domingo, 29 de abril de 2012

La Cuarta Forma Normal (4FN)


La cuarta forma normal (4NF) es una forma normal usada en la normalización de bases de datos. La 4NF se asegura de que las dependencias multivaluadas independientes estén correcta y eficientemente representadas en un diseño de base de datos. La 4NF es el siguiente nivel de normalización después de la forma normal de Boyce-Codd (BCNF).
Una tabla está en 4NF si y solo si esta en Tercera forma normal o en BCNF (Cualquiera de ambas) y no posee dependencias multivaluadas no triviales. La definición de la 4NF confía en la noción de una dependencia multivaluada. Una tabla con una dependencia multivaluada es una donde la existencia de dos o más relaciones independientes muchos a muchos causa redundancia; y es esta redundancia la que es suprimida por la cuarta forma normal.

Ejemplo:

Permutaciones de envíos de pizzas
Restaurante
Variedad de Pizza
Área de envío
Vincenzo's Pizza
Corteza gruesa
Springfield
Vincenzo's Pizza
Corteza gruesa
Shelbyville
Vincenzo's Pizza
Corteza fina
Springfield
Vincenzo's Pizza
Corteza fina
Shelbyville
Elite Pizza
Corteza fina
Capital City
Elite Pizza
Corteza rellena
Capital City
A1 Pizza
Corteza gruesa
Springfield
A1 Pizza
Corteza gruesa
Shelbyville
A1 Pizza
Corteza gruesa
Capital City
A1 Pizza
Corteza rellena
Springfield
A1 Pizza
Corteza rellena
Shelbyville
A1 Pizza
Corteza rellena
Capital City

Cada fila indica que un restaurante dado puede entregar una variedad dada de pizza a un área dada.
Note que debido a que la tabla tiene una clave única y ningún atributo no-clave, no viola ninguna forma normal hasta el BCNF. Pero debido a que las variedades de pizza que un restaurante ofrece son independientes de las áreas a las cuales el restaurante envía, hay redundancia en la tabla: por ejemplo, nos dicen tres veces que A1 Pizza ofrece la Corteza rellena, y si A1 Pizza comienza a producir pizzas deCorteza de queso entonces necesitaremos agregar múltiples registros, uno para cada una de las Áreas de envío de A1 Pizza. En términos formales, esto se describe como que Variedad de pizza está teniendo una dependencia multivalor en Restaurante.
Para satisfacer la 4NF, debemos poner los hechos sobre las variedades de pizza ofrecidas en una tabla diferente de los hechos sobre áreas de envío:


Variedades por restaurante
Restaurante
Variedad de pizza
Vincenzo's Pizza
Corteza gruesa
Vincenzo's Pizza
Corteza fina
Elite Pizza
Corteza fina
Elite Pizza
Corteza rellena
A1 Pizza
Corteza gruesa
A1 Pizza
Corteza rellena
Áreas de envío por restaurante
Restaurante
Área de envío
Vincenzo's Pizza
Springfield
Vincenzo's Pizza
Shelbyville
Elite Pizza
Capital City
A1 Pizza
Springfield
A1 Pizza
Shelbyville
A1 Pizza
Capital City
Ejemplo:

Considere usted la afinidad ESTUDIANTE que muestra la relación entre estudiantes, especialidades y actividades.  Suponga que los estudiantes pueden inscribirse en varias especialidades y participar en diversas actividades.  La única clave es la combinación de los atributos (SID, Especialidad, Actividad).  La estudiante 100 tiene su especialidad en Música y Contabilidad y también participa en Natación y Tenis.  El  estudiante 150 sólo tiene especialidad en Matemáticas y participa en Carrera.




¿Cuál es la relación entre SID y especialidad?  No es una dependencia funcional porque los estudiantes pueden tener distintas especialidades.  Un valor único de SID puede poseer muchos valores de Especialidad.  Esto también se aplica a la relación entre SID y Actividad.

Tal dependencia por atributos de denomina dependencia de valores múltiples.  Las dependencias de valores múltiples conducen a anomalías de modificación.  Observe la redundancia en datos de la figura.  La estudiante 100 tiene cuatros registros, cada uno de los cuales muestra una de sus especialidades junto con una de sus actividades.  Si los datos se almacenaran con menos hileras:  si hubiera sólo dos tuplas, uno para música y natación y uno para contaduría y tenis, las implicaciones serían engañosas. Parecería que la Estudiante 100 sólo nadó cuando tenía música como especialidad y jugó tenis sólo cuando tenía contaduría como especialidad.  Esa interpretación no es lógica.  Sus especialidades y sus actividades son independientes entre sí.  Para prevenir tales engañosas conclusiones se almacenan todas las combinaciones de especialidades y actividades.

Suponga que, debido a que la Estudiante 100 decide apuntarse en Esquí, se debe agregar la tupla (100, MÚSICA, ESQUÍ), como en la figura. La afinidad en este punto indica que la Estudiante 100 esquía cuando estudia música, pero no cuando tiene contaduría como especialidad.  A fin de mantener la consistencia en los datos, se debe agregar una hilera para cada uno de