Дәріс 6 . Ақпараттық жүйелердің динамикалық бейнеленуі .

6.1 Қатынастарды нормалды формаға келтіру.

ЭАЖ-ң берілгендер қорын жобалаудың негізгі мәселесі-қатынастар (немесе басқа АҚБ)

санын анықтау.

Атрибуттарды жиыны алдын ала тіркелмеген қатынастарға топтаудың мәселесі шешімнің көптеген варианттарын мүмкін етеді.Топтаудың тиімді варианттары келесі талаптарға жауап беруі тиіс:

-Қатынастар жиыны ақпаратты сипаттаудың минималды жиынын қамтамасыз етуі керек;

-Қатынастарды түзету ақпараттың жоғалуына немесе қосмағыналықтың пайда болуына жол бермеуі керек;

-Берілгендер қорына жаңа атрибуттарды қосу немесе қосмағыналықтың пайда болуына жол болуы тиіс.

Бұл талаптардың орындалуы берілгендер қорын нормалдау арқылы жүзеге асады.Нормалдау-бұл бастапқы қатынастың басқа,одан да майда және қарапайым қатынастарға бөліну процесі.Оның орындалу барысында атрибуттар арасындағы барлық функционалдық байланыстар анықталады.

Қатынастардың 5 нормалды түрі белгілі.

Олардың әрқайсысы мүмкін функционалдық байланыстардың түрін шектейді.Нормалды форманың номері жоғары болған сайын сәйкес қатынаста сақталатын мәндерге қойылатын шектеулер арта түседі.

Релякциялы берілгендер қоры жалпы оның барлық қатынастары 1НФ-ҒА СӘЙКЕС КЕЛСЕ,Бірінші нормалды формамен (1НФ) сипатталады.Ақпараттың құраушы бірліктері(АҚБ) формасындағы берілгендерді 1НФ-ға келтіру барлық уақытта мүмкін.

6.2Функционалды байланыстар

1НФ-ға сәйкес келетін қатынастың атрибуттары үшін функционалды байланыстар анықталады.Егер қатынастың барлық атрибуттары қарапайым болса,бұл қатынас 1НФ-ға келтірілгені белгілі.

R1 қатынасында А мен В атрибуттары берілсін.Егер кез келген уақыт мезетінде А мәніне В атрибутының жалғыз мәні сәйкес келсе,В атрибуты А атрибутына функционалды байланысты болып есептеледі.Функционалды байланыс А→В деп белгіленеді.функционалды байланыстың болмауы А-/→В деп ббелгіленеді.

А атрибутының кез келген а атрибуты үшін imB(a) жиынында бір элементі болуы тиіс деп,

А→В жағдайын “бейне” операциясымен анықтауға болады.

Келесі қатынасты қарастырайық:

Таб номер	Пән	Сағат	Фамилия	Қызметі	Жалақысы	Кафедра	телефон
	ЭАЖТ БҚ ЭЕМ ЭЕМ МатАнализ ЫқтТеор		Ахметов Ахметов Омаров Бакушев Мамекова Мамекова	Доцент Доцент Доцент Профессор Ағаоқытушы Ағаоқытушы		АЖ АЖ АЖ ЭЕМ ЕМ ЕМ	1-15 1-15 1-15 2-43 2-75 2-75

Берілген қатынаста кілт ретінде бір атрибутты алу мүмкін емес,сондықтан Таб_номер+Пән деген құрама кілтті пайдаланамыз.

Қатынаста келесі функционалды байланыстарды көрсетуге болады:

Қызметі→Жалақысы

Таб_номер→Фамилия өзара байланысты атрибуттар,сәйкесінше А↔В

Фамилия→ Таб_номер

Пән→Сағат Саны

Кафедра→Телефон және т.б.

