Dependência Funcional e Normalização. Qualidade de um Projeto. Semântica dos Atributos. Dependência Funcional e Normalização

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1 Pós-graduação em Ciência da Computação CCM-205 Sistema de Bancos de Dados Profa. Maria Camila Nardini Barioni Bloco B - sala quadrimestre de 2011 Cada esquema de relação consiste de um número de atributos e o esquema do banco de dados relacional consiste de um número de esquemas de relação É necessário uma maneira formal para mensurar o quanto um esquema de relação é melhor do que outro Dependências funcionais Formas normais 2 Processo de normalização oferece mecanismos para analisar o projeto do BD identificação de erros oferece métodos para corrigir problemas Erros encontrados repetição de informação perda de informações inabilidade de representar certas informações Qualidade de um Projeto Medidas Informais semântica dos atributos redução de valores redundantes nas tuplas redução de valores null nas tuplas não geração de valores ilegítimos nas tuplas 3 4 Semântica dos Atributos Semântica dos Atributos CCM205 Sistema de Bancos de Dados Um esquema - 2 quadrimestre simplificado de do 2011 banco de dados relacional 5 EMPRESA CCM205 Sistema de Bancos de Dados Exemplo - 2 quadrimestre do estado de do 2011 banco de dados relacional 6 EMPRESA 1

2 Semântica dos Atributos Semântica dos Atributos Diretriz modele um esquema de relação de modo que seja fácil explicar o seu significado (i.e., a sua semântica) Visão prática não combine os atributos de diferentes tiposentidade e tipos-relacionamento em um único esquema de relação Outros dois exemplos de esquemas de relação 7 8 Redução de Valores Redundantes Redução de Valores Redundantes Exemplo de estado para EMP_DEPT e EMP_PROJ 9 CCM205 Sistema de Bancos de Dados Exemplo - 2 quadrimestre do estado de do 2011 banco de dados relacional 10 EMPRESA Redução de Valores Redundantes Redução de Valores Redundantes Atualização uma mudança nas informações do departamento DNUMERO = 5 requer várias mudanças não há nada no projeto impedindo que o departamento 5 tenha duas ou mais descrições diferentes Inserção a inserção de um novo departamento sem um empregado correspondente causa problemas chave primária: SSN Exemplo de estado para EMP_DEPT e EMP_PROJ 11 Exemplo de estado para EMP_DEPT e EMP_PROJ 12 2

3 Redução de Valores Redundantes Anomalias Exclusão se o empregado Borg, James E. fosse eliminado do BD, seriam perdidas as informações do departamento 1 (nome e gerente) Exemplo de estado para EMP_DEPT e EMP_PROJ 13 Atualização uma mudança nas informações do departamento DNUMERO = 5 requer várias mudanças não há nada no projeto impedindo que o departamento 5 tenha duas ou mais descrições diferentes Inserção a inserção de um novo departamento sem um empregado correspondente causa problemas chave primária: SSN 14 Anomalias Redução de Valores Redundantes Exclusão se o empregado Borg, James E. fosse eliminado do BD, seriam perdidas as informações do departamento 1 (nome e gerente) Diretriz modele esquemas de relação de forma que nenhuma anomalia de inserção, exclusão ou alteração possa ocorrer nas relações Visão prática se houver a possibilidade de ocorrer alguma anomalia, registre-a claramente e tenha certeza de que os programas que atualizam o banco de dados operarão corretamente Empregado (CPF, nome, idioma, grau_técnico, tipo_engenheiro) Redução de Valores Null R (Empregado) = {< , José, null, null, null>, < , Maria, Inglês, null, null>, Relembrando as possibilidades de < , João, Inglês, null, Construção Civil>} mapeamento para o MER-X nome_empregado EMPREGADO CPF_empregado tipo_empregado d Redução de Valores Null Relembrando as possibilidades de mapeamento para o MER-X para a hierarquia de especialização de Empregado (subclasses: Secretário, Técnico, Engenheiro) Empregado (CPF, nome, idioma, grau_técnico, tipo_engenheiro) R (Empregado) = {< , José, null, null, null>, < , Maria, Inglês, null, null>, < , João, Inglês, null, Construção Civil>} SECRETÁRIO TÉCNICO ENGENHEIRO idiomaccm205 Sistema de Bancos grau_técnico de Dados - 2 quadrimestre de 2011 tipo_engenheiro 17 Os nulls podem ter diversas interpretações o atributo não se aplica o valor do atributo não se aplica o valor é conhecido, mas ausente 18 3

