Normalização
Introdução
• O Conceito de Normalização foi
introduzido por Edgar Frank
Codd (E. F. Codd) em 1970, como
Primeira Forma Nor...
Introdução
• Sim, mas o que é normalização?
– Processo Matemático que pode-se substituir,
gradativamente, um conjunto de E...
Funções da Normalização
• Analisar tabelas e organizá-las de forma que a sua
estrutura seja simples, relacional e estável,...
Motivação
• Problemas comuns mais encontrados em
tabelas:
– Redundância de dados (repetição);
– Perda de dados (inconsistê...
• Basicamente, é a aplicação de cinco regras,
porém na maioria dos casos apenas 3 já são
suficientes para possuir uma estr...
Entendendo...o processo básico
• Quando uma tabela não atende ao critério
de uma forma normal, sua estrutura é
redesenhada...
Porque usar Normalização?
• A normalização é feita, através da análise dos
dados que compõem as estruturas utilizando o
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HABILIDADES-ESPORTIVAS
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1) Se Pelé mudar de endereço?
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2) E se quisermos atribuir um novo esporte
para Pelé ?
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3) Como fazer para retirar Pelé
do Banco de Dados?
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Identidade Nome Endereço Habilidade
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HABILIDADES-ESPORTIVAS
Identidade Nome Endereço Habilidade
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Praia
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Qualidade de Esquemas
Relacionais: Normalização
ESPORTISTAS
Identidade Nome Endereço
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...
Vejamos agora este outro exemplo
Problemas apresentados
• Atualização:
– Uma mudança na descrição da peça BT04
requer várias mudanças;
• Inconsistência:
– ...
Problemas apresentados
• Inclusão:
– Obs: chave primária  nro_ped + nro_peça
– A inserção de uma nova peça sem um pedido
...
Através dos Processos de Normalização
• Inicia-se com uma relação ou coleção de
relações;
• Produz-se uma nova coleção de ...
Primeira Forma Normal (1FN)
• Uma relação está na 1FN se:
– Cada atributo contém apenas valores atômicos.
– Ou seja, devem...
Primeira Forma Normal (1FN)
ALUNOCURSO
NOME CPF CURSO1 CURSO2 CURSO3
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Primeira Forma Normal (1FN)
ALUNOCURSO
NOME CPF CURSO
Artur 123456789 Programador
Ana 222222222 Operador
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Exemplo
Ex.: Empregado
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Cargo
NomeCargo CodProj DataFim Horas
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120...
• A chave primária para a tabela empregados é
(Matrícula,CodProj)
• Vimos que um dos objetivos da normalização é
diminuir ...
Anomalias da 1FN
• Inserção: não podemos inserir um
empregado sem que este esteja alocado
num projeto, nem um projeto sem ...
Anomalias da 1FN
• Remoção: se precisarmos remover um
projeto, as informações de empregados
que estiverem lotados apenas n...
Conclusões
• A 1FN serve para evitar que se tenha que reservar
espaços para armazenar dados múltiplos;
• Uma tabela em 1FN...
• Para normalizar para a 1FN deve-se:
– P/ Atributos Compostos:
• Cada um dos atributos compostos (ou não atômicos) devem ...
• Uma relação está na Segunda Forma Normal
(2FN) quando:
– Estiver na Primeira Forma Normal e;
– Todos os atributos que nã...
Dependências Funcionais
• O Modelo Relacional pegou emprestado
da teoria de funções da matemática o
conceito de dependênci...
• Considerando os
seguintes conjuntos:
• Observe que existe uma
dependência entre os
valores dos conjuntos,
que pode ser e...
• Agora, observe os
conjuntos e veja que
existe uma
dependência entre os
valores de forma que
pode ser expressa
pela funçã...
• Ou seja, nome é função do CPF;
– Se eu tiver um número de CPF, poderei encontrar o
nome da pessoa correspondente.
• Esta...
• Uma relação está na segunda forma normal
quando duas condições são satisfeitas:
– A relação estiver na primeira forma no...
• Observe a relação abaixo:
– BOLETIM = {matricula-aluno, codigo-materia, numero-
prova, nota, data-da-prova, nome-aluno, ...
