Normalizzazione Delle Relazioni

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1 Normalizzazione Delle Relazioni Introduzione La normalizzazione è un processo di controllo della struttura delle relazioni (tabelle) che costituiscono lo schema logico relazionale della base di dati, al fine di verificare che rispettino alcune regole formali espresse nelle forme normali. Se l analisi del problema iniziale è corretta e precisa, la derivazione del modello concettuale (E/R) nel Modello logico relazionale, dovrebbe permetterci di ottenere relazioni già normalizzate. Ma se una relazione non soddisfa tali regole occorre normalizzarla, cioè modificarne la struttura, con eventuale decomposizione in piu relazioni, senza perdita di informazione. Codd definì prima, seconda e terza forma normale (abbreviate in 1NF, 2NF e 3NF), ma la terza fu rivisitata da Boyce e Codd che ne formularono una più forte. Le forme normali specificano regole via via sempre più stringenti per la struttura delle relazioni; ciascuna forma estende la precedente in modo da evitare ridondanze e determinati tipi di anomalie. Prima di definire le diverse forme normali, introduciamo i problemi per i quali esse sono state create. Ridondanza e anomalia Introduciamo i concetti di ridondanza e anomalia attraverso un esempio. Consideriamo la relazione in figura 1. Supponiamo che questa relazione abbia come chiave primaria la chiave composta dagli attributi MatrImp e Codprog Per le tuple della relazione valgono alcune considerazioni: A. lo stipendio di ciascun impiegato è unico ed è funzione del solo impiegato, indipendentemente dai progetti a cui partecipa; B. il bilancio di ciascun progetto è unico e dipende dal solo progetto, indipendentemente dagli impiegati che vi partecipano. C. L abbreviazione dipende esclusivamente dalla funzione. MatrImp NomeImpiegato Stipendio Codprog Progetto Bilancio Funzione Abbrev M001 Esposito P001 Sparta Architetto Arch. M001 Esposito P002 Atene Collaudatore Coll. M003 Arturi P001 Sparta Ingegnere Ing. M003 Arturi P004 Alessandria Presidente Pres. M003 Arturi P002 Atene Ingegnere Ing. M007 Devoto P004 Alessandria Collaudatore Coll. M007 Devoto P001 Sparta Collaudatore Coll. M002 Carbone P001 Sparta Presidente Pres M002 Carbone P002 Atene Architetto Arch M005 Buoni P004 Alessandria Tecnico Tecn. Figura 1 Esempio di relazione con anomalie. Queste hanno alcune conseguenze sul contenuto della relazione e sulle operazioni che si possono effettuare su di essa.

2 il valore dello stipendio di ciascun impiegato è ripetuto in tutte le tuple relative all impiegato: si ha quindi una ridondanza; se per esempio un impiegato partecipasse a trenta progetti, il suo stipendio verrebbe ripetuto trenta volte; se lo stipendio di un impiegato varia, è necessario andarne a modificare il valore in tutte le tuple corrispondenti, affinché la dipendenza continui a valere; questo inconveniente va sotto il nome di anomalia di aggiornamento; se un impiegato interrompe la partecipazione a tutti i progetti senza lasciare l azienda, tutte le tuple che lo riguardano vengono eliminate, pertanto non è possibile conservare traccia del suo nome e del suo stipendio; questo problema viene indicato come anomalia di cancellazione; infine, un nuovo impiegato al quale non sia ancora stato assegnato alcun progetto non può essere inserito nella relazione; si ha quindi una anomalia di inserimento. Una motivazione della presenza di questi inconvenienti è che abbiamo usato un unica relazione per rappresentare informazioni eterogenee. In particolare, nella relazione sono rappresentati gli impiegati con i relativi stipendi, i progetti con i relativi bilanci e le partecipazioni degli impiegati ai progetti con le relative funzioni. Generalizzando, possiamo trarre le seguenti conclusioni: è possibile che alcuni dati siano ripetuti in diverse tuple senza aggiungere informazioni significative; se alcune informazioni sono ripetute in modo ridondante, il relativo aggiornamento deve essere ripetuto per ciascuna occorrenza dei relativi dati; la cancellazione di una tupla, motivata dal fatto che non è più valido un insieme di attributi da essa espressi, può comportare l eliminazione oltre che di tutti i dati in questione, anche di quelli che conservano la loro validità e sono ancora dati di interesse; non è possibile l inserimento di informazioni relative ad uno sola parte degli attributi della tupla senza inserire anche gli altri attributi in modo di costituire una tupla completa (o almeno la sua chiave primaria in cui non sono ammessi valori nulli). Dipendenze funzionali Serviamoci ancora dell esempio in figura 1 per introdurre un nuovo concetto. Abbiamo osservato che lo stipendio di ciascun impiegato è unico e quindi, ogni volta che in una tupla della relazione compare un certo impiegato, il valore del suo stipendio rimane sempre lo stesso. Possiamo cioè dire che il valore dell attributo impiegato determina il valore dell attributo stipendio o, in maniera più precisa, che esiste una funzione che associa ad ogni elemento del dominio dell attributo impiegato che compare nella relazione un solo elemento del dominio dell attributo stipendio. Un discorso analogo si può fare per il legame che intercorre tra gli attributi progetto e bilancio perché il progetto determina il valore del bilancio del progetto stesso e perciò tutte le volte che nella relazione compare un progetto, il bilancio ad esso associato è sempre lo stesso. Questo concetto può essere formalizzato come segue: DEFINIZIONE 1 (Dipendenza funzionale FD). In una relazione R(A,B,C) l insieme B degli attributi dipende funzionalmente dall insieme A se ad ogni valore di A corrisponde, all interno di una relazione, sempre lo stesso valore di B. Si determina quindi un rapporto biunivoco tra i valori di A e quelli di B, per cui è sufficiente conoscere il valore di A per determinare quello assunto da B. Nell esempio preso in considerazione possiamo dunque dire che esistono le FD:

3 Matricola impiegato stipendio e Nome Impegato Codice progetto bilancio e Nome progetto Abbreviazione funzione DEFINIZIONE (Prima forma normale 1FN). Una relazione è in prima forma normale se tutte le tuple della relazione contengono lo stesso numero di attributi; gli attributi sono atomici; i valori che compaiono in un attributo sono dello stesso tipo, cioè appartengono allo stesso dominio; ogni riga è diversa da tutte le altre, cioè non ci possono essere due tuple con gli stessi valori nelle colonne; l ordine con il quale le tuple compaiono in tabelle è irrilevante. DEFINIZIONE 4 (Seconda forma normale 2FN). Una relazione è in seconda forma normale se è in prima forma normale e tutti gli attributi non chiave dipendono funzionalmente dall'intera chiave primaria e non da una parte di essa (*). (*) Chiave primaria composta Secondo tale forma si vuole non rappresentare due entità distinte in una singola relazione. Nel nostro esempio Stipendio dipende SOLO da MatricolaImpegato (che è solo una parte della chiave primaria) DEFINIZIONE 5 (Terza forma normale 3FN). Una relazione è in terza forma normale se essa è in seconda forma normale e tutti gli attributi che non sono chiavi dipendono direttamente dalla chiave, cioè non possiede attributi non-chiave che dipendono da altri attributi non-chiave. Nel nostro esempio il campo non-chiave Abbreviazione dipende da Funzione, che è un altro attributo non-chiave In definitiva la relazione iniziale, in seguito al processo di normalizzazione, viene scomposta nelle seguenti relazioni, che sono in 3FN: MatrImp NomeImpiegato Stipendio M001 Esposito M003 Arturi M007 Devoto M002 Carbone M005 Buoni Codprog Progetto Bilancio P001 Sparta 80000

4 P002 Atene P004 Alessandria Funzione Architetto Collaudatore Ingegnere Presidente Tecnico Abbreviaz Arch. Coll. Ing. Pres. Tecn. MatrImp Codprog Funzione M001 P001 Architetto M001 P002 Collaudatore M003 P001 Ingegnere M003 P004 Presidente M003 P002 Ingegnere M007 P004 Collaudatore M007 P001 Collaudatore M002 P001 Presidente M002 P002 Architetto M005 P004 Tecnico VERIFICA LA TUA COMPRENSIONE ESERCIZIO: Normalizzare la relazione seguente: CodMerce Descrizione Magazzino Prezzo Quantita LoogoMag M001 Frullatore Unieuro Novara M001 Frullatore Unieuro Magenta M003 Tostapane Unieuro Arona M003 Tostapane Unieuro Alessandria M003 Tostapane Unieuro Magenta M007 Lavatrice Unieuro Novara M007 Lavatrice Unieuro Magenta M002 Microonde Unieuro Arona M005 Fornello a gas Unieuro Arona

5 SOLUZIONE QUESITO 3 TEMA ESAME 2015 Si consideri la seguente tabella: Cognome Nome Telefono Livello Tutor Tel-tutor Anticipo versato Verdi Luisa avanzato Bianca Neri Enrico avanzato Carlo Rosi Rosa base Alessio Bianchi Paolo base Carlo Rossi Mario base Carlo Neri Enrico complementi Dina Il candidato verifichi le proprietà di normalizzazione e proponga uno schema equivalente che rispetti la 3^ Forma Normale, motivando le scelte effettuate. Una soluzione normalizzata sara : Tabella CORSISTA idcorsista Cognome Nome Telefono Tabella CORSO idcorso nomecorso id_livello Tabella LIVELLO_CORSO Idliv Livello Tabella TUTOR (supponendo 1corso -> 1 tutor e 1tutor ->1 corso cioe associazione 1:1) idtutor CognomeT NomeT telefono id_corso Tabella CORSISTA_FREQUENTA_CORSO id_corsista id_corso anticipo_versato