Главная | Обратная связь

Корректные и некорректные декомпозиции отношений. Теорема Хита

На рис. 7.3 приведены две возможные декомпозиции отношения СЛУЖАЩИЕ_ПРОЕКТЫ (для экономии места мы сократили и слегка изменили тело отношения из рис. 7.1).

Рис. 7.3. Две возможные декомпозиции отношения СЛУЖАЩИЕ_ПРОЕКТЫ

Анализ рис. 7.3 показывает, что в случае декомпозиции (1) мы не потеряли информацию о служащих – про каждого из них можно узнать имя, размер зарплаты, номер выполняемого проекта и имя руководителя проекта. Вторая декомпозиция не дает возможности получить данные о проекте служащего, поскольку Иванов и Иваненко получают одинаковую зарплату, следовательно, эта декомпозиция приводит к потере информации. Что же привело к тому, что одна декомпозиция является декомпозицией без потерь, а вторая – нет?

Заметим, что при проведении декомпозиции мы использовали операцию взятия проекции. Каждое из отношений СЛУЖ, СЛУ_ПРО и ЗАРП_ПРО является проекцией исходного отношения СЛУЖАЩИЕ_ПРОЕКТЫ. В случае декомпозиции (1) отсутствие потери информации означает, что в результате естественного соединения отношений СЛУЖ и СЛУ_ПРО мы гарантированно получим отношение, заголовок и тело которого совпадают с заголовком и телом отношения СЛУЖАЩИЕ_ПРОЕКТЫ. Следует отметить, что это произойдет для любых допустимых (и согласованных) значений переменных отношений СЛУЖАЩИЕ_ПРОЕКТЫ, СЛУЖ и СЛУ_ПРО, поскольку у всех этих переменных атрибут СЛУ_НОМ является возможным ключом. Однако если выполнить естественное соединение отношений СЛУ и ЗАРП_ПРО, то будет получено отношение, показанное на рис. 7.4.

Схема этого отношения, естественно (поскольку соединение – естественное), совпадает со схемой отношения СЛУЖАЩИЕ_ПРОЕКТЫ, но в теле появились лишние кортежи, наличие которых и приводит к утрате исходной информации. Интуитивно понятно, что это происходит потому, что в отношении ЗАРП_ПРО отсутствуют функциональные зависимости СЛУ_ЗАРП ПРО_НОМ и СЛУ_ЗАРП ПРОЕКТ_РУК, но точнее причину потери информации в данном случае мы объясним несколько позже.

Корректность же декомпозиции 1 следует из теоремы Хита:

Теорема Хита.

Пусть задано отношение r {A, B, C} (A, B и C, в общем случае, являются составными атрибутами) и выполняется FD A B.

Рис. 7.4. Результат естественного соединения отношений СЛУЖ и ЗАРП_ПРО

Тогда r = (r PROJECT {A, B}) NATURAL JOIN (r PROJECT {A, C}).

Доказательство. Прежде всего, докажем, что в теле результата естественного соединения (обозначим этот результат через r₁) содержатся все кортежи тела отношения r. Действительно, пусть кортеж {a, b, c} r. Тогда по определению операции взятия проекции {a, b} (r PROJECT {A, B}) и {a, с} (r PROJECT {A, С}). Следовательно, {a, b, c} r₁. Теперь докажем, что в теле результата естественного соединения нет лишних кортежей, т. е. что если кортеж {a, b, c} r1, то {a, b, c} r. Если {a, b, c} r₁, то существуют {a, b} (r PROJECT {A, B}) и {a, с} (r PROJECT {A, С}). Последнее условие может выполняться в том и только в том случае, когда существует кортеж {a, b*, c} r. Но поскольку выполняется FD A B, то b = b* и, следовательно, {a, b, c} = {a, b*, c}. Конец доказательства.

Для иллюстрации общего случая применения теоремы Хита рассмотрим отношение СЛУЖАЩИЕ_ОТДЕЛЫ_ПРОЕКТЫ {СЛУ_НОМ, СЛУ_ОТД, ПРО_НОМ} (рис. 7.5). Атрибут СЛУ_ОТД содержит номера отделов, в которых работают служащие, а ПРО_НОМ – номера проектов, в которых служащие принимают участие. Каждый служащий работает только в одном отделе, т. е. имеется FD СЛУ_НОМ СЛУ_ОТД, но один служащий может участвовать в нескольких проектах.

Рис. 7.5. Декомпозиция без потерь по теореме Хита

В отношении СЛУЖАЩИЕ_ОТДЕЛЫ_ПРОЕКТЫ атрибут СЛУ_НОМ не является возможным ключом, но, как показано на рис. 7.5, наличия FD СЛУ_НОМ СЛУ_ОТД оказывается достаточно для декомпозиции этого отношения без потерь.

Для дальнейшего изложения нам потребуется ввести еще одно определение и сделать пару замечаний.

Атрибут B минимально зависит от атрибута A, если выполняется минимальная слева FD A B.

Например, в отношении СЛУЖАЩИЕ_ПРОЕКТЫ выполняются FD СЛУ_НОМ СЛУ_ЗАРП и {СЛУ_НОМ, СЛУ_ИМЯ} СЛУ_ЗАРП. Первая FD является минимальной слева, а вторая – нет. Поэтому СЛУ_ЗАРП минимально зависит от СЛУ_НОМ, а для {СЛУ_НОМ, СЛУ_ИМЯ} свойство минимальной зависимости не выполняется.