Roteiro. Normalização. BCC321 - Banco de Dados I. Ementa. Para que serve a normalização? Posicionamento

Transcrição

1 Roteiro Normalização Posicionamento Luiz Henrique de Campos Merschmann Departamento de Computação Universidade Federal de Ouro Preto Introdução Dependências Funcionais Formas Normais BCC321 - Banco de Dados I Introdução Ementa 1. Conceitos básicos em sistemas de banco de dados. 2. Conceitos e arquitetura de sistemas de banco de dados. 3. Modelagem conceitual de dados. 4. Modelo Relacional: conceitos básicos e restrições de integridade. 5. Linguagens: álgebra e cálculo relacional. 6. A linguagem SQL e o uso de APIs. 7. Projeto de banco de dados. 8. Normalização de banco de dados. 9. Noções de processamento de transações, concorrência e recuperação de falhas. 10. Aspectos de implementação de banco de dados. Para que serve a normalização? Na etapa de desenvolvimento de um sistema de banco de dados, serve para validar o nosso esquema lógico relacional. É um instrumento que nos auxilia avaliar a qualidade dos esquemas de relação. É um processo que baseia-se no conceito de forma normal.

2 O processo de normalização foi proposto por Codd (1972). Esse processo sujeita um esquema de relação a uma série de testes para certicar-se de que ele satisfaça uma certa forma normal. Inicialmente Codd propôs três formas normais: Primeira Forma Normal (1FN). Uma denição mais forte da 3FN, chamada Forma Normal de Boyce-Codd (FNBC) foi proposta depois por Boyce e Codd. Todas essas formas normais são baseadas nas dependências funcionais entre os atributos de uma relação. Segunda Forma Normal (2FN). Terceira Forma Normal (3FN). Existem ainda uma Quarta Forma Normal (4FN) e uma Quinta Forma Normal (5FN). Diz-se que um bom sistema de banco de dados relacional contém esquemas relação que atendem a, no mínimo, a terceira forma normal! A normalização de dados é um processo que visa: Minimizar dados redundantes. Minimizar anomalias de inserção, exclusão e atualização. Os esquemas de relações que não alcançam certas condições (os testes de forma normal) são decompostos em esquemas de relações menores que passam nos testes.

3 Informações Redundantes em Tuplas e Anomalias de Atualização Exemplo de redundância. Informações Redundantes em Tuplas e Anomalias de Atualização Exemplo de anomalia de inserção. Como garantir que os valores de atributo do departamento 5 para uma nova tupla estarão coerentes com os valores correspondentes para o departamento 5 em outras tuplas? Dependências Funcionais Denições de Chaves e Atributos Participantes de Chaves Denição: Se o valor de um conjunto de atributos A permite descobrir o valor de um outro conjunto B, dizemos que A determina funcionalmente (exclusivamente) B, ou que B depende de A (A B). Os projetistas de um BD usarão sua compreensão da semântica dos atributos de uma relação para especicar as dependências funcionais. Exemplo: Um CEP identica uma, e somente uma, localidade no Brasil. Portanto, dizemos que existe uma dependência funcional entre os atributos CEP e Cidade (CEP Cidade). Se um esquema tiver mais de uma chave, cada uma delas é chamada chave candidata. Os atributos pertencentes a chaves candidatas são chamados de atributos primários.

