Kako načrtujemo podatkovne baze?

• Pogovorimo se s končnimi uporabniki in zberemo zahteve.
• Narišemo konceptualni E-R model (ali UML model).
• Pretvorimo E-R model v množico relacij.
• Izvedemo normalizacijo relacij (način eliminiranja podvajanja podatkov).
• Implementiramo podatkovno bazo v sistemu RDBMS.

Grafični prikaz modelov

• Podatkovno bazo, tabele in sklice lahko načrtujemo s pomočjo grafično podprtih orodij.
• Vizualizacija nam omogoča preglednejši pogled na tabele v podatkovni bazi.
• Na voljo je več orodij.
  • Odprtokodno orodje Dia
  • Googlov draw.io
• OPOZORILO: sklice med tabelami v angleščini imenujemo tudi "relationship". V slovenščino to po tradiciji malce nerodno prevedemo v "relacija" (v relacijski algebri pa velja relacija = tabela)
• Pazimo na kontekst uporabe pojma "relacija".

E-R model

Vir: Oracle

E-R model in Dia

UML model in Dia

Normalizacija

• Normalizacija je proces, pri katerem sistematično pregledamo relacije (tabele) in anomalije. Ko identificiramo anomalijo, relacijo razbijemo na dve novi.
• Med procesom normalizacije ponavadi dobimo še globlji vpogled, kakšna bo interakcija med podatki v podatkovni bazi.
• Bolje je najti probleme v podatkovni bazi v času načrtovanja kot v času operacij.
• Normalizacija nam pomaga odstraniti redundantnost zapisa podatkov.
• Ampak zato moramo morda delati več JOIN-ov.
• Včasih se zaradi učinkovitosti namerno odločimo, da ne izvedemo nekega koraka normalizacije (npr. v podatkovnih skladiščih).

Predpostavke za relacije (tabele)

• Vsaka vrstica ima za določen stolpec samo eno vrednost.
• Podatki v stolpcu so istega tipa.
• Isto ime stolpca se lahko v relaciji pojavi le enkrat.
• Vrstni red stolpcev ni pomemben.
• Nobeni dve vrstici ne smeta biti enaki.
• Vrstni red vrstic ni pomemben.

Funkcijska odvisnost

• Funkcijska odvisnost opisuje odnos med stolpci znotraj iste relacije (tabele).
• Stolpec B je funkcijsko odvisen od (enega ali več) stolpcev A1, ..., An, če lahko s pomočjo vrednosti teh stolpcev v neki vrstici impliciramo vrednost stolpca B v tej vrstici.
• Primer: številka študenta implicira študij študenta.
• Za nakazovanje funkcijske odvisnosti uporabimo simbol ->.
• Stolpec je lahko funkcijsko odvisen od kombinacije večih stolpcev.
• Primer: Solsko_leto, Predmet -> Predavatelj.
• Funkcijske odvisnosti so pogojene tako s strukturo tabel kot z naravo podatkov.

Ključ

• Ključ: eden ali več stolpcev, ki enolično določajo vrstico.
• Izbor ključev temelji na konkretni aplikaciji baze. Kaj je ključ, izvemo velikokrat iz konteksta in od uporabnikov.
• Za ključ vedno velja: Ključ -> vsi ostali stolpci.
• Obstajajo lahko funkcijske odvisnosti, ki na levi strani nimajo (samo) ključev.
• Kaj z njimi?

Vrste normalizacij

• Prva normalna oblika (1NF)
• Druga normalna oblika (2NF)
• Tretja normalna oblika (3NF)
• Boyce-Codd-ova normalna oblika (BCNF)
• Četrta normalna oblika (4NF)
• Peta normalna oblika (5NF)
• Vsaka naslednja oblika vsebuje prejšnjo.

Normalizacija

• Normalizacija v ustrezno obliko poteka na naslednji način:

  • Določimo ključe vsake tabele.
  • Določimo funkcijske odvisnosti.
  • Preverimo, ali so kršene zahteve ustrezne definicije.
  • Če pride do kršitve v neki tabeli, potem to tabelo razdelimo na dve tabeli.
  • Ponovno preverimo pogoje za izbrano obliko.
  • Če za nobeno tabelo ni kršena nobena zahteva, zaključimo.

1NF = predpostavke za relacijo

• Vsaka vrstica ima za določen stolpec samo eno vrednost.
• Podatki v stolpcu so istega tipa.
• Isto ime stolpca se lahko pojavi v tabeli le enkrat.
• Vrstni red stolpcev ni pomemben.
• Nobeni dve vrstici ne smeta biti enaki.
• Vrstni red vrstic ni pomemben.
• Primer: če se identični vrstici ponovita v neki tabeli, potem tabela že ni v 1NF.

2NF

• Nadključ (ang. superkey): katera koli skupina stolpcev, za katere ne obstajata dve vrstici z istima vrednostma v teh stolpcih. Vsi drugi stolpci so funkcijsko odvisni od stolpcev, ki določajo ključ.
• 1NF - vsi stolpci skupaj določajo nek ključ.
• (Minimalni) ključ (ang. candidate key): ključ, za katerega nobena stroga podmnožica ne predstavlja ključa.
• Primarni ključ: izbrani minimalni ključ.
• Neključni stolpec: stolpec, ki ni v nobenem minimalnem ključu.

2NF

• 1NF + nobena stroga podmnožica kakega minimalnega ključa funkcijsko ne določa kakega neključnega stolpca.
  

3NF

• Pogoj: relacija je v 2NF in nimamo tranzitivnih funkcijskih odvisnosti.
• Tranzitivne funkcijske odvisnosti:
  • iz A -> B, B -> C sledi A -> C.
    

BCNF

• Boyce-Codd-ova normalna oblika.
• Pogoj: relacija je v 3NF in za vsako funkcijsko odvisnost oblike A1, ..., An -> B velja, da stolpci A1, ..., An predstavljajo ključ.
• Torej: ne obstajajo nobene druge funkcijske odvisnosti razen od ključev.
• Običajno normaliziramo vsaj do te oblike.

Multifunkcijska odvisnost

• Multifunkcijsko odvisnost zapišemo kot A ->> B.
• Naj C predstavlja vse stolpce, razen stolpcev, določenih v A in B. Zapis (x, y, z) predstavlja "bločno" zapisano vrstico po skupinah stolpcev A, B, C.
• Če se pojavita vrstici (a, b, c) in (a, d, e), potem morata obstajati vrstici (a, b, e) in (a, d, c).

4NF

• Pogoj: relacija je v BCNF in nima multifunkcijskih odvisnosti.
• Primer: vsak predmet (Course) ima predpisan nabor knjig (Book) in nabor predavateljev (Lecturer).
  
• Izbira knjig za predmet je neodvisna od izbir predavatelja, zato dodajanje knjige (ali predavatelja) zahteva dodajanje ustreznih kombinacij.
• Course ->> Book, Course ->> Lecturer

Ostale oblike

• Ostalih višjih normalnih oblik si ne bomo ogledali.
• Slike tabel v angleščini so pridobljene iz Wikipedie (licenca Creative Commons).