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• codigo-materia, numero-prova -> data-da-prova
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• BOLETIM = {matricula-aluno, codigo-materia,
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• Para normalizar para a 2FN deve-se:
– Verificar os grupos de atributos que dependem da
mesma parte da chave;
– Retirar d...
• Um relação é considerada estar na Terceira
Forma Normal (3FN), quando:
– Estiver na Segunda Forma Normal e;
– Todos os a...
• Acontece quando um atributo possuir dependência
funcional a outro que não pertence à chave primária.
• Exemplo 1:
– Cidade -> Estado (cidade determina estado)
– Estado -> País (estado determina país)
– Cidade -> País (então...
• Uma relação está na terceira forma normal
quando duas condições forem satisfeitas:
– A relação estiver na segunda forma ...
• Observe a relação abaixo:
– PEDIDO = {numero-pedido, codigo-cliente, data-pedido,
nome-cliente,codigo-cidade-cliente, no...
• Fazendo a análise da dependência funcional de
cada atributo, chegamos às seguintes
dependências funcionais:
– numero-ped...
• Concluímos então que apenas os atributos
codigo-cliente e data-pedido dependem não
transitivamente de toda chave primári...
• Isto é dependência transitiva!
• Devemos resolver inicialmente as dependências
mais simples, criando uma nova relação on...
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cidade-cliente
• Observe que o nome-cidade-cliente continua com
uma dep...
• PEDIDO = {numero-pedido, codigo-cliente, data-
pedido}
• CLIENTE = {codigo-cliente, nome-cliente,
codigo-cidade-cliente}...
• Para Normalizar para a Terceira Forma Normal
deve-se:
– Verificar um grupo de atributo que depende não
diretamente da ch...
• 4FN:
– Uma relação está na Quarta Forma Normal (4FN)
quando:
• Não possuir dois ou mais Atributos multi-valorados
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• Nome ->-> Disciplina:
– Cada professor pode
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disciplinas;
• Nome ->-> Orientado:
– Cada professor pode
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• 5FN:
– O conjunto de relações do BD está na Quinta Forma
Normal (5FN) quando:
• Dado o conjunto de multi-dependências fu...
• Nome ->-> Disciplina:
– Cada professor pode ministrar
várias disciplinas
• Nome ->-> Apostila:
– Um grupo de professor p...
• O processo de normalização é aplicado em uma relação por vez.
• Durante o processo a relação vai sendo "quebrada", crian...
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Aula5 normalização

  1. 1. Normalização
  2. 2. Introdução • O Conceito de Normalização foi introduzido por Edgar Frank Codd (E. F. Codd) em 1970, como Primeira Forma Normal - 1FN; • Consiste em uma técnica de um Processo Matemático Formal fundamentado na Teoria dos Conjuntos;
  3. 3. Introdução • Sim, mas o que é normalização? – Processo Matemático que pode-se substituir, gradativamente, um conjunto de Entidades e Relacionamentos por um outro, mais “adequado”, em relação à Anomalias de Atualização (Inclusão, Alteração e Exclusão); • Ou seja, consiste em eliminar elementos de dados redundantes e grupos repetitivos;
  4. 4. Funções da Normalização • Analisar tabelas e organizá-las de forma que a sua estrutura seja simples, relacional e estável, para que o gerenciamento possa ser também simples, eficiente e seguro. • Evitar a perda e a repetição da informação e atingir uma forma de representação adequada para o que se deseja armazenar. • Oferecer mecanismos para analisar o projeto do banco de dados de forma que se possa identificar os erros e corrigi-los.
  5. 5. Motivação • Problemas comuns mais encontrados em tabelas: – Redundância de dados (repetição); – Perda de dados (inconsistência); – Representação de certos dados de forma incorreta.
  6. 6. • Basicamente, é a aplicação de cinco regras, porém na maioria dos casos apenas 3 já são suficientes para possuir uma estrutura organizada;
  7. 7. Entendendo...o processo básico • Quando uma tabela não atende ao critério de uma forma normal, sua estrutura é redesenhada através da projeção (eliminação) de alguns atributos; • Juntamente com a construção de novas tabelas; – Onde algum atributo é incluído para que se possa refazer o conteúdo da tabela original através da junção (reunir) das tabelas resultantes.
