MATERIAL INSTRUCCIONAL DE APOYO

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA VICERRECTORADO ACADÉMICO AREA: INGENIERÍA / CARRERA: INGENIERÍA DE SISTEMAS MATERIAL INSTRUCCIONAL DE APOYO NOMBRE: BASE DE DATOS Código: 311 U.C. : 04 CARRERA: SEMESTRE: AUTOR: Ingeniería de Sistemas Código: 236 V Ing. Juana B. Marrero Colmenares (Especialista de Contenido) ASESORES : Ing. Judit Carvallo (Coordinadora de la Carrera) Lic. Carmen Velásquez (Evaluadora) Prof. Antonio Alfonzo ( Diseñador Instruccional) Caracas, Octubre 2006

2 NORMALIZACIÓN EN BASE DE DATOS RELACIONALES El objetivo del diseño de una base de datos relacional es la concepción de un conjunto de esquemas relacionales que permita almacenar la información sin redundancia innecesaria, por lo tanto con la propuesta original de Boyce-Codd (1972), un esquema de relación se somete a una serie de pruebas para "certificar si pertenece o no a una cierta forma normal y así alcanzar las propiedades deseables de 1) minimizar la redundancia 2) minimizar las anomalías de inserción, eliminación y actualización en una base de datos 1. En un principio, Boyce-Codd propuso tres formas normales, a las cuales llamó primera, segunda y tercera formas normales (1FN, 2FN, 3FN). Posteriormente, planteó una definición más estricta de 3FN, a la que se conoce como forma normal de Boyce-Codd (FNBC). Todas estas formas normales se basan en las dependencias funcionales entre los atributos de una relación. Más adelante se propusieron una cuarta forma normal (4FN) y una quinta (5FN), con fundamento en los conceptos de dependencias multivaluadas y dependencias de reunión, respectivamente. En esta unidad se presenta lo referente a la dependencia funcional y luego se expone la primera, segunda y tercera forma normal. Por último se enfoca lo relacionado a una cuarta y una quinta forma normal (4FN y 5FN). Objetivo de la Unidad 5: Aplicar las técnica de Normalización en el diseño de una base de datos relacional Contenido de la Unidad 5: El contenido contempla el estudio de los siguientes puntos: Dependencias funcionales. Formas normales basadas en claves primarias. Definiciones generales de la segunda y tercera forma normal Forma normal de Boyce Codd. Algoritmos para el diseño de esquemas de base de datos relacionales Dependencia multivaluadas y cuarta forma normal Dependencia de reunión y quinta forma normal Dependencia de inclusión Otras dependencias y formas normales 1 Este punto de anomalías de actualización se pueden estudiar en el capítulo 14 sección del libro texto UNA: Fundamento de Sistemas de Bases de Datos.

3 Instrucciones y Recomendaciones para el estudio del contenido de la unidad Esta sección comienza con un análisis de algunos criterios para distinguir si los esquemas de relación poseen ciertas características deseables, de manera que ayude a los usuarios a comprender con claridad el significado de los datos en el diseño de la base de datos. Luego se definen y se analizan las propiedades de la dependencia funcional, que es la primera herramienta para medir formalmente la idoneidad de las agrupaciones de atributos en los esquemas de relaciones. Seguidamente se expondrá el uso de las dependencias funcionales para agrupar atributos en esquema de relación para que estén en una forma normal, conduciendo de esta manera a estudiar el proceso de normalización, presentando para este proceso las tres primeras formas normales y la forma normal de Boyce-Codd. Posteriormente se explican varios algoritmos de normalización basados sólo en dependencias funcionales, de igual manera, se estudiarán las dependencias multivaluadas empleadas para definir la cuarta forma normal y las dependencias de reunión que dan lugar a la definición de la quinta forma normal. 2.- La siguiente tabla lo guiará en la lectura que debe realizar para la comprensión del tema tratados en esta unidad, donde hace referencia a los capítulos, secciones, títulos y páginas correspondiente al libro-texto de la asignatura.