4 Uso Prático das Formas Normais A forma normal de uma relação refere-se à condição da mais alta forma normal alcançada. Primeira Forma Normal - 1FN Uma relação está na 1FN se não contém relações aninhadas, ou seja, ela não deve conter atributos multivalorados e nem atributos compostos. Exemplo: A relação DEPARTAMENTO não está na 1FN porque Dlocal não é um atributo atômico. Embora existam várias formas normais de alto grau (4FN e 5FN), o projeto praticado hoje comercialmente dá particular atenção até a 3FN, BCNF ou 4FN. As formas normais têm uma ordem e são dependentes, isto é, para se aplicar a segunda forma normal, deve-se obrigatoriamente ter aplicado a primeira e assim por diante. Primeira Forma Normal - 1FN Primeira Forma Normal - 1FN Há três técnicas básicas para alcançar a 1FN: Remover o atributo Dlocal que viola a 1FN e colocá-lo em uma relação separada (LOCALIZACAO_DEP) ao lado da chave primária (Dnumero) de DEPARTAMENTO. Ampliar a chave de forma a separar as tuplas da relação original DEPARTAMENTO. Qual a desvantagem dessa solução? Se um número máximo de valores (p.ex.,3) puder ser estabelecido para o atributo, substituir o atributo Dlocal por: Dlocal1, Dlocal2 e Dlocal3. Qual a desvantagem dessa solução? Das três soluções anteriores a primeira é a melhor porque não causa redundância e é genérica. Se escolhermos a segunda solução, ela será decomposta nos próximos passos da normalização, chegando à primeira solução. 1 o solução: relação fora da 1FN decomposta em duas relações na 1FN.

5 Segunda Forma Normal - 2FN Segunda Forma Normal - 2FN Uma relação R está na 2NF se, e somente se: Estiver na 1NF. Não existirem atributos não primários parcialmente dependentes de alguma chave candidata de R. Exemplo: A relação FUNC_PROJ está na 1FN, mas não na 2FN. Uma dependência funcional X Y será uma dependência funcional parcial se após a remoção de qualquer atributo A de X a dependência continuar existindo. As dependências funcionais DF2 e DF3 fazem Fnome, Projnome e Projlocal parcialmente dependentes da chave primária {Cpf,Projnumero} de FUNC_PROJ. Segunda Forma Normal - 2FN Segunda Forma Normal - 2FN Exemplo de Anomalia: A relação FUNC_PROJ poderá ser normalizada na 2NF por meio da criação de várias relações na 2NF. Alocação(Sigla,Turma,Sala,Créditos) Sigla,Turma Sala Sigla Créditos.

6 Terceira Forma Normal - 3FN Terceira Forma Normal - 3FN FUNC_DEP não está na 3FN em virtude da dependência Uma relação R está na 3FN se: Estiver na 2FN. Todos os seus atributos não primários são dependentes não-transitivos de uma chave candidata. transitiva de Cpf_gerente (e também Dnome) para Cpf via Dnumero. Solução: Decompor FUNC_DEP em dois esquemas de relação (DF1 e DF2). Em um esquema de relação R, X Y será uma dependência transitiva se existir um conjunto de atributos Z que não é nem chave candidata nem subconjunto de qualquer chave de R, e ambas X Z e Z Y forem asseguradas. Terceira Forma Normal - 3FN Forma Normal de Boyce-Codd (FNBC) Exemplo de Anomalia: Alocação(Sigla,Turma,Sala,Prédio) É considerada mais rígida que a 3FN. Toda relação na FNBC também está na 3FN, mas o contrário não é necessariamente verdadeiro. Uma relação R está na FNBC se: Estiver na 2FN. Todos os seus atributos são dependentes não-transitivos de uma chave candidata. Sigla,Turma Sala Sala Prédio.

7 Forma Normal de Boyce-Codd (FNBC) Forma Normal de Boyce-Codd (FNBC) Intuitivamente é fácil ver a necessidade de uma forma normal mais forte que a 3FN. Seja o seguinte exemplo: Solução: Decompor a relação LOTES1A. Suponha duas chaves candidatas: NUM_PROPRIEDADE e {MUNICIP IO_NOME, NUM_LOT E}. Suponha que temos milhares de lotes de somente 2 municípios: Ouro Preto e Mariana. Ouro Preto: lotes de 500, 600,..., 1000 m 2. Mariana: lotes de 1100, 1200,..., 2000 m 2. DF5: AREA MUNICIPIO_NOME. Para evitar redundância, a área de um lote que determina seu município pode ser representada por 16 tuplas em uma relação separada R(AREA, MUNICIP IO_NOME). Perguntas FIM