Universidad Nacional del Sur Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación Análisis y Diseño de Sistemas 1er.Cuatrimestre de 2007.

Transcripción

1 Normalización Análisis y Diseño de Sistemas Clase 16 Normalización Lic. María Mercedes Vitturini 1er. CUATRIMESTRE 2007 Es un proceso que se aplica sobre los almacenamientos y que permite determinar una mejor organización de almacenamientos lógicos. Toma la definición de un almacenamiento y a través de una serie de test verifica que se satisfaga una determinada forma normal. (Codd 1972). La normalización se basa en los conceptos de dependencia funcional y llave primaria. Dpto. Ciencias e Ingeniería de la Computación Universidad Nacional del Sur Análisis y Diseño de Sistemas - Clase 16 2 Dependencias Funcionales Se dice que un atributo B de una relación R (o almacenamiento) depende funcionalmente del atributo A de R, si en todo instante de tiempo, cada valor de A no tiene más de un atributo asociado de B en la relación R. B depende funcionalmente de A A identifica a B. Notación: Si B depende funcionalmente a A, A B Un atributo puede depender funcionalmente de un conjunto de atributo: AB C artículo_código artículo_precio + artítculo_descripción. reserva_número reserva_fecha + cliente_número + vuelo_número persona_tipodoc + persona_nrodoc persona_nombre + persona_apellido + persona_fechanac. alumno_legajo + materia_código + fecha_examen examen_nota. Análisis y Diseño de Sistemas - Clase 16 3 Análisis y Diseño de Sistemas - Clase 16 4 Llave de una Relación Un conjunto de atributos A en una relación R constituyen una clave ó llave si todos los atributos de R dependen funcionalmente de A. Esto es, A R, y no existe ningún subconjunto A, A A tal que A determine funcionalmente a R. Ejemplo Artículos (AD+ED) = artículo_código + artículo_descripción + artículo-precio. Llave de una Relación Una relación R puede tener más de un conjunto de atributos que sean llaves de R. Generalmente, se selecciona uno de ellos y se lo denota como llave primaria. Ejemplo: Alumnos (AD+ED) = alumno_registro + alumno_nombre + alumno_dni + alumno_apellido + alumno_nombre Cuál es la llave? Análisis y Diseño de Sistemas - Clase 16 5 Análisis y Diseño de Sistemas - Clase

2 Observaciones Los conceptos de normalización están formalmente definidos para el modelo de datos relacional, que acompañó a los desarrollos estructurados. En este curso se presenta al modelo de datos relacional intuitivamente. Informalmente, el concepto de relación se relaciona con el concepto de almacenamiento de datos. Es equivalente hablar del almacenamiento personas o de la relación personas. Atributos Primos y No primos DEFINICIONES PREVIAS Un atributo A de una relación R es No Primo si no forma parte de ninguna de las llaves de R. Caso contrario se dice Pi Primo. Análisis y Diseño de Sistemas - Clase 16 7 Análisis y Diseño de Sistemas - Clase 16 8 Ejemplo Alumnos (AD + ED) = alumno_nroregistro + alumno_tipodoc + alumno_nrodoc + alumno_apellido + alumno_nombre. Llaves: alumno_nroregistro alumno_tipodoc + alumno_nrodoc. Atributos primos: alumno_nroregistro, alumno_tipodoc, alumno_nrodoc. Atributos no primos: alumno_apellido, alumno_nombre. Dependencia Funcional Total Un atributo o conjunto de atributos B de una relación R se dice que depende funcionalmente en forma total de otro conjunto de atributos A de la relación R, si B depende funcionalmente de la totalidad de A, pero de ningún subconjunto de A. Ejemplo: AB C Si C depende funcionalmente en forma total A C B C Análisis y Diseño de Sistemas - Clase 16 9 Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Dependencias funcionales totales: materia_código materia_nombre. alumno_nroregistro + materia_código + examen_fecha examen_nota. Dependencias funcionales parciales: materia_código + alumno_lu materia_nombre. pelicula_código+ socio_número socio_apellido + socio_nombre. Normalización Las formas normales son: Primera, Segunda, Tercera y de Boyce Codd. Buscan una estructura lógica de los datos que minimice los problemas de diseño: Repetición de información. Incapacidad para representar información. Se basa en los conceptos: Llave (o clave primaria) de los almacenamientos Dependencia funcional entre atributos del almacenamiento. Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase

3 Problemas de Diseño Ejemplo: supongamos la siguiente definición en el diccionario de datos: Personas (AD+ED) = persona_tipodocumento + persona_nrodocumento + persona_apellido + persona_nombre + ciudad_códigopostal + ciudad_nombre Problemas Repetición de información: si la mayoría de las personas son de Bahía Blanca, tendríamos que repetir la información Bahía Blanca tantas veces como personas. Algunos problemas derivados: Qué pasa si necesitamos cambiar el nombre de la ciudad? Qué se hace con el caso Coronel Suárez? Tipo Doc Nro. Doc Apellido Nombre Cod. Postal Nombre Localidad DNI Díaz Alberto 8000 Bahía Blanca DNI Suárez Patricia 8000 Bahía Blanca DNI Lino Lucas 8000 Coronel Suárez DNI Cané María 8102 Punta Alta Incapacidad para representar información: si se conoce el código postal de Viedma, pero no hay en el almacenamiento alguna persona de Viedma, cómo guardar este dato en el sistema? Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Formas Normales Para determinar la forma normal que respeta un almacenamiento es necesario plantear todas las dependencias funcionales entre sus atributos. La corrección de diseño de un almacenamiento que no respetan una forma normal dada será a través de descomponerlo en dos o más almacenamientos. Primer Forma Normal (1FN) Definición: Un esquema de relación respeta la Primer Forma Normal (1FN) si no existen atributos o grupos de atributos que se repiten dentro del esquema. Esta forma normal pide que el dominio de todos los atributos sea atómico. Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Respeta la 1FN: Clientes (AD+ED) = cliente_número + cliente_tipodoc + cliente_dni + cliente_apellido + cliente_nombre + localidad_cp + localidad_nombre. No respeta 1FN: Inscripciones (AD+ED) = alumno_registro + alumno_nombre + 0 {materia_código + materia_nombre + inscripción_fecha + inscripción_resultado} n Segunda Forma Normal Definición: Un esquema de relación respeta la Segunda Forma Normal (2FN), si: Respeta la 1FN y Todos los atributos no primos del esquema de relación dependen d totalmente t t de la clave (no de un subconjunto de ellos). Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase

4 Respetan la 2FN: Materias (AD+ED) = materia_código + materia_nombre. materia_código materia_nombre. Personas (AD+ED) = persona_id + persona_nombre + localidad_ códpostal + localidad_ nombre Persona_id persona_nombre, localidad_códpostal, localidad_nombre Para reflexionar Todo almacenamiento (o relación) cuyas llaves candidatas están formadas por un único atributo siempre va a respetar la 2FN. No respeta la 2FN: Alumnos (AD+ED) = alumno_nroregistro + carrera_código + carrera_nombre. carrera_código carrera_nombre Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Tercer Forma Normal (3FN) Definición 1: Un esquema de relación respeta la Tercer Forma Normal (3FN) si: Está en 2FN y No existen dependencias entre atributos no primos. Definición 2: Un esquema de relación está en la Tercer Forma Normal (3FN) si respeta la 2FN y no existen dependencias transitivas de la llave entre atributos no primos. Respeta la 3FN: Materias (AD+ED) = materia_código + materia_nombre + departamento_código. materia_código materia_nombre + departamento_código. No respeta la 3FN: Materias (AD+ED) = materia_código + materia_nombre + departamento_código + departamento_nombre. materia_código materia_nombre + departamento_código. departamento_código departamento_nombre Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Descomposiciones normalizadas Los almacenamientos (o relaciones) que no respetan la 3FN no responden a un buen diseño de datos. Tienen problemas de: Redundancia de información. Inconsistencias. Anomalías de inserción y de borrado. La solución a un problema de diseño de datos es encontrar una descomposición mejor. Descomposiciones normalizadas Supongamos ahora la siguiente definición para un almacenamiento Dicta, que mantiene información de los docentes y las materias que dictan cada año: Dictan (AD+ED) = prof_legajo + prof_nombre + prof_domicilio + 0 {mat_código + dicta_año + mat_nombre + dpto_código + dpto_nombre} n Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase

5 Primer Forma Normal El almacenamiento Dictan NO RESPETA LA 1FN: Existen atributos no atómicos. En este caso por cada docente se mantiene un grupo repetitivo con las materias que dicta. Para contar con un modelo de datos que respete la 1FN, la solución es descomponer. Descomposición en 1FN Si un esquema no respeta la 1FN se debe descomponer en dos esquemas. Uno con todos los datos que no pertenecen al grupo repetitivo. Uno con el grupo que se repite al que se le agrega la clave del esquema del inciso anterior. Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Descomposición en 1FN Dictan 1 = prof_legajo + prof_nombre + prof_domicilio. Dictan 2 = prof_legajo + mat_código + dicta_año + mat_nombre + dpto_código + El almacenamiento Dictan 1 Dictan 1 (AD+ED) = prof_legajo + prof_nombre + prof_domicilio. Clave: prof_legajo. Atributos primos: prof_legajo. Atributos no primos: prof_nombre, prof_domicilio. Dependencias Funcionales: prof_legajo prof_nombre + prof_domicilio. Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase El almacenamiento Dictan 2 Dictan 2 (AD+ED)= prof_legajo + mat_código + dicta_año + mat_nombre + dpto_código + dpto_nombre Clave: prof_legajo + mat_código + dicta_año. Atributos primos: prof_legajo, mat_código, dicta_año Atributos no primos: mat_nombre, dpto_código, dpto_nombre Dependencias Funcionales: Prof_legajo + dicta_año + mat_código mat_nombre + dpto_código + mat_código mat_nombre + dpto_código. dpto_código Segunda Forma Normal Dictan 1 respeta la 2FN ya que la clave esta formada por un único atributo. Dictan 1 (AD+ED) = prof_legajo + prof_nombre + prof_domicilio. Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase

6 Segunda Forma Normal Dictan 2 NO RESPETA la 2FN. Dictan 2 (AD+ED)= prof_legajo + mat_código + dicta_año + mat_nombre + dpto_código + Clave: prof_legajo, mat_código, dicta_año. año Dependencias funcionales: mat_código mat_nombre + dpto_código. Los atributos no primos: mat_nombre, dpto_código y dpto_nombre dependen parcialmente de la clave. Descomposición en 2FN La solución para un almacenamiento que no respeta la 2FN es descomponer: En un almacenamiento con la llave primaria y todos aquellos atributos que dependen totalmente de la clave primaria (si los hubiera). Otro almacenamiento con los atributos que dependen de parte de la llave, junto con la parte de la clave que ocasiona la dependencia. Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Descomposición en 2FN Dictan 2 (AD+ED)= prof_legajo + mat_código + dicta_año + mat_nombre + dpto_código + Dictan 21 (AD+ED) = prof_legajo + mat_código + dicta_añoaño Dictan 22 (AD+ED)= mat_código + mat_nombre + dpto_código + dpto_nombre El almacenamiento Dictan 21 Dictan 21 (AD+ED) = prof_legajo + mat_código + dicta_año Clave: prof_legajo + mat_código + dicta_año. Atributos primos: prof_legajo, mat_código, dicta_año. Atributos no primos: no posee. Dependencias Funcionales: no posee Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase El almacenamiento Dictan 22 Dictan 22 (AD+ED)= mat_código + mat_nombre + dpto_código + Clave: mat_código. Atributos primos: mat_código. Atributos no primos: mat_nombre, dpto_código, Dependencias Funcionales: mat_código mat_nombre + dpto_código dpto_código dpto_nombre Tercer Forma Normal El almacenamiento Dictan 21 respeta la 3FN ya que no posee ningún atributo que no forme parte de la clave, por lo tanto no existen dependencias entre atributos no primos. Dictan 21 (AD+ED)= prof_legajo + mat_código + dicta_año Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase

7 Tercer Forma Normal El almacenamiento Dictan 22 NO RESPETA 3FN. Existe una dependencia funcional entre los atributos no primos dpto_código y Ninguno de ellos forma parte de la clave mat_código. La solución está en descomponer al almacenamiento Dictan 22 Descomposición 3FN Si un almacenamiento no respeta la 3FN, corresponde descomponerlo en dos esquemas. Un esquema con la clave primaria y todos aquellos atributos que dependen totalmente de la clave primaria (sin incluir el que depende transitivamente). Otro esquema con los atributos participan de la dependencia que viola la 3FN. En el ejemplo: Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Descomposición en 3FN Dictan22 (AD+ED)= mat_código + mat_nombre + dpto_código + Dictan 221 (AD+ED)= mat_código + mat_nombre + dpto_código Dictan 222 (AD+ED)= dpto_código + dpto_nombre El almacenamiento Dictan 221 Dictan 221 (AD+ED) = mat_código + mat_nombre + dpto_código. Clave: mat_código. Atributos primos: mat_código Atributos no primos: mat_nombre, dpto_código. Dependencias Funcionales: mat_código mat_nombre + dpto_código Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase El almacenamiento Dictan 3221 Dictan 222 (AD+ED)= dpto_código + dpto_nombre Clave: dpto_código. Atributos primos: dpto_código Atributos no primos: Dependencias Funcionales: dpto_código dpto_nombre Descomposición en 3FN Dictan 1 (AD+ED)= prof_legajo + prof_nombre + prof_domicilio. Dictan 21 (AD+ED)= prof_legajo + mat_código + dicta_año. Dictan 221 (AD+ED)= mat_código + mat_nombre + dpto_código. Dictan 222 (AD+ED)= dpto_código + Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase

8 Descomposición en 3FN con nombres significativos Profesores (AD+ED) = prof_legajo + prof_nombre + prof_domicilio. Dictan (AD+ED)= prof_legajo + mat_código + dicta_año. año Materias (AD+ED)= mat_código + mat_nombre + dpto_código Departamentos (AD+ED) = dpto_código + Impacto en los modelos del Análisis Estructurado Luego de normalizar revisar los modelos: En el Diccionario de datos: Se reemplazan las definiciones de los almacenamientos por las nuevas definiciones normalizadas. En el Diagrama de Flujos de Datos: Se reveen los diferentes niveles del DFD donde aparecen los almacenamientos que fueron normalizados y se reemplazan por los nuevos almacenamientos. Se revisan los procesos de transformación para verificar los accesos a los almacenamientos. Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Observaciones Ejercicios propuestos Es de esperar que al momento de definir los almacenamientos, se descubran problemas de normalización. Cuanto antes se corrijan los problemas de normalización menos modificaciones habrá que realizar. Normalizar las siguientes estructuras: R1 = A + B + 1{ C }n R2 = A + B + 1{ C + D} n R3 = A + B + C + D y B C R4 = A + B + C + D y C D R5 = A + B + 1{ C }n + 1{ D }n R6 = A + B + 1 { C + D + 1 { E + F }n }n Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Análisis y Diseño de Sistemas - Clase Temas de la clase de hoy Conceptos de Normalización de almacenamientos Dependencias funcionales. Claves de almacenamiento. Atributos primos y no primos. Formas normales (1FN, 2FN y 3FN) Bibliografía: Database System Concepts Abraham Silberschatz Capítulo 7 Análisis y Diseño de Sistemas - Clase