  8. 8. Porque usar Normalização? • A normalização é feita, através da análise dos dados que compõem as estruturas utilizando o conceito chamado "Formas Normais (FN)". • As FN são conjuntos de restrições nos quais os dados devem satisfazê-las. • Exemplo pode-se dizer que a estrutura está na primeira forma normal (1FN), se os dados que a compõem satisfizerem as restrições definidas para esta forma normal.
  9. 9. HABILIDADES-ESPORTIVAS Identidade Nome Endereço Habilidade 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Futebol 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Voleibol 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Basquete 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Atletismo 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Tênis Esta tabela está bem projetada?
  10. 10. 1) Se Pelé mudar de endereço? HABILIDADES-ESPORTIVAS Identidade Nome Endereço Habilidade 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Futebol 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Voleibol 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Basquete 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Atletismo 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Tênis 1) (anomalia de atualização)
  11. 11. 2) E se quisermos atribuir um novo esporte para Pelé ? HABILIDADES-ESPORTIVAS Identidade Nome Endereço Habilidade 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Futebol 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Voleibol 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Basquete 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Atletismo 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Tênis 2) (anomalia de inclusão)
  12. 12. 3) Como fazer para retirar Pelé do Banco de Dados? HABILIDADES-ESPORTIVAS Identidade Nome Endereço Habilidade 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Futebol 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Voleibol 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Basquete 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Atletismo 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia Tênis 3) (anomalia de remoção)
  13. 13. Idealmente: HABILIDADES-ESPORTIVAS Identidade Nome Endereço Habilidade 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia {Futebol, Voleibol, Basquete, Atletismo, Tênis} Mas isto não é uma tabela (atributo habilidade não é atômico)! O que é possível fazer, dentro do modelo relacional?
  14. 14. Qualidade de Esquemas Relacionais: Normalização ESPORTISTAS Identidade Nome Endereço 8795835 Édson Arantes Ponta da Praia ... ... ... Habilidade Esporte 287 Futebol 398 Voleibol 235 Basquetebol 129 Atletismo 458 Tênis HABILIDADES Esporte_Esportista Habilidade Identidade 2547 287 87958353146 398 8795835 5329 235 8795835 9874 129 8795835 6213 458 8795835 Esporte_Esportista
  15. 15. Vejamos agora este outro exemplo
  16. 16. Problemas apresentados • Atualização: – Uma mudança na descrição da peça BT04 requer várias mudanças; • Inconsistência: – Não há nada no projeto impedindo que a peça BT04 tenha duas ou mais descrições diferentes no BD.
  17. 17. Problemas apresentados • Inclusão: – Obs: chave primária  nro_ped + nro_peça – A inserção de uma nova peça sem um pedido correspondente causa problema; • Remoção: – Se o pedido de numero 1000 fosse eliminado do BD, seria perdida a informação de que a peça AX12 é chamada bicicleta; • Como resolver??
  18. 18. Através dos Processos de Normalização • Inicia-se com uma relação ou coleção de relações; • Produz-se uma nova coleção de relações; – Equivalente a coleção original, pois ela deve representar a mesma informação; • Isso ajudará a ficarmos livre de problemas!?