Егер қатынас 1НФ-да болса,онда кілттік емес атрибуттар кілтпен функционалды байланыста болады,бірақ байланыс дәрежесі әртүрлі болуы мүмкін:егер атрибут кілттің бір бөлігіне байланысты болса,онда бөлшекті байланыс болғаны (мысалы,

Пән→Сағат Саны); егер атрибут тұтастай құрама кілтке байланысты болса және бөліктерімен байланысы жоқ болса,онда құрама кілтке толық байланысты деп атайды.Мысалымызда ондай байланыс жоқ.

Егер А,В,С атрибуттары үшін А→В және В→С шарттары орындалса,бірақ кері байланыс болмаса,онда С атрибуты А атрибутынан транзитивті байланыста деп атайды.Мысалы, Фамилия→Кафедра→Телефон.

Қатынаста атрибуттар арасында көп мәнді байланыстар болуы мүмкін.Егер А атрибутының әрбір мәніне R қатынасының басқа атрибуттарымен ешқандай байланысы жоқ В атрибуты А атрибутынан көп мәнді байланыста болғаны.

Көпмәнді байланыс қатынас кем дегенде 3 атрибуттан тұратын кезде болады:оның бірі-кілт,ал екуі-бір-біріне байланыссыз атрибуттар.

“Фамилия” кілті болатын ОҚЫТУШЫ қатынасын қарастырайық:

Фамилия	Топ	Пән
Ахметов Ахметов Ахметов Ахметов Омаров		ЭАЖТ БҚБЖ ЭАЖТ БҚБЖ БҚБЖ

Оқытушы мен топтар арасында “бір-көпке” (1:М) байланысы бар,яғни бір оқытушы бірнеше топқа сабақ бере алады,бірақ әр топ бір ғана оқытушыға бекітілген деген сөз оқытушы мен пән арасында “көп-көпке” (М:М) байланысы бар,яғни бір оқытушы бірнеше сабақ бере алады және бір сабақты бірнеше оқытушы жүргізе алады деген сөз.Бұл байланыстарды шартты түрде төмендегідей белгілеуге болады.

Фамилия ¹↔^М Топ

Фамилия^М ↔^М Пән

Қарастырылған қатынаста өзара байланысы жоқ екі көпмәнді байланыс бар,себебі «Топ» және «Пән» көпмәнді атрибуттардың мәндері бір-бірімен байланысты емес,сондықтан олардың мәндерін қатынастың кез келген жолында өзгерте беруге болады.

Іс жүзінде функционалды байланыстарды табу өте күрделі болуы мүмкін.Ескертетін жай:кейбір функционалды байланыстар уақыт өте өзгеруі мүмкін(мысалы, оқытушы бір уақытта екі кафедрада жұмыс жасауы мүмкін). Функционалды байланыстар түсінігі атрибуттардың көбіне тарауы мүмкін. Мысалы,

А,В,С→D

Функционалды байланыстар көмегімен қатынастар кілті, нақтырақ айтсақ, кілт түрлері түсінігі анықталады.

Қатынастың ықтимал кілті – атрибуттардың әрбір үйлесімі қатынастың тек бір жолында кездесетін және ешқандай К ішкі жиыны бұл қасиетке ие болмайтын, К атрибуттарының жиыны. Қатынаста ықтимал кілттер бірнеше болуы мүмкін. Ықтимал кілттің маңыздылығы белгілі мән бойынша теріп алу нәтижесінде қатынастың бір жолын беретінінде немесе ешқайсысын бермейтінінде.

Іс жүзінде ықтимал кілттің атрибуттарын қатынаста олар туралы ақпараты бар объектер мен құбылыстар қасиеттерімен байланыстырады. Егер қатынасты түзету барысында кілтті құрайтын атрибуттар атауы өзгерген болса, бұл ақпараттың күрделі бұзылуын білдіреді. Сондықтан ықтимал кілттің қасиеттерін мерзімді тексеріп отыру қатынастағы ақпарапттың шынайылығын қадағалап тұруға мүмкіндік береді.

Егер қатынаста бірнеше ықтимал кілт болса, оларды қадағалау қиындай түседі. Сондықтан олардың ішінен негізгісін таңдайды. Бастапқы кілт деп мәні бойынша қатынастағы ақпарат шынайылығын қадағалау жүзеге асатын ықтимал кілт жүзеге асатын ықтимал кілт аталады.

Әдетте, экономикалық құжаттарда бастапқы болып табылатын бір ғана кілт болады.

Жолдар саны көп қатынастарда бастапқы кілтті анықтаманы қолдану арқылы табу қиын. Сонымен қатар, ЭАЖ-ны жобалау сатысында көптеегн қатынастардың мәндері әлі белгісіз болады. Сондықтан іс жүзінде бастапқы кілтті белгілі функционалды байланыстар бойынша анықтайды.

Бастапқы кілттің әр мәні қатынастың тек бір жолында кездеседі. Кез келген атрибуттың мәні бұл жолда біреу ғана, себебі 1НФ шарты орындалады. Бастапқы кілт атрибуттарының жиыны қатынастың кез келген атрибутын анықтайды. Кері тұжырым да дұрыс болады: егер қатынастың барлық атрибуттарын жеке-жеке функционалды анықтайтын атрибуттар тобы табылған болса және бұл топты қысқартуға болмаса, онда бастапқы кілт табылғаны.

Функционалды байланыстар жиыны үшін теоремамен бейнеленген бірнеше заңдылық бар. Әр теоремада көрініс табатын атрибуттар бір қатынаста болуы тиіс.

1. А,В→А, онда, А,В→В.

2.А→В және А→С, сонда және тек сонда,А→ В,С

3. Егер А→В, онда В→С, онда А→С

4. Егер А→В, онда АС→В(С еркін)2

5. Егер А→В, онда АС→ВС(С еркін)

6. Егер А→В және ВС→D, онда АС→D

Егер қатынаста ықтимал кілттің жалғыз екені алдын ала белгілі болса, оны қарапайым әдіспен табуға болады. Ықтимал кілт(ол жалғыз болған жағдайда) – бұл функционалды байланыстардың оң жағында кездеспейтін атрибуттар жиыны. Басқаша айтқанда, қатынас атрибуттарының тізімінен барлық функционалды байланыстарлдың оң жағында кездесетін атрибуттарды сызып тастау керек. Қалған атрибуттар бастапқы кілтті құрайды.

6.3 Нормалды формалар

Әрбір нормалды форма функционалды байланыстардың белгілі түрін шектейді және берілгендер қорының қатынастарымен операцияларды орындау кезінде аномалияларды жояды.

ОҚЫТУШЫ_ПӘН қатынасын қарастырып көрейік. Бұл қатынаста Фамилия, Қызметі, Жалақысы, Кафедра, Телефон атрибуттарының «Таб_номер» құрама кілт бөлігімен бөлшекті функционалды байланысы бар.

Мұндай функционалды байланыстар келесі аномалияларға алып келеді:

1) Оқытушы туралы ақпараттың қайталануы, себебі оқытушы бірнеше пәнді жүргізуге болады;

2) Берілгендердің қайталанбауын қадағалау мәселесі: мысалы, жалақы мөлшерінің өзгерісі оның мәнін барлық кортеждерде іздеп тауып, түзетуді қажет етеді;

3) Қазіргі уақытта сабақ жүргізбейтін оқытушылар мәселесі (оларды қатынасқа енгізуге болмайды): яғни пәнсіз оқушыны қатынасқа қосуға болмайды. Егер оқытушы жұмыстан шығатын болса, оны қатынастан да алып тастау керек, ол кезде пән туралы ақпарат та жойылады, ал мұндай жағдай болмауы тиіс.

Сонымен бірінші нормалды форма (1НФ) ары қарай түрленуді қажет етеді.

6.4 Екінші нормалоды форма (2НФ)

Егер қатынас 1НФ-да және оның әрбір кілттік емес атрибуты құрама кілтпен толық функционалды байланысты болса, онда қатынас 2НФ-да деп табылады.

Бөлшекті байланыстарды жойып, жойып қарастырылған қатынасты 2НФ-ға келтіру үшін оны келесі ретпен екі қатынасқа бөлеміз:

- құрама кілтпен бөлшекті функционалды байланыста болған атрибуттарсыз проекция құрамыз,

- құрама кілттің бөлігі мен оған байланысты атрибуттарға проекция жасаймыз.

Нәтижесінде 2НФ-да болатын ПӘН және ОҚЫТУШЫ деген екі қатынас аламыз.

ПӘН

Таб номер	Пән	Сағат саны
	ЭАЖТ БҚ ЭЕМ ЭЕМ МатАнализ ЫқтТеор

ОҚЫТУШЫ

Таб номер	Фамилия	Қызметі	Жалақысы	Кафедра	Телефон
	Ахметов Ахметов Омаров Бакушев Мамекова Мамекова	Доцент Доцент Доцент Профессор Ағаоқытушы Ағаоқытушы		АЖ АЖ АЖ ЭЕМ ЕМ ЕМ	1-15 1-15 1-15 2-43 2-75 2-75

Соңғы қатынаста төмендегідей транзитивті байланыстар бар:

Таб_номер→Кафедра→Телефон

Таб_номер→Қызметі→Жалақысы

Мұндай байланыстардың болуы ыңғайсыздық туғызып, келесі сипаттағы аномалияларға алып келеді(«Телефон» мысалында):

1) барлық оқытушылар үшін телефон туралы ақпараттың қайталануы;

2) телефон номерінің өзгеруі кезінде оның барлық жерде түзетілуін қадағалау мәселесі;

3) егер оқытушылары болмаса, қатынасқа жаңа кафедра туралы ақпаратты сақтап қалу мүмкін болмайды.

Аталған мәселелерді шешу үшін қатынасты ары қарай түрлендіру қажет.

6.5 Үшінші нормалды форма(3НФ)

Қатынас 2НФ-да болса және оның кілттік емес атрибуттары кілтпен транзитивті функционалды байланыста болмаса, онда ол 3НФ-да деп саналады.

Қарастырылған мысал үшін 3НФ-дағы үш қатынас алуға болады: ОҚЫТУШЫЛАР, ҚЫЗМЕТІ және КАФЕДРА.

ОҚЫТУШЫЛАР

Таб_ номер	Фамилия	Қызметі	Кафедра
	Ахметов Омаров Бакушев Мамекова	Доцент Доцент Профессор Ағаоқытушы	АЖ АЖ ЭЕМ ЕМ

ҚЫЗМЕТ

Қызметі	Жалақысы
Доцент Профессор Ағаоқытушы

КАФЕДРА

Кафедра	Телефон
АЖ ЭЕМ ЕМ	1-15 2-43 2-75

Егер барлық қатынастары 3НФ-да болса, берілгендер қоры 3НФ-да деп есептеледі.

3НФ-ны алу алгоритмі:

Алгоритм үшін бастапқы мәліметтер – бір қатынасты, берілгендер қорын немесе оның бөлігін қамтитын атрибуттар тізімі. Кез келген жағдайда берілген атрибуттар тізімі бар қатынас болады деп саналады. Кері жағдайда функционалды байланыстар туралы кейбір теоремаларды пайдалануға болмайды және әртүрлі R және S қатынастарында орынды бір функционалды байланыс мысалы, А→В, тең R[А,В] және S[А,В] қатынастарына сәйкес келетініне кепілдік беруге болмайды.

Алгоритмнің келесі қасиеті бар:

1) оңай біріктірілетін құрылымы бар мағыналы қатынастар алуға кепілдік беретін бастапқы функционалды байланыстарының барлығын сақтайды;

2) шығынсыз сақтауды қамтамасыз етеді, яғни қосылу операциясы арқылы туынды қатынастар мәнінен бастапқы қатынастар мәндерін қайтып алу мүмкін;

3) әдетте 3НФ-ға келтіру нәтижесінде бастапқы қатынаспен салыстырғанда атрибуттар мәндерінің саны кем болады, яғни қайталану кемиді.

Алгоритм келесі қадамдардан тұрады:

1. қарастырылып отырған берілгендер қорының атрибуттары үшін функционалды байланыстар бастапқы жиынын алу;
2. функционалды байланыстар жиынының минималды тізбегін (қалған функционалды байланыстардан және 1-6 теоремалардан келіп шығатын барлық байланыстар алып тасталынған жиынын) алу. Жеке жағдайларда сол жағы бірдей байланыстардың барлығын бір байланысқа біріктіру қажет;
3. екінші қадамда алынған функционалды байланыстар үшін бастапқы қатынастың R₁₌R[X_i] проекциясын жасау керек, мұндағы X_i –f_i функционалды байланысының оң және сол жағындағы атрибуттарының бірігуі қажет;
4. егер бастапқы қатынастың бастапқы кілті ешқандай проекцияға толығымен енбесе,

онда кілт атрибуттарынан жеке қатынас жасау керек.

Алгоритмнің іс жүзінде орындалуы үшін маңызды 2 сұрақ бар:

- бірмәнді өзара сәйкестіктің бар екенін қалай ескерту керек;

- функционалды байланыстар жиынын бірінші рет анықтап жатқан кезде қарастыру варианттарының көлемін қалай қысқартуға болады.

Бірінші сұрақты шешу үшін(ұсынылған түсініктің көлемі бойынша) үлкен атрибутты бөліп алған жөн, сосын бірмәнді өзара сәйкестіктің барлық атрибуттары ұсынылады.

Екінші сұрақты шешу үшін дәлелденіп қойған байланыстардан және 1-6 теоремадан келіп шығатын байланыстар қарастырылмайды; функционалды байланыстар жоқ болуы туралы бірнеше заңдылықтар қолданылады. Соның ішінде:

Теорема: егер А→В және D-/→С, онда АВD-/→С

Ереже: сол жақта негіз-атрибуты барфункционалды байланыстар қарастырылмайды.

Біздің мысалымызда келесі функционалды байланыстар бар:

Таб_номер→ Фамилия

Таб_номер→Қызметі

Таб_номер →Кафедра}Таб_номер →Фамилия, Қызметі, Кафедра

Қызметі →Жалақысы

Кафедра→ Телефон

Функционалды байланыстар негізінде бұоынғыдан да күштірек Бойс-Кодд формасын (БКНФ) орнатуға болады. Іс жүзінде ол сирек кездеседі.

Біріншіден, БКНФ-да барлық кезде берілгендер қоры бола бермейді, екіншіден, оның 3НФ-дан ерекшелігі – қатынасиа бірнеше кілттің болуымен байланысты, бұл да экономикалық қосымшаларда сирек кездесетін жағдай.

Егер қатынас 3НФ-да болса және онда кілттік атрибуттар мен кілттік емес атрибуттар арасында байланыс болмаса, қатынас БКНФ-да деп саналады.

Сонымен қатар төртінші және бесінші нормалды формалар бар. Оларды түсініктер деңгейіңде анықтап көрейік.

Егер қатынас БКНФ-да болса және онда функционалды болмайтын көпмәнді байланыстар жоқ болса, онда қатынас 4НФ-да деп саналады.

R мүмкін кілттерімен R қатынасына қосылу бойынша кез келген байланыс анықталған кезде ғана қатынас 5НФ-да деп саналады. Басқаша айтсақ, әрбір R проекциясы кем емес мүмкін кілтке және ең болмағанда бір бастапқы емес атрибутқа ие.

---

Дата добавления: 2015-09-06