4 TEMA MATERIAL DE REFERENCIA CÁPI- TULO SEC- CIÓN TÍTULO PÁGINAS Normalización en base de datos relacional Libro-Texto: Fundamentos de Sistemas de Bases de Datos Dependencias funcionales Formas normales basadas en claves primarias Definiciones generales de la segunda y tercera formas normales Forma normal de Boyce_Codd Algoritmos para el diseño de esquemas de bases de datos relacionales Dependencias multivaluadas y cuarta forma normal Dependencia de reunión y quinta forma normal Dependencia inclusión de Otras dependencias y formas normales Con el objeto de tener una visión conceptual de lo que significa Normalización y poder definirlo con sus propias palabras, estudie la sección donde se expone una introducción a la normalización. 4.- Es importante entender la incidencia de los procesos de normalización en las bases de datos relacional, para ello responda las siguientes preguntas: Por qué la teoría de normalización es un método que se aplica en el diseño de una base de datos relacional?

5 Cuál es el objetivo y las ventajas de usar el proceso de normalización en una base de datos relacional? En que consiste el proceso de normalización? Confronte sus respuestas con sus compañeros de estudio y en caso de dudas consulte al asesor de su Centro local. 5.- Estudie los capítulos Nº 14 y 15 del libro-texto de la asignatura y luego lo invitamos a responder las preguntas que se le presentan a continuación: De las preguntas de repaso, que se encuentran al final de los capítulos Nº 14 y 15 del libro-texto de la asignatura, responda las siguientes: 14.6 al del capítulo a la del capítulo 15 Explique qué establece la regla de la primera, segunda, tercera y cuarta forma normal. Explique con un ejemplo sencillo como se lleva una relación a la primera, segunda tercera y cuarta forma normal. 6.- De los ejercicios que se encuentran al final de los capítulos Nº 14 y 15, resuelva los siguientes: y al del capítulo , al del capítulo Se recomienda usar un mapa conceptual como estrategia de aprendizaje, para una mejor comprensión y asimilación de los conceptos, a fin de aplicarlos en la resolución de los procesos de normalización. 8.- Para avanzar un poco más a continuación le presentamos algunos puntos que le servirán de ayuda para ampliar lo estudiado hasta hora. La teoría de la normalización La teoría de normalización consiste en realizar un conjunto de restricciones para evitar: La redundancia de los datos: repetición de datos en un sistema. La anomalías de actualización 2, las cuales son: 2 Un ejemplo de cada anomalía de actualización se presenta en el capítulo 14 del libro-texto: Fundamento de Sistemas de Bases de Datos.

6 o Anomalías de inserción: imposibilidad de adicionar datos en la base de datos debido a la ausencia de otros datos. o Anomalías de eliminación: pérdidas no intencionadas de datos debido a que se han borrado otros datos. o Anomalías de modificación: inconsistencias de los datos como resultado de datos redundantes y actualizaciones parciales. La teoría de normalización tiene como fundamento el concepto de formas normales y estas son definidas como las técnicas empleadas para prevenir las anomalías en las relaciones (tablas). Dependiendo de su estructura, una relación (tabla) puede estar en primera forma normal, segunda forma normal o en cualquier otra, pero siempre cumpliendo ciertas condiciones preestablecidas. Por ejemplo decimos que una relación está en segunda forma normal (2FN) sí y solo sí está en primera forma normal (1FN) y estará en tercera forma normal sí y solo sí está en 2FN. Relación entre las formas normales: 9.- A continuación se presentan algunos ejemplos para ilustrar las formas normales, cuando se aplica operaciones de Normalización: Ejemplo 5.1 Primera forma normal (1FN): Se dice que una relación se encuentra en primera forma normal (1FN) si y solo si cada uno de los dominios de un atributo contiene solo valores atómicos es decir, los elementos del dominio solo son unidades simples e indivisibles. Por ejemplo consideremos el siguiente esquema de relación CURSO:

