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BDA - Aula 09 - 2014/2

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Normalização




Dependência Funcional


  • Consiste numa restrição entre dois conjuntos de atributos de uma mesma entidade/relação
  • Uma dependência funcional é representada pela relação X -> Y, em que X e Y são subconjuntos de atributos de uma relação qualquer
  • Isso impõe uma restrição na qual um componente Y de uma tupla (registro) é dependente de um valor do componente X (ou é determinado por ele)


  • Do mesmo modo, o valores do componente X determinam de forma unívoca os valores do componente Y
  • Resumindo, Y é dependente funcionalmente de X


  • Supondo o esquema de uma relação abaixo, onde os três primeiros atributos, cujos nomes se encontram destacados, representam a chave primária da relação
    • MatriculaAluno
    • CodigoCurso
    • CodigoDisciplina
    • NomeAluno
    • DataMatricula
    • NomeCurso
    • NomeDisciplina
    • NotaProva


  • Podemos estabelecer 4 dependências funcionais neste exemplo:
  1. MatriculaAluno -> {NomeAluno, DataMatricula) => O valor do atributo MatriculaAluno determina o valor dos atributos NomeAluno e DataMatricula
  2. CodigoCurso -> NomeCurso => O valor do atributo CodigoCurso determina o valor do atributo NomeCurso
  3. CodigoDisciplina -> NomeDisciplina => O valor do atributo CodigoDisciplina determina o valor do atributo NomeDisciplina
  4. {MatriculaAluno, CodigoCurso, CodigoDisciplina} -> NotaProva => A combinação de valores dos atributos MatriculaAluno, CodigoCurso e CodigoDisciplina determina o valor do atributo NotaProva.


Categorias


  • Total ou Completa:
    • Podemos ter situações em que não se utilizam atributos simples para determinar os valores de outros atributos
    • Neste caso, teremos um atributo que é dependente funcional da combinação de dois ou mais atributos
    • Quando um atributo que não faz parte da chave primária depende funcionalmente de todos os atributos que fazem parte da chave, tem-se uma dependência funcional total.


  • É considerado o 1o. tipo, onde a dependência só existe se a chave primária composta por vários atributos determinar univocamente um atributo ou um conjunto de atributos
  • No nosso exemplo, o atributo NotaProva é dependente total da chave primária formada pelos atributos MatriculaAluno/ CodigoCurso/CodigoDisciplina.
  • Exemplo: Entidade DEPENDENTE
    • (CodigoPaciente, DataNascimento} -> {NomeDependente} (?)
  • No caso, os valores dos atributos CodigoPaciente e DataNascimento determinam o valor para o atributo NomeDependente
    • O nome do dependente só pode ser determinado em função de dois atributos



  • Parcial:
    • Temos uma situação em que um atributo/conjunto de atributos depende de outro(s) atributo(s) que não fazem parte de uma chave primária
    • Quando um atributo que não faz parte da chave primária depende funcionalmente de apenas alguns dos atributos que fazem parte da chave primária, o 2o. tipo, então, ocorre visto que o atributo/conjunto de atributos depende apenas de parte dos valores da chave primária
  • Exemplo: Banco de Dados com as entidades MEDICO e PACIENTE
    • CRM -> NomeMedico
    • CodigoPaciente -> {NomePaciente, CPF, RG }
  • A 1a, dependência especifica que o valor atributo CRM da entidade MEDICO determina de forma unívoca o valor do atributo NomeMedico dessa mesma entidade
  • O valor do atributo CodigoPaciente (entidade PACIENTE) determina o nome, o CPF e o RG do paciente
  • É importante notar que apenas o valor dos atributos CRM e CodigoPaciente é necessário para que seja possvel determinar o nome do médico ou o CPF e RG do paciente, ou seja, é uma dependência parcial


  • Transitiva ou Indireta:
    • Esta dependência ocorre quando a dependência funcional se realiza entre atributos que não fazem parte da chave primária
    • Exemplo:
      • Numa tabela de Vendas, temos o atributo PreçoTotal. Este campo é o resultado do valor unitário do produto multiplicado pela quantidade, isto é, para um preço total existir ele DEPENDE de valor unitário e quantidade
      • O ValorUnitário deve estar numa tabela Produtos, relacionada à venda e Quantidade está na própria tabela Vendas.
      • PreçoTotal depende destes dois campos e eles não são campos-chave.


Normalização


  • Após a construção do modelo conceitual dos dados (Modelo Entidade/Relacionamento) é feita a transformação para o modelo lógico (Esquema de Tabelas)
  • O desenho de tabelas obtido representa a estrutura da informação de um modo natural e completo.


  • Normalização é um processo baseado nas chamadas formais normais
    • Uma forma normal é uma regra que deve ser aplicada na construção das tabelas do banco de dados para que estas fiquem bem estruturadas
    • A normalização pode ser entendida como um processo submetido a estas varias formas normais


  • Objetivo principal: eliminar a redundância nos dados armazenados em tabelas, resultando na diminuição do espaço e dos riscos de inconsistências em atualizações de dados
  • Quando um atributo é alterado em uma tabela que não está totalmente normalizada, é necessário alterá-lo em todas as linhas em que ele ocorre, haja visto a sua repetição
  • Tal operação poderia ser executada apenas uma vez, caso este atributo estivesse normalizado
  • As formas têm uma ordem e são dependentes, isto é, para se aplicar a segunda norma, deve-se obrigatoriamente ter aplicado a primeira e assim por diante.


  • Efetivamente, a Normalização tem como objetivo avaliar a qualidade do Modelo de Tabelas e transformá-lo (em caso de necessidade) num Modelo (Conjunto de Tabelas) equivalente, menos redundante e mais estável.


1FN


  • Verificação de Tabelas Aninhadas


  • Uma relação está na 1a. Forma Normal se e somente se cada linha contiver exatamente um valor para cada atributo
  • Dado que as Relações(Tabelas) são estruturas bidimensionais, então no cruzamento de uma linha com uma coluna (atributo) só é possível armazenar valores atômicos.
  • Para isso, não deve conter tabelas aninhadas


  • Um jeito fácil de verificar esta norma é fazer uma leitura dos campos das tabelas fazendo a pergunta:
    • Este campo depende de algum outro?


  • Se sim, então devemos arrumar um método para corrigir o problema.


  • Método:
    • Remover o grupo de repetição
    • Expandir a chave primária


  • Seguindo a definição devemos normalizar a tabela decompondo-a em duas
    • Uma relação R está na 1FN se:
    • Todo valor em R for atômico
    • Ou seja, R não contém grupos de repetição


  • Considerações:
    • Geralmente considerada parte da definição formal de uma relação
    • Não permite atributos multivalorados, compostos ou suas combinações


Caso 1


   cliente (NroCliente, Nome, {End-Cliente})
   Corrigindo o problema:
       Solução: cliente (NroCliente, Nome, End-Cliente, CidCliente, UFCliente)


Caso 2


  • Exemplificando com a tabela Venda
  • Esquema relacional da tabela:
       Venda
           Codvenda (Int)
           Cliente (Str)
           Endereco (Str)
           Cep (Int)
           Cidade (Str)
           Estado (Str)
           Telefone (Int)
           Produto (Str)
           Quantidade (Float)
           ValorUnitário (Float)
           PreçoTotal (Float)


  • Análise:
    • A tabela Venda, deve armazenar informações da venda
    • O campo Cliente é dependente de CodVenda, afinal para cada Venda há um cliente
    • Campo Endereço: não depende de Codvenda, e sim de Cliente, pois é uma informação particular ao cliente
    • Não existe um endereço de venda, existe sim um endereço do cliente para qual se fez a venda
    • Nisso podemos ver uma tabela aninhada. Os campos entre colchetes, são referentes ao cliente e não é venda
       Venda (Codvenda, [Cliente, Endereço, Cep, Cidade, Estado, Telefone], Produto, Quantidade, ValorUnitário, PreçoTotal)


  • Solução:
    • Extrair estes campos para uma nova tabela
    • Adicionar uma chave-primária à nova tabela
    • Relacioná-la com a tabela Venda criando uma chave-estrangeira


  • Resultado:
       Cliente (Codcliente, Nome, Endereço, Cep, Cidade, Estado, Telefone).
       Venda (Codvenda, Codcliente, Produto, Quantidade, ValorUnitário, PreçoTotal).


  • Aplicando novamente a 1a. forma normal às 2 tabelas geradas
  • Uma situação comum em tabelas de cadastro é o caso Cidade-Estado
  • Analisando friamente pela forma normal, o Estado na tabela Cliente, depende de Cidade
  • No entanto Cidade, também depende de Estado, pois no caso de a cidade ser Curitiba o estado sempre deverá ser Paraná, porém se o Estado for Paraná, a cidade também poderá ser Londrina
  • Isso é o que chamamos de Dependência funcional:
    • aparentemente, uma informação depende da outra


  • No caso Cidade-Estado a solução é simples:
    • Extraímos Cidade e Estado, de Cliente e geramos uma nova tabela
    • Em seguida, o mesmo processo feito anteriormente:
      • Adicionar uma chave-primária à nova tabela e relacioná-la criando uma chave-estrangeira na antiga tabela


   Cidade (Codcidade, Nome, Estado). 
   Cliente (Codcliente, Codcidade, Nome, Endereço, Cep, Telefone) 
   Venda (Codvenda, Codcliente, Codcidade, Produto, Quantidade, ValorUnitário, PreçoTotal)


  • Seguindo com o exemplo, a tabela Cliente encontra-se na 1a. forma normal, pois não há mais tabelas aninhadas
  • Verificando Venda, identificamos mais uma tabela aninhada
  • Os campos entre colchetes são referente à mesma coisa: Produto de Venda
   Venda (Codvenda, Codcliente, Codcidade, [Produto, Quantidade, Valorunitario, Valorfinal])


  • Na maioria das situações, produtos têm um valor previamente especificado
  • O ValorUnitário depende de Produto
  • Já a Quantidade não depende do Produto e sim da Venda
   Cidade (Codcidade, Nome, Estado) 
   Cliente (Codcliente, Codcidade, Nome, Endereço, Cep, Telefone) 
   Produto (Codproduto, Nome, ValorUnitário) 
   Venda (Codvenda, Codcliente, Codcidade, Codproduto, Quantidade, PreçoTotal)


  • Utilizando a 1a. Forma Normal na tabela Venda, obtivemos 3 tabelas


2FN


  • A 2a. Forma Normal exige um pouco mais de conhecimento sobre as dependências funcionais, prioritariamente para a dependência funcional total
  • Uma relação está na 2a. Forma Normal se estiver na 1a. e se todos os atributos descritores (não pertencentes a nenhuma chave candidata) dependerem da totalidade da chave (e não apenas de parte dela)


  • Isso quer dizer que uma tabela encontra-se na 2FN, quando, além de estar na 1FN, não contem dependências parciais
    • Dependência parcial = uma dependência parcial ocorre quando uma coluna depende apenas de parte de uma chave primária composta


  • Resumindo, a entidade se encontra na 2FN se, além de estar na 1a., todos os seus atributos são totalmente dependentes da chave primária composta
  • Significa que atributos que são parcialmente dependentes devem ser removidos.
  • Se observarmos as tabelas e identificarmos repetição dos dados nas tuplas requer-se a 2FN


  • Relendo cada campo e questionando:
    • Este campo depende de toda a chave?
    • Se não, temos uma dependência parcial


Caso 3


  • Uma entidade Item possui chave primária composta que é constituída pelos atributos NumPedido e CodProduto
  • Os atributos Descricao e PrecoUnit não dependem totalmente dessa chave, ao contrário de Quantidade e ValorTotal
    • Nova entidade: Produto


  • Entidades:
    • Arquivo:BDA-Normalizacao-2FN.pdf


  • Tabelas populadas:
    • Arquivo:BDA-Normalizacao-2FN-b.pdf


Caso 4


  • Reavaliando o caso Cidade-Estado que gerava uma dependência funcional
  • Após a normalização da tabela Venda, obtivemos uma chave composta de 4 campos:
       Venda (Codvenda, Codcliente, Codcidade, Codproduto, Quantidade, PreçoTotal)


  • A questão agora é verificar se cada campo não-chave depende destas 4 chaves


  • Procedimento:
  • O 1o. campo não-chave é Quantidade
    • Quantidade depende de Codvenda => Para cada venda há uma quantidade específica de itens
    • Quantidade depende de Codvenda e Codcliente => Para um cliente podem ser feitas várias vendas, com quantidades diferentes
    • Quantidade não depende de Cidade e quem depende de Cidade é Cliente


  • Temos uma dependência parcial pois Quantidade depende de Codproduto, pois para cada produto da Venda há uma quantidade certa


  • Quantidade depende de 3 campos, dos 4 que compõe a chave de Venda
  • Quem sobra nessa história é Codcidade
  • A tabela Cidade já está ligada com Cliente, que já está ligada com Venda
  • A chave Codcidade em Venda é redundante, portanto podemos eliminá-la
           Venda (Codvenda, Codcliente, Codproduto, Quantidade, PrecoTotal)


  • Problema:
    • Existe alguma necessidade de manter CodCidade como campo não-chave?


  • O próximo campo não-chave é PreçoTotal


  • Avaliando PreçoTotal da mesma forma que Quantidade
    • Chega-se à conclusão de que ele depende de toda a chave de Venda.


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