Database Normalization

วัตถุประสงค์

1. Normalization
2. Function dependency (FD)
3. ประเภทของ Function dependency
4. 1NF - First Normal Form
5. 2NF - Second Normal Form
6. 3NF - Third Normal Form
7. BCNF - Boyce-codd Normal Form
8. 4NF - Fourth Normal Form
9. 5NF - Fifth Normal Form

ความผิดพลาดที่เกิดขึ้นเมื่อไม่มีการ normalization

Insert Anomaly

จากตัวอย่างเราไม่สามารถทำการ เพิ่ม sale office ได้

Update Anomaly

ไม่สามารถ update หมายเลขโทรศัพท์เนื่องจาก sale office มีอยู่หลายที่

Deletion Anomaly

ไม่สามารถลบได้

1. Normalization

Normalization คือวิธีการใช้ในการตรวจสอบและแก้ปัญหาทางด้านความซ้ำช้อนของข้อมูล และความผิดพลาดจากการเพิ่มหรือลบข้อมูล โดยการดำเนินการให้ข้อมูลในแต่ละ Relation อยู่ในหน่วยที่เล็กที่สุด ในความสัมพันธ์

• Relation schema

ในความสำพันธ์หนึ่งๆ จะอธิบายโครงสร้างของ relation ได้จากชื่อของ relation และ attribute ต่าง ของ relation

R ( A1, A2, … An)

เช่น::

Student ( Scode, Name, Surname, Bithday, Faculty)
Course ( Ccode, SubjName, Credit, Instructor, Textbook)

2. Function dependency

Functional dependency (FD) คือความสัมพันธ์ระหว่าง attribute ใน Relation โดยมีลักษณะความสัมพันธ์คือ ข้อมูลของ attribute หนึ่ง (หรือกลุ่มหนึ่ง) ขึ้นอยู่กับค่าของ attribute หนึ่ง (หรือกลุ่มหนึ่ง) อย่างเป็นฟังก์ชัน

attribute X และ Y อยู่ใน relation R ดังนั้น X -> Y อ่านว่า Y ขึ้นตรงต่อ X อย่างเป็นฟังก์ชัน หรือ X กำหนดค่า Y

• X คือ ตัวกำหนด หรือ Determinant attribute
• Y คือ Dependent attribute

นิยาม::

X -> Y ก็ต่อเมื่อ ทุกค่าของ X ใน R สัมพันธ์กับค่าของ Y เพียงค่าเดียว นั่นคือ หากรู้ว่าค่า X เป็นอะไร ก็จะระบุค่า Y ได้

เช่น::

SCode -> SName, Faculty, Birthday
Birthday -> Age
{ อำเภอ, จังหวัด } ->  รหัสไปรษณีย์
รหัสไปรษณีย์ -> { อำเภอ, จังหวัด }

3 ชนิดของ Function dependency

• Trivial fucntion dependency

  นิยาม::

  A->B เป็น trivial function dependency ถ้า B เป็น subset ของ A
  

  เช่น::

  {Student_id,Student_name} > Student_id เป็น trivial function dependency เนื่องจาก Student_id เป็น subset ใน เซต {Student_id,Student_name}  
  {emp_id, emp_name} -> emp_name ( emp_name เป็น subset ใน {emp_id,emp_name})
  

• Non-trival function dependency

  นิยาม

  A->B  จะต้องเป็น function dependency  ที่ B ไม่อยู่ใน subset ของ A
  

  เช่น

    emp_id -> emp_name  ( emp_name ไม่ใช้ subset ใน {emp_id})  
    emp_id -> emp_address  ( emp_address ไม่ใช้ subset ใน {emp_id})
  

• Multivalued dependency

  นิยาม

  เกิดขึ้นเมือค่าของ function(x) มี dependency value  มากกว่า ค่าเดียวในตาราง
  

  เช่น

    โรงงานจักรยาน ผลิตจักรยานสี black,white ในแต่ละ model  
    bike_model ->> manuf_year  
    bike_model ->> color
  

  | bike_model | manuf_year | color | | --- | --- | --- | | M1001 | 2007 | Black | | M1001 | 2007 | Red | | M2012 | 2008 | Black | | M2012 | 2008 | Red | | M2222 | 2009 | Black | | M2222 | 2009 | Red |

4. 1NF - First Normal Form

ลักษณะของ 1NF ค่าในตารางจะต้องมีลักษณะ เป็น atomic มีค่าเดียวในแต่ละ attribute

• Each row in a table must be uniquely identifiable.
• Each column must only contain one piece of information
• No repeating columns - no two columns should contain the same data.

จัดตารางใหม่

จากตารางที่อยู่ด้านล่าง ในแต่ละ colume สามารถข้อมูลได้หลายชนิด

แยกได้เป็น

5. 2NF - Second Normal Form

• Prime attribute จำแนกค่าของ attribute ว่าค่าใดเป็น Candidate-key ถือเป็น attribute หลัก (Prime attribute)
• Non-prime attribute เป็นค่า attribute ที่ไม่ใช่ ค่า prime attribute

แยกตารางตามความสัมพันธ์ ของ prime attribute ออกมาได้ดังนี้

6. 3NF - Third Normal Form

• 3NF จะต้องอยู่ในรูปของ 2NF ก่อน การพิจารณาใน 3NF จะพิจารณาส่วนของ non-prime attribute มีความสำพันธ์ แบบ transitive dependency
  • Std_id -> City, city -> zip ดังนั้น Std_id สามารถระบุ Zip ได้โดยผ่าน attribute City

ทำให้สามารถแยกย่อยตารางได้ จาก transitive dependency

สรุป ขั้นตอน

7. BCNF - Boyce-codd Normal Form

• เป็นส่วนขยายของ 3NF โดยมีนิยามว่า::

  สำหรับ non-trival fuctional dependency ใดๆ x -> y แล้ว x จะต้องมีคุณสมบัติของ Super key

    Stu_ID → Stu_Name, Zip
    Zip → City

ตัวอย่าง 1

ตัวอย่าง 2

UNF
ORDERFORM [Order#, OrderDate, Cust#, CustName Product#, ProductDesc, QtyOrdered]

1NF
(จัดกลุ่ม เพิ่ม primariy key)
ORDERFORM [Order#, OrderDate, Cust#, CustName]
PRODUCTORDER [Order#, Product#, ProductDesc, QtyOrdered]

2NF
PRODUCT [Product#, ProductDesc]
PRODUCTORDER [Order#,Product#, Qty Ordered]
ORDERFORM [Order#, OrderDate, Cust#, CustName]

3NF
PRODUCT [Product#, ProductDesc]
PRODUCTORDER [Order#,Product#, Qty Ordered]
ORDERFORM [Order#, OrderDate, Cust#(FK)]
CUSTOMER [Cust#, CustName]