4 Redução de Valores Null Diretriz evite colocar os atributos em uma relação básica cujos valores possam ser freqüentemente nulos Visão prática se os valores null forem inevitáveis, tenha certeza de que eles se aplicam somente em casos excepcionais e não na maioria das tuplas da relação 19 Não Geração de Tuplas Ilegítimas turma (sigla, número, horário, nro_horas) SEL122, 1, 10:00, 2 SEL122, 2, 14:00, 2 SEL189, 1, 08:00, 3 SEL189, 2, 15:00, 4 SEL134, 1, 14:00, 3 Decompondo-se turma (sigla, número, horário) SEL122, 1, 10:00 SEL122, 2, 14:00 SEL189, 1, 08:00 SEL189, 2, 15:00 NH (horario, nhoras) 10:00, 2 14:00, 2 08:00, 3 15:00, 4 CCM205 SEL134, Sistema 1, de 14:00 Bancos de Dados - 2 quadrimestre de :00, 3 20 Não Geração de Tuplas Ilegítimas turma (sigla, número, horário) SEL122, 1, 10:00 SEL122, 2, 14:00 SEL189, 1, 08:00 SEL189, 2, 15:00 SEL :00 = NH (horario, nhoras) 10:00, 2 14:00, 2 08:00, 3 15:00, 4 14:00 3 SEL134, 1, 14:00 14:00, 3 Junção: turma NH turma (sigla, número, horário, nhoras) SEL122, 1, 10:00, 2 SEL122, 2, 14:00, 2 SEL122, 2, 14:00, 3 SEL189, 1, 08:00, 3 tuplas ilegítimas SEL189, 2, 15:00, 4 (ou espúrias) SEL134, 1, 14:00, 2 21 SEL134, 1, 14:00, 3 Não Geração de Tuplas Ilegítimas Diretriz projete os esquemas de relação de forma que possam ser unidos com igualdade de condições sobre os atributos que sejam chaves primárias ou chaves estrangeiras, de modo que nenhuma tupla ilegítima seja gerada Visão prática evite as relações que contenham o relacionamento entre atributos que não sejam combinações (chave estrangeira,chave primária) 22 Exercício Dependência Funcional Quão bom é o esquema de relação abaixo? Identifique as possíveis anomalias e a causa delas. título ano duração tipo NEstúdio NEstrela Tropa de Elite cor universal Wagner Moura Tropa de Elite cor universal Caio Junqueira Tropa de Elite cor universal Maria Ribeiro Central do Brasil cor videofilmes Fernanda Mont. Primo Basílio Primo Basílio cor cor buena vista buena vista Glória Pires Fábio Assunção A relação acima CCM205 permite Sistema de armazenar Bancos de Dados todas - 2 quadrimestre as estrelas de 2011 de cada filme 23 Um atributo B de um esquema de relação R é funcionalmente dependente de um outro atributo A de R se um valor para A determina um único valor para B em qualquer momento Notação: A B Se B é funcionalmente dependente de A, então A determina funcionalmente B 24 4

5 Dependência Funcional relaçãor (atributoa, atributob, atributoc) atributoa atributob 1 valor de A (não existe outro) somente um único valor do atributo B Observações As dependências funcionais são informações semânticas fornecidas pelo projetista Uma dependência funcional é uma propriedade do esquema da relação R, não de um estado particular válido da relação r de R Se X Y em R, isso não implica necessariamente que Y X em R lado à esquerda lado à direita Dependência Funcional Certas DF podem ser especificadas sem recorrer a uma relação específica, mas pelas propriedades de seus atributos Os exemplos abaixo deveriam ser válidos para qualquer advogado ou engenheiro no Brasil: {ESTADO, OAB} NOME_ADVOGADO Dependência Funcional Também é possível que algumas DF possam deixar de existir PRIMEIROS_QUATRO_DÍGITOS OPERADORA_CELULAR com a portabilidade essa DF passou a não ser mais verdadeira {ESTADO, CREA} NOME_ENGENHEIRO Dependência Funcional Exercício 1 SSN ENOME PNUMERO {PNOME, PLOCALIZACAO} {SSN, PNUMERO} HORAS Dada a seguinte relação cliente (nro_cliente, nome, endereço) Notação diagramática para DF As seguintes dependências são corretas? nro_cliente nome OK! nro_cliente endereço nome endereço Não! endereço nome

6 Exercício 2 Dada a seguinte relação (e suas instâncias) linha_pedido (nro_pedido, nro_peça qtidade_comprada, preço_cotado) nro_pedido nro_peça qtidade_ preço_cotado comprada 101 P , P , P , P ,00 31 OK! Exercício 2 As seguintes dependências são verdadeiras? nro_pedido qtidade_comprada nro_peça qtidade_comprada nro_pedido preço_quotado nro_peça preço_quotado nro_pedido nro_peça qtidade_ preço_cotado comprada 101 P , P , P , P ,00 Não! {nro_pedido, nro_peça} qtidade_comprada {nro_pedido, nro_peça} preço_cotado {nro_pedido, nro_peça} {qtidade_comprada, preço_cotado} 32 Vantagens: garante relações sem redundância desnecessária oferece fácil recuperação das informações Tipos de formas normais: Primeira Forma Normal (1FN) Segunda Forma Normal (2FN) Terceira Forma Normal (3FN) Processo de normalização: inicia com um esquema de relação ou coleção de esquemas de relação produz uma nova coleção de esquemas de relação equivalente à coleção original (representa a mesma informação) livre de problemas Significado: os novos esquemas de relação estarão, pelo menos, na 3FN por Decomposição Propriedades junção sem perda ou junção não aditiva garante que o problema de tuplas espúrias não ocorra nos esquemas de relação criados após a decomposição preservação da dependência garante que cada dependência funcional será representada em algum esquema de relação individual resultante da decomposição Revisão: Chaves e Superchaves Uma superchave de uma relação R é um conjunto de atributos S contido em R no qual não haverá duas tuplas t 1 e t 2 cujo t 1 [S] = t 2 [S]

7 Revisão: Chaves e Superchaves Uma chave K é uma superchave com a propriedade adicional de que a remoção de qualquer atributo da chave fará com que K não identifique mais unicamente cada tupla da relação a diferença é que uma chave tem que ser mínima 37 Revisão: Chaves e Superchaves {SSN} é uma chave de empregado Superchaves {SSN, Enome} {SSN, Enome, Datanasc} {SSN, Enome, Datanasc, Endereço} {SSN, Enome, Datanasc, DNumero} 38 Revisão: Chaves e Superchaves Chave candidata: se um esquema de relação tiver mais de uma chave, cada uma delas é chamada chave candidata uma delas é arbitrariamente i t designada d para ser chave primária Um atributo de um esquema de relação R é chamado atributo primário se for membro de alguma chave candidata Um atributo é dito não primário se não for um atributo primário 39 Revisão: Chaves e Superchaves {SSN} é a única chave candidata de empregado, portanto também é a chave primária 40 Revisão: Chave Primária Um atributo A (ou coleção de atributos) é a chave primária para um esquema de relação R se todos os atributos em R são funcionalmente dependentes de A não existe um subconjunto próprio de A que determina funcionalmente os atributos em R Primeira Forma Normal (1FN) Uma relação R está na 1FN se: todo valor em R for atômico e monovalorado ou seja, R não contém grupos de repetição Considerações: geralmente considerada parte da definição formal de uma relação

8 Primeira Forma Normal (1FN) Exemplo cliente (nro_cli, nome, {end_entrega}) nro_cli nome end_entrega 124 João dos Santos {Rua 10, 1024 Rua 24, 1356} 311 José Ferreira Neves {Rua 46, 1344 Rua 98, 4456} cliente nem mesmo pode ser qualificado como uma relação Métodos para Corrigir o Problema Método 1 Cliente_nome gerar uma nova relação contendo o grupo de repetição e a chave primária Cliente_entrega da relação original nro_cli nome determinar a chave primária nro_cli da nova relação, end_entrega a 124 João dos Santos qual será a concatenação do atributo chave primária da relação original com 124 o atributo Rua chave 10, 1024 para o grupo de repetição 124 Rua 24, José Ferreira abordagem Neves mais genérica 311 e que não Rua causa 46, 1344 redundância 311 Rua 98, E se a Cecília tiver 3 endereços de entrega? Métodos para Corrigir o Problema Método 2 remover o grupo de repetição expandir a chave primária abordagem que causa redundância nro_cli nome end_entrega 124 João dos Santos Rua 10, João dos Santos Rua 24, José Ferreira Neves Rua 46, José Ferreira Neves Rua 98, Métodos para Corrigir o Problema Método 3 substituir o grupo de repetição pelo número máximo de valores estabelecido para o grupo abordagem menos genérica e que pode introduzir muitos valores null nro_cli nome end_entrega1 end_entrega2 124 João dos Santos Rua 10, 1024 Rua 24, José Ferreira Neves Rua 46, 1344 Rua 98, Cecília Neves Rua 77, 275 null 46 Primeira Forma Normal (1FN) Problema cliente (nro_cli, nome, {end_entrega}) Corrigindo o problema... Solução 1 cliente_nome (nro_cli, nome) cliente_entrega (nro_cli, end_entrega) Solução 2 cliente (nro_cli, nome, end_entrega) Solução 3 cliente (nro_cli, nome, entrega1, entrega2) 47 Primeira Forma Normal (1FN) Exemplo mais genérico emp_proj (nro_emp, nome_emp, { projeto ( nro_proj, nome_proj ) }) Representação {} indica que o atributo projeto é multivalorado {projeto ( )} indica os atributos componentes do atributo multivalorado projeto CCM205 MC-3301 Sistema de Banco Bancos de Dados de Dados - 2 -trimestre 2 quadrimestre de 2008de

9 Segunda Forma Normal (2FN) Uma relação R está na 2FN se: está na 1FN não existe atributo não chave que é dependente de somente uma parte da chave primária dependência funcional total Dependência funcional total X Y se a remoção de qualquer atributo A de X implicar que a dependência não mais será assegurada Segunda Forma Normal (2FN) pedido (nro-pedido, data, nro-peça, descrição, qtdade_comprada, preço_cotado) nro-pedido data nro-peça descrição {nro-pedido, nro-peça} {qtdade_comprada, preço_cotado} Segunda Forma Normal (2FN) Método para corrigir o problema: para cada sub-conjunto do conjunto de atributos que constitui a chave primária, começar uma relação com esse sub-conjunto como sua chave primária incluir os atributos da relação original na relação correspondente à chave primária apropriada, isto é, colocar cada atributo junto com a coleção mínima da qual ele depende, atribuindo um nome a cada relação Segunda Forma Normal (2FN) Problema: pedido (nro-pedido, data, nro-peça, descrição, qtdade_comprada, preço_cotado) Corrigindo o problema... Solução: pedido (nro-pedido, data) peça (nro_peça, descrição) pedido_peça (nro_pedido, nro_peça, qtdade_comprada, preço_cotado) Bibliografia Elmasri, Ramez; Navathe, Shamkant B. Sistemas de banco de dados. 4 ed. São Paulo: Addison Wesley, 2005, 724 p. Bibliografia: p. [690]-714. Garcia-Molina, H.; Ullman J. D.; Widow, J. Database Systems The Complete Book. Prentice-Hall, Material Didático produzido pelos professores Cristina Dutra de Aguiar Ciferri e Caetano Traina Júnior 53 9