7 CÓDIGO-PARTICIPANTE NOMBRE-PARTICIPANTE NOMBRE-CURSO 1 Marcos Inglés 2 Lucas Contabilidad, Informática 3 Marta Inglés, Contabilidad Se puede observar que el registro código 1 si cumple la primera forma normal, cada atributo del registro contiene un único dato, pero no ocurre así con la tupla 2 y 3 ya que el atributo NOMBRE-CURSO contiene más de un dato cada uno. La solución en este caso es crear dos tablas del siguiente modo: Tabla A CÓDIGO-PARTICIPANTE NOMBRE-PARTICIPANTE 1 Marcos 2 Lucas 3 Marta Tabla B CÓDIGO-PARTICIPANTE NOMBRE-CURSO 1 Inglés 2 Contabilidad 2 Informática 3 Inglés Informática 3 Como se puede comprobar ahora todos los registros de ambas tablas contienen valores únicos en sus atributos, por lo tanto ambas tablas cumplen la Primera Forma Normal (1FN). Una vez normalizada la tabla en 1FN, podemos pasar a la segunda forma normal. Ejemplo 5.2

8 Segunda forma normal (2FN) Una relación R se encuentra en Segunda Forma Normal, cuando cumple con las reglas de la primera forma normal y todos sus atributos que no son claves dependen por completo de la clave definida. Antes de proceder a realizar el proceso de normalización a una relación (tabla) lo primero que se debe definir es la clave, esta clave deberá contener un valor único para cada registro (no podrán existir dos valores iguales en toda la tabla) y podrá estar formado por un único atributo o por un grupo de atributos. Si todos los atributos de la entidad dependen directamente de la clave se dice que la relación está en 2FN. Supongamos que construimos una tabla con los años que cada empleado ha estado trabajando en cada departamento de una empresa: CÓDIGO-EMPLEADO CÓDIGO-DPTO. NOMBRE DEPARTAMENTO AÑOS 1 6 Juan Contabilidad Pedro Sistemas Sonia Venta Verónica Sistemas Pedro Contabilidad 5 Tomando como punto de partida que la clave de esta tabla está formada por los atributos CÓDIGO-EMPLEADO y CÓDIGO-DPTO y podemos observar que la tabla se encuentra en primera forma normal, por tanto vamos a estudiar la 2FN: El atributo NOMBRE no depende funcionalmente de toda la clave, sólo depende del CÓDIGO-EMPLEADO. El atributo DEPARTAMENTO no depende funcionalmente de toda la clave, sólo del CÓDIGO-DPTO. El atributo AÑOS (representa el número de años que cada empleado ha trabajado en cada departamento) depende funcionalmente de la clave CÓDIGO- EMPLEADO y del CÓDIGO-DPTO Por tanto, al no depender de la clave todos los atributos, la tabla no está en segunda forma normal, la solución es la siguiente: Tabla A CÓDIGO-EMPLEADO NOMBRE 1 Juan 2 Pedro 3 Sonia 4 Verónica Tabla B CÓDIGO-DPTO DEPARTAMENTO 2 Ventas 3 Sistemas 6 Contabilidad

9 Tabla C CÓDIGO-EMPLEADO CÓDIGO-DPTO AÑOS Podemos observar que ahora si se encuentran las tres tabla en segunda forma normal, considerando que la tabla A tiene como clave el campo CÓDIGO- EMPLEADO, la tabla B CÓDIGO-DPTO y la tabla C una clave compuesta por los atributos CÓDIGO-EMPLEADO y CÓDIGO-DPTO. Ejemplo 5.3 Tercera forma normal (3FN) Se dice que una tabla está en tercera forma normal sí y solo sí está en 2FN y los atributos de la tabla dependen únicamente de la clave, dicho en otras palabras los atributos de las tablas no dependen unos de otros. Tomando como referencia el primer ejemplo, supongamos que cada alumno sólo puede realizar un único curso a la vez y que deseamos guardar en que aula se imparte el curso, se puede plantear la siguiente estructura: CÓDIGO-ESTUDIANTE NOMBRE-ESTUDIANTE NOMBRE-CURSO AULA 1 Marcos Informática Aula A 2 Lucas Inglés Aula B 3 Marta Contabilidad Aula C Estudiemos la dependencia de cada campo con respecto a la clave CÓDIGO- ESTUDIANTE: NOMBRE-ESTUDIANTE depende directamente del CÓDIGO-ESTUDIANTE. NOMBRE-CURSO depende de igual modo del CÓDIGO-ESTUDIANTE. El AULA, aunque en parte también depende del CÓDIGO-ALUMNO, está mas ligado al NOMBRE-CURSO que el estudiante está realizando.

10 Por esta última razón se dice que la tabla no está en 3FN. La solución sería la siguiente: Tabla A CÓDIGO-ESTUDIANTE NOMBRE-ESTUDIANTE NOMBRE-CURSO 1 Marcos Informática 2 Lucas Inglés 3 Marta Contabilidad Tabla B NOMBRE-CURSO AULA Informática Aula A Inglés Aula B Contabilidad Aula C Una vez conseguida la Segunda forma normal (2FN), se puede estudiar la cuarta forma normal (4FN). Ejemplo 5.4 Cuarta forma normal (4FN) Una tabla está en 4FN sí y sólo sí para cualquier combinación clave - atributo no existen valores duplicados. Veamos con un ejemplo: Geometría FIGURA COLOR TAMAÑO Cuadrado Rojo Grande Cuadrado Azul Grande Cuadrado Azul Mediano Círculo Blanco Mediano Círculo Azul Pequeño Círculo Azul Mediano

11 Comparemos ahora la clave FIGURA con el atributo TAMAÑO, podemos observar que Cuadrado y Grande están repetidos; igual pasa con Círculo y Azul, entre otras. Estas repeticiones son las que se deben evitar para tener una tabla en 4FN. La solución en este caso sería la siguiente: Tamaño FIGURA TAMAÑO Cuadrado Grande Cuadrado Mediano Círculo Mediano Círculo Pequeño Color FIGURA COLOR Cuadrado Rojo Cuadrado Azul Círculo Blanco Círculo Azul Ahora si tenemos nuestra base de datos en 4FN. 8.- Si desea profundizar en los aspectos involucrados en esta Unidad 5, se sugiere que consulte los siguientes textos que se encuentran en la biblioteca de la UNA: Consulta de libros Fundamentos de bases de datos (1998). Tercera edición, de Henry F. Korth, S. Sudarshan y Abraham Silberschatz. Introducción a los Sistemas de bases de datos (1998), Quinta edición, C. J. Date. 9.- Una vez culminado el estudio de la Unidad 5, proceda a realizar el siguiente ejercicio, luego compruebe sus respuestas con la dada en la Respuesta a los ejercicios de autoevaluación, en caso de no coincidir, estudie nuevamente el tópico en el cual desacertó. Ejercicio de autoevaluación Suponga que se tiene la siguiente relación para una base de datos, la cual corresponde al registro de vuelo de una agencia de viaje:

12 VUELO NÚMEROV CÓDIGOA CÓD-AVIÓN NOMBREA UBICACIÓNA CLASEA SIGLAA HORAP HORALL Donde: NÚMEROV = número de vuelo CÓDIGOA = Código del aeropuerto CÓD-AVIÓN = Código del avión NOMBREA = Nombre del aeropuerto UBICACIÓNA = Ubicación del aeropuerto CLASEA = Clase de Avión SIGLAA = Sigla del avión HORAP = Hora de partida HORALL = Hora de llegada Aplique la técnica de normalización y lleve la siguiente relación a la segunda forma normal (2FN): Muestre los esquemas de las relaciones resultantes. Especifique los atributos clave de cada relación Resuelva la actividad propuesta que se presenta a continuación: Ejercicio o actividad propuesta Considere la relación para libros publicados: LIBRO (Título-libro, NombreAutor, Tipo-libro, ListaPrecios, Afil-autor, Editor) Afil-autor se refiere a la afiliación del autor, suponga que se dan las siguientes dependencias: Título-libro Editor, Tipo-libro Tipo-libro ListaPrecio NombreAutor Afil-autor Aplique la normalización hasta que ya no puedan descomponerse las relaciones, Explique las razones para cada descomposición. VUELO Respuesta al ejercicio de autoevaluación NÚMEROV CÓDIGOA CÓD- AVIÓN HORAP HORALL CLAVE

13 AEROPUERTO CÓDIGOA NOMBREA UBICACIÓNA CLAVE AVIÓN CÓD-AVIÓN CLAVE CLASEA SIGLAA FIN DE LA UNIDAD 5