مفاهيم قواعد البيانات: تطبيع قاعدة البيانات

مفاهيم قواعد البيانات: تطبيع قاعدة البيانات

• الهدف الرئيسي لتطبيع قاعدة البيانات هو إعادة هيكلة نموذج البيانات المنطقية لقاعدة البيانات.
• يهدف التطبيع إلى القضاء على التكرار، وتنظيم البيانات بكفاءة، وتقليل احتمالية حدوث شذوذ في البيانات، وجعل العلاقات (الجداول) بسيطة.

شذوذات البيانات (تشوه البيانات - DATA ANOMALIES)

• شذوذات البيانات هي حالات عدم تناسق في البيانات المخزنة في قاعدة البيانات نتيجة لعملية مثل التحديث أو الإدراج أو الحذف.
• قد تنشأ هذه التناقضات عند تخزين سجل معين في مواقع متعددة وعدم تحديث كافة النسخ.
• يمكن منع هذه الحالات الشاذة من خلال تنفيذ 7 مستويات مختلفة من التطبيع تسمى هيئات (صيغة) التطبيع Normal Forms (NF).

ملخص حول هيئات التطبيع

• من أجل القيام بالتطبيع، يجب معرفة متطلبات كل من هيئات التطبيع الثلاثة.
• أحد المتطلبات الأساسية التي يجب تذكرها هو أن هيئات التطبيع تقدمية (progressive).
• لكي تحصل على هيئة التطبيع الثالثة (3NF)، يجب أن يكون لدينا هيئة التطبيع الثانية (2NF).
• لكي تحصل على هيئة التطبيع الثانية (2NF)، يجب أن يكون لدينا هيئة التطبيع الأولى (1NF).

هيئة التطبيع الأولى (1NF)

• يتم تعريفها على أنها عدم السماح بالسمات متعددة القيم (multivalued attributes) والسمات المركبة (composite attributes) ومجموعاتها.
• يجب أن تكون القيم ذرية (بسيطة) فقط.
• يجب أن تكون قيمة أي سمة في الصف (tuple) قيمة واحدة (single value).
• في مخطط العلاقة، إذا كان المفتاح الأساسي هو Dnumber وقمنا بتوسيعها عن طريق تضمين السمة Dlocations، فهذا ليس في هيئة التطبيع الأولى لأن Dlocations ليست سمة بسيطة.

ثلاث تقنيات رئيسية لتحقيق الهيئة الطبيعية الأولى لمثل هذه العلاقة:

• قم بإزالة السمة التي تنتهك التطبيع الأولى 1NF ووضعها في علاقة منفصلة مع المفتاح الأساسي، أي يتحلل العلاقة غير 1NF إلى علاقتين 1NF.
• قم بتوسيع المفتاح بحيث يكون هناك صف منفصل في العلاقة الأصلية لكل سمة غير بسيطة (يصبح المفتاح الأساسي مركب)، ولكن هذا الحل له عيب إدخال التكرار في العلاقة.
• استبدل السمة الغير بسيطة مثل Dlocations إلى سمات متعددة Dlocation1 و Dlocation2 و Dlocation3، ولكن هذا الحل له عيب إدخال قيم خالية NULL.

هيئة التطبيع الثانية (2NF)

• تستخدم عادةً في الجداول التي تحتوي على مفتاح أساسي PK متعدد الحقول (المفتاح المركب).
• إذا كان المفتاح الأساسي مكون من سمة واحدة، فلا يلزم تطبيق الاختبار على الإطلاق.
• يجب أن تكون كل سمة عادية (السمات غير المفتاح الأساسي) معتمدة كلياً على المفتاح الأساسي PK بأكمله (كل أجزاء المفتاح).
• العلاقة EMP_PROJ موجودة في 1NF ولكنها ليست في 2NF.
• تنتهك السمة Ename هيئة التطبيع الثانية بسبب FD2، كما تفعل السمات Pname و Plocation بسبب FD3.
• يجعل FD2 و FD3 أن السمات Ename و Pname و Plocation يعتمدون جزئيًا على المفتاح الأساسي، مما ينتهك اختبار 2NF الخاص بـ {Ssn, Pnumber}.
• يمكن تطبيع مخطط العلاقة 2NF إلى عدد من العلاقات في 2NF (حيث ترتبط السمات العادية غير المفتاح الأساسي فقط بجزء المفتاح الأساسي الذي تعتمد عليه بشكل كامل).
• تحليل EMP_PROJ إلى مخططات العلاقات الثلاثة EP1 و EP2 و EP3، كل منها في 2NF.

هيئة التطبيع الثالثة (3NF)

• تعتمد هيئة التطبيع الثالثة 3NF على مفهوم التبعية المتعدية (transitive dependency).
• يوجد مخطط العلاقة R في 3NF إذا كان يرضي هيئة التطبيع الثانية 2NF ولا توجد سمة عادية (غير المفتاح الأساسي) لـ R تعتمد بشكل متعدي على المفتاح الأساسي (transitively dependent on the primary key).
• في EMP_DEPT، Dmgr_ssn متعدية من خلال Ssn ← Dmgr_ssn لأن كلاً من Ssn ← Dnumber و Dnumber ← Dmgr_ssn يعتمد على Dnumber، والـ Dnumber ليس مفتاحًا بحد ذاته ولا مجموعة فرعية من مفتاح الجدول EMP_DEPT.
• إن اعتمادية Dmgr_ssn على Dnumber غير مرغوب فيه في EMP_DEPT، نظرًا لأن Dnumber ليس مفتاحًا لـ EMP_DEPT.
• مخطط العلاقة EMP_DEPT ليس موجودا في 3NF بسبب التبعية المتعدية لـ Dmgr_ssn (وأيضًا Dname) على Dnumber عبر Ssn.
• يمكن تطبيع EMP_DEPT في هيئة التطبيع الثالثة 3NF من خلال تحليله إلى مخططي العلاقة ED1 و ED2.
• الكينونات المستقلة تمثل حقائق عن الموظفين (employees) والإدارات.

أمثلة على الجداول المخالفة والمطابقة لهيئات التطبيع

• أمثلة على الجداول المخالفة والمطابقة لهيئة التطبيع الأولى (1NF)، والثانية (2NF)، والثالثة (3NF).