizar todos los materiales del curso (de no ser así no habría ninguna redundancia). Los materiales del curso dependen del curso y no del profesor en una dependencia multivaluada. Para el par Nº de curso y profesor podemos saber los materiales, pero por el curso y no por el profesor.

CUARTA FORMA NORMAL (4FN) Ocurre esta forma normal cuando una tabla está en forma normal de Boyce Codd y toda dependencia multivaluada es una dependencia funcional. Un teorema de Fagin indica cuando hay tres pares de conjuntos de atributos X, Y y Z si ocurre X->>Y|Z (Y y Z tienen dependencia multivaluada sobre X), entonces las tablas X,Y y X,Z reproducen sin perder información lo que poseía la tabla original. Este teorema marca la forma de dividir las tablas hacia una 4FN

CUARTA FORMA NORMAL (4FN) Para la tabla anterior la solución serían dos tablas:

QUINTA FORMA NORMAL (5FN) Es la más compleja y polémica de todas. Polémica pues no está claro en muchas ocasiones que sea una solución mejor que el no llegar a este nivel de normalización. Fue definida también por Fagin. Es raro encontrarse este tipo de problemas cuando la normalización llega a 4FN. Se deben a restricciones muy concretas.

QUINTA FORMA NORMAL (5FN) Ejemplo: Indican códigos de material suministrado por un proveedor y utilizado en un determinado proyecto. Si ocurre una restricción especial como por ejemplo: Cuando un proveedor nos ha suministrado alguna vez un determinado material, si ese material aparece en otro proyecto, haremos que el proveedor nos suministre también ese material para ese proyecto.

QUINTA FORMA NORMAL (5FN) Eso ocurre en los datos como el proveedor número 1 nos suministró el material número 1 para el proyecto 2 y en el proyecto 1 utilizamos el material 1, aparecerá la tupla proveedor 1, material 1 y proyecto 1. La dependencia que produce esta restricción es lejana y se la llama de reunión. Para esa restricción esta división en tablas sería válida:

QUINTA FORMA NORMAL (5FN) Esa descomposición no pierde valores en este caso, sabiendo que si el proveedor nos suministra un material podremos relacionarle con todos los proyectos que utilizan ese material. Resumiendo, una tabla no está en quinta forma normal si hay una descomposición de esa tabla que muestre la misma información que la original.

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