  19. 19. Primeira Forma Normal (1FN) • Uma relação está na 1FN se: – Cada atributo contém apenas valores atômicos. – Ou seja, devemos remover os elementos repetitivos; • Com isso, não há conjuntos de atributos repetidos descrevendo a mesma característica; ALUNOCURSO NOME CPF CURSOS Artur 123456789 Programador Ana 222222222 Operador, Programador Carlos 222333444 Analista, Programador, Operador Paulo 555666777 Operador, Analista
  20. 20. Primeira Forma Normal (1FN) ALUNOCURSO NOME CPF CURSO1 CURSO2 CURSO3 Artur 123456789 Programador Ana 222222222 Operador Programador Carlos 222333444 Analista Programador Operador Paulo 555666777 Operador Analista São repetidos atributos do mesmo tipo, curso1, curso2, curso3. (Diz-se que a relação tem um grupo repetitivo)
  21. 21. Primeira Forma Normal (1FN) ALUNOCURSO NOME CPF CURSO Artur 123456789 Programador Ana 222222222 Operador Ana 222222222 Programador Carlos 222333444 Analista Carlos 222333444 Programador Carlos 222333444 Operador Paulo 555666777 Operador Qual a desvantagem? Modelagem adequada:
  22. 22. Exemplo Ex.: Empregado Matrí cula Nome Cod Cargo NomeCargo CodProj DataFim Horas 120 João 1 Programador 01 17/07/95 37 120 João 1 Programador 08 12/01/96 12 121 Hélio 1 Programador 01 17/07/95 45 121 Hélio 1 Programador 08 12/01/96 21 121 Hélio 1 Programador 12 21/03/96 107 270 Gabriel 2 Analista 08 12/01/96 10 270 Gabriel 2 Analista 12 21/03/96 38 273 Silva 3 Projetista 01 17/07/95 22 274 Abraão 2 Analista 12 21/03/96 31 279 Carla 1 Programador 01 17/07/96 27 279 Carla 1 Programador 08 12/01/96 20 279 Carla 1 Programador 12 21/03/96 51 301 Ana 1 Programador 12 21/03/96 16 306 Manoel 3 Projetista 17 21/03/96 67
  23. 23. • A chave primária para a tabela empregados é (Matrícula,CodProj) • Vimos que um dos objetivos da normalização é diminuir a redundância de dados, porém com a tabela anterior aumentamos a redundância ?!?! • Precisamos realizar outros passos de normalização para termos um bom projeto. • A 1FN possui características indesejáveis!
  24. 24. Anomalias da 1FN • Inserção: não podemos inserir um empregado sem que este esteja alocado num projeto, nem um projeto sem que haja um empregado trabalhando nele (integridade de entidade).
  25. 25. Anomalias da 1FN • Remoção: se precisarmos remover um projeto, as informações de empregados que estiverem lotados apenas naquele projeto serão perdidas. • Atualização: se um empregado for promovido de cargo teremos que atualizar os atributos CodCargo e NomeCargo em todas as tuplas nas quais aquele empregado está presente.
  26. 26. Conclusões • A 1FN serve para evitar que se tenha que reservar espaços para armazenar dados múltiplos; • Uma tabela em 1FN não evita, porém, anomalias de inclusão, atualização, e remoção. • É preciso uma normalização mais “fina” , ou outras formas normais: – Segunda Forma Normal (2FN) – Terceira Forma Normal (3FN)
  27. 27. • Para normalizar para a 1FN deve-se: – P/ Atributos Compostos: • Cada um dos atributos compostos (ou não atômicos) devem ser "divididos" em seus atributos componentes; – P/ Atributos Multi-valorados: • Quando a quantidade de valores for pequena e conhecida a priori, substitui-se o atributo multivalorado por um conjunto de atributos de mesmo domínio, cada um monovalorado representando uma ocorrência do valor. • Quando a quantidade de valores for muito variável, desconhecida ou grande, retira-se da relação o atributo multivalorado, e cria-se uma nova relação que tem o mesmo conjunto de atributos chave, mais o atributo multivalorado também como chave e monovalorado.
  28. 28. • Uma relação está na Segunda Forma Normal (2FN) quando: – Estiver na Primeira Forma Normal e; – Todos os atributos que não participam da chave primária são dependentes funcionalmente (diretos ou transitivos) de toda a chave primária. • Certo, beleza, mas o que é dependência funcional?
  29. 29. Dependências Funcionais • O Modelo Relacional pegou emprestado da teoria de funções da matemática o conceito de dependência funcional. • Existem dois tipos: – Direta; e – Transitiva; • Vejamos a princípio a Direta; – Para entender é fácil, vejamos na própria teoria dos conjuntos:
  30. 30. • Considerando os seguintes conjuntos: • Observe que existe uma dependência entre os valores dos conjuntos, que pode ser expressa pela função f(x) = x + 10, ou seja: – y é função de x (y = f(x) = x + 10)
  31. 31. • Agora, observe os conjuntos e veja que existe uma dependência entre os valores de forma que pode ser expressa pela função f(CPF)=nome.
  32. 32. • Ou seja, nome é função do CPF; – Se eu tiver um número de CPF, poderei encontrar o nome da pessoa correspondente. • Esta dependência é expressa no Modelo Relacional da seguinte maneira: – CPF -> NOME • Leia-se a notação acima das seguintes maneiras: – Com um número de CPF eu posso encontrar o nome da pessoa, ou ainda: – Nome depende funcionalmente do CPF ou CPF funcionalmente determina nome;
  33. 33. • Uma relação está na segunda forma normal quando duas condições são satisfeitas: – A relação estiver na primeira forma normal; – Todos os atributos que não fazem parte da chave dependerem funcionalmente de toda a chave primária, ou seja, nenhum de seus atributos possuírem dependência parcial.
  34. 34. • Observe a relação abaixo: – BOLETIM = {matricula-aluno, codigo-materia, numero- prova, nota, data-da-prova, nome-aluno, endereço- aluno, nome-materia} • Fazendo a análise da dependência funcional de cada atributo, chegamos às seguintes dependências funcionais:
  35. 35. • matricula-aluno, codigo-materia, numero-prova -> nota • codigo-materia, numero-prova -> data-da-prova • matricula-aluno -> nome-aluno, endereço-aluno • codigo-materia -> nome-materia
  36. 36. • Concluímos então que apenas o atributo não chave nota depende totalmente de toda chave primária. • Para que toda a relação seja passada para a segunda forma normal, deve-se criar novas relações, agrupando os atributos de acordo com suas dependências funcionais:
  37. 37. • BOLETIM = {matricula-aluno, codigo-materia, numero-prova, nota} • PROVA = {codigo-materia, numero-prova, data-da-prova} • ALUNO = {matricula-aluno, nome-aluno, endereço-aluno} • MATERIA = {codigo-materia, nome-materia} • O nome das novas relações deve ser escolhido de acordo com a chave.
  38. 38. • Para normalizar para a 2FN deve-se: – Verificar os grupos de atributos que dependem da mesma parte da chave; – Retirar da relação todos os atributos de um desses grupos; – Criar uma nova relação, que contem esse grupo como atributo não chave, e os atributos que determinam esse grupo como chave; – Repetir estes procedimentos para cada grupo, até que todas as relações somente contenham atributos que dependam de toda a chave primária.
  39. 39. • Um relação é considerada estar na Terceira Forma Normal (3FN), quando: – Estiver na Segunda Forma Normal e; – Todos os atributos que não participam da chave primária são dependentes não transitivos de toda a chave primária. • Certo, beleza, filé, mas o que é dependência transitiva?
  40. 40. • Acontece quando um atributo possuir dependência funcional a outro que não pertence à chave primária.
  41. 41. • Exemplo 1: – Cidade -> Estado (cidade determina estado) – Estado -> País (estado determina país) – Cidade -> País (então cidade determina país de forma transitiva) • Exemplo 2: – Escola -> Turma (escola determina turma); – Turma -> Aluno (turma determina o aluno); – Aluno -> Escola (logicamente, aluno determina escola de forma transitiva);
  42. 42. • Uma relação está na terceira forma normal quando duas condições forem satisfeitas: – A relação estiver na segunda forma normal; e – Não existir dependência transitiva, ou seja, nenhum dos atributos não chave depende de outro também não chave;
  43. 43. • Observe a relação abaixo: – PEDIDO = {numero-pedido, codigo-cliente, data-pedido, nome-cliente,codigo-cidade-cliente, nome-cidade- cliente} • Retire as dependências funcionais:
  44. 44. • Fazendo a análise da dependência funcional de cada atributo, chegamos às seguintes dependências funcionais: – numero-pedido -> codigo-cliente – numero-pedido -> data-pedido – codigo-cliente -> nome-cliente – codigo-cliente -> codigo-cidade-cliente – codigo-cidade-cliente -> nome-cidade-cliente
  45. 45. • Concluímos então que apenas os atributos codigo-cliente e data-pedido dependem não transitivamente de toda chave primária. • Observe que: – numero-pedido -> codigo-cliente -> nome-cliente – numero-pedido -> codigo-cliente -> codigo-cidade- cliente – numero-pedido -> codigo-cliente -> codigo-cidade- cliente -> nome-cidade-cliente
  46. 46. • Isto é dependência transitiva! • Devemos resolver inicialmente as dependências mais simples, criando uma nova relação onde codigo-cliente seja a chave; – o codigo-cliente continuará na relação PEDIDO como atributo não chave, porém, os atributos que dependem dele devem ser transferidos para a nova relação:
  47. 47. • PEDIDO = {numero-pedido, codigo-cliente, data-pedido} • CLIENTE = {codigo-cliente, nome-cliente, codigo-cidade-cliente, nome-cidade-cliente} • As dependências transitivas da relação PEDIDO foram eliminadas, porém ainda devemos analisar a nova relação CLIENTE:
  48. 48. • codigo-cliente -> codigo-cidade-cliente -> nome- cidade-cliente • Observe que o nome-cidade-cliente continua com uma dependência transitiva, vamos resolvê-la da mesma maneira :
  49. 49. • PEDIDO = {numero-pedido, codigo-cliente, data- pedido} • CLIENTE = {codigo-cliente, nome-cliente, codigo-cidade-cliente} • CIDADE = {codigo-cidade-cliente, nome-cidade- cliente} • Lembre-se: o nome das novas relações deve ser escolhido de acordo com a chave.
  50. 50. • Para Normalizar para a Terceira Forma Normal deve-se: – Verificar um grupo de atributo que depende não diretamente da chave; – Retirar da relação esse grupo de atributos; – Criar uma nova relação que contem esse grupo de atributos, e defina com chave, os atributos dos quais esse grupo depende diretamente; – Repetir os passos anteriores até que todos os atributos restantes na relação original dependam diretamente de toda a chave primária.
  51. 51. • 4FN: – Uma relação está na Quarta Forma Normal (4FN) quando: • Não possuir dois ou mais Atributos multi-valorados independentes; – Para Normalizar para a Quarta Forma Normal deve- se : • Colocar cada atributo multi-valorado em uma relação, como na 1FN (b2); – Observação: Para se verificar a 4FN a relação deve ter no mínimo três atributos;
  52. 52. • Nome ->-> Disciplina: – Cada professor pode ministrar várias disciplinas; • Nome ->-> Orientado: – Cada professor pode orientar vários alunos;
  53. 53. • 5FN: – O conjunto de relações do BD está na Quinta Forma Normal (5FN) quando: • Dado o conjunto de multi-dependências funcionais do BD, não se estabelece um ciclo de multi-dependência entre pelo menos 3 atributos, ou os Atributos de um ciclo estão na mesma relação. – Para Normalizar para a Quinta Forma Normal deve-se : • Colocar todos os atributo multi-valorado que pertencem à um mesmo ciclo em uma relação.
  54. 54. • Nome ->-> Disciplina: – Cada professor pode ministrar várias disciplinas • Nome ->-> Apostila: – Um grupo de professor pode elaborar uma apostila • Disciplina ->-> Apostila: – Cada disciplina pode ter um certo número de apostilas • Apostila ->-> Nome: – Cada apostila pode ser elaborada por vários professores
  55. 55. • O processo de normalização é aplicado em uma relação por vez. • Durante o processo a relação vai sendo "quebrada", criando-se outras relações. • Geralmente o processo de normalização é realizado em etapas começando através das formas normais menos rígidas, e depois através de refinamentos sucessivos, chegar até uma normalização considerada satisfatória para a aplicação. • A decisão de normalizar ou não uma relação é um compromisso entre garantir a eliminação de inconsistências no BD e alcançar a eficiência de acesso. • A normalização para formas apoiadas em dependências funcionais evita inconsistências, usando para isso a própria construção do BD. • Se a mesma consistência puder ser garantida pelos aplicativos, a normalização correspondente não precisa ser realizada.

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