Что такое "нормализация" в терминах баз данных и SQL? Назовите нормальные формы, которые вы знаете.

Какие различия между 1NF (Нормальной формой), 2NF и 3NF в нормализации SQL? Приведите примеры каждой формы в контексте таблицы базы данных.

Подсказки:

• В 1NF все столбцы таблицы должны содержать атомарные значения, что означает, что каждый столбец должен хранить только одно значение на строку.
• 2NF предполагает, что все атрибуты, не являющиеся ключами, полностью функционально зависят от первичного ключа, устраняя частичные зависимости.
• 3NF требует, чтобы все атрибуты зависели не только от первичного ключа, но и были свободны от транзитивных зависимостей, что означает, что ни один атрибут, не являющийся ключом, не должен зависеть от другого атрибута, не являющегося ключом.

Выше ожиданий:

• Знает концепцию «Нормальной формы Бойса-Кодда» (BCNF) как более строгой версии 3NF, которая обрабатывает аномалии, с которыми 3NF не может справиться.
• Может изучить, как нормализация влияет на производительность базы данных, и компромиссы между нормализацией и денормализацией.
• Понимание того, как денормализация может быть выгодной для производительности запросов.
• Понимание того, как нормализация влияет на проектирование базы данных и его последствия для поддержания целостности данных.

1NF (Первая нормальная форма):

В первой нормальной форме (1NF) структура таблицы проектируется таким образом, чтобы гарантировать, что каждый столбец содержит атомарные значения. Это означает, что каждый столбец должен содержать только одно значение на строку, исключая повторяющиеся группы или массивы внутри одного столбца. Для достижения 1NF необходимо убедиться, что:

• Каждый столбец в таблице содержит уникальные, неделимые значения.
• Каждая строка уникально идентифицируется, часто с помощью первичного ключа.

Пример 1NF:

Рассмотрим таблицу, хранящую информацию о студентах и их записанных курсах:

Для преобразования этой таблицы в 1NF, разделите курсы на отдельные строки:

2NF (Вторая нормальная форма):

Таблица находится во второй нормальной форме (2NF), если она уже находится в 1NF, и все атрибуты, не являющиеся частью первичного ключа, полностью функционально зависят от первичного ключа. Это включает в себя устранение частичных зависимостей, где атрибут, не являющийся частью первичного ключа, зависит только от части составного первичного ключа.

Пример 2NF:

Начнем с таблицы, нарушающей 2NF:

В этом случае CourseID и StudentID вместе образуют первичный ключ, а InstructorName зависит только от CourseID. Для достижения 2NF таблицу необходимо разделить на две:

Таблица Courses:

Таблица Enrollments:

3NF (Третья нормальная форма):

Таблица находится в третьей нормальной форме (3NF), если она находится во 2NF и все атрибуты свободны от транзитивных зависимостей. Это означает, что ни один атрибут, не являющийся частью первичного ключа, не должен зависеть от другого атрибута, не являющегося частью первичного ключа.

Пример 3NF:

Рассмотрим таблицу, которая не соответствует 3NF:

Здесь CourseName зависит от CourseID, а не непосредственно от первичного ключа StudentID. Для достижения 3NF таблицу нужно разбить еще на таблицы:

Таблица Students:

Таблица Courses:

Таблица Enrollments:

Нормальная форма Бойса-Кодда (BCNF):

Более строгая форма, чем 3NF, BCNF требует, чтобы каждый детерминант был кандидатом на первичный ключ. Это позволяет устранить некоторые аномалии, не охваченные 3NF.

Влияние нормализации:

• Нормализация помогает поддерживать целостность данных, минимизируя избыточность и предотвращая аномалии обновлений.
• Денормализация может улучшить производительность запросов, сократив необходимость сложных соединений, но может привести к избыточности и рискам несогласованности данных.

Компромиссы при проектировании базы данных:

Хотя нормализация улучшает целостность данных, денормализация может быть рассмотрена для оптимизации производительности в базах данных с интенсивным чтением, балансируя между эффективным извлечением данных и поддержанием согласованности данных.