Какие уровни нормализации существуют?

Нормализация — это систематический процесс организации полей и таблиц в реляционной базе данных для минимизации дублирования данных и предотвращения аномалий обновления, вставки и удаления. Основная цель — добиться, чтобы каждая таблица хранила информацию об одной сущности, а зависимости между данными были логичными и непротиворечивыми.

Основные нормальные формы (НФ)

• Первая нормальная форма (1НФ): Все значения атрибутов атомарны (неделимы), в каждой ячейке — одно значение, нет повторяющихся групп. Например, вместо столбца "Телефоны" со значением "123, 456" создают отдельные строки или таблицу.
• Вторая нормальная форма (2НФ): Таблица находится в 1НФ, и каждый неключевой атрибут полностью зависит от всего первичного ключа (нет частичных зависимостей). Это актуально для таблиц с составным ключом.
• Третья нормальная форма (3НФ): Таблица находится в 2НФ, и нет транзитивных зависимостей (неключевые атрибуты не зависят друг от друга). Например, если есть столбцы OrderID, CustomerID, CustomerCity, то CustomerCity зависит от CustomerID, а не напрямую от OrderID, что нарушает 3НФ.

Расширенные нормальные формы

• Нормальная форма Бойса-Кодда (НФБК): Усиленная версия 3НФ, требующая, чтобы любая нетривиальная зависимость атрибутов была зависимостью от потенциального ключа. Устраняет редкие аномалии, которые могут остаться в 3НФ.
• Четвертая нормальная форма (4НФ): Таблица находится в НФБК, и нет нетривиальных многозначных зависимостей, кроме зависимости от ключа. Многозначная зависимость возникает, когда наличие пар (A, B) и (A, C) независимо друг от друга.
• Пятая нормальная форма (5НФ) / Нормальная форма проекции-соединения: Таблица находится в 4НФ, и её нельзя декомпозировать без потерь на меньшие таблицы, кроме как по ключу. Практически редко используется, так как касается очень специфических случаев.

Пример нарушения и исправления

Рассмотрим таблицу Orders с полями: OrderID, ProductID, ProductName, CustomerID, CustomerCity. Здесь ProductName зависит от ProductID, а не от всего ключа (OrderID, ProductID) — нарушение 2НФ. CustomerCity зависит от CustomerID, а не от OrderID — нарушение 3НФ.

-- Ненормализованная таблица (нарушает 2НФ и 3НФ)
CREATE TABLE OrdersBad (
    OrderID INT,
    ProductID INT,
    ProductName VARCHAR(100),
    CustomerID INT,
    CustomerCity VARCHAR(100),
    PRIMARY KEY (OrderID, ProductID)
);

-- Нормализованная структура
CREATE TABLE Orders (
    OrderID INT PRIMARY KEY,
    CustomerID INT
);
CREATE TABLE OrderDetails (
    OrderID INT,
    ProductID INT,
    PRIMARY KEY (OrderID, ProductID)
);
CREATE TABLE Products (
    ProductID INT PRIMARY KEY,
    ProductName VARCHAR(100)
);
CREATE TABLE Customers (
    CustomerID INT PRIMARY KEY,
    CustomerCity VARCHAR(100)
);

Вывод: Нормализация применяется на этапе проектирования базы данных для обеспечения целостности данных и эффективности. Однако чрезмерная нормализация может привести к необходимости частых JOIN-запросов, поэтому на практике иногда сознательно допускают денормализацию для повышения производительности чтения в системах аналитики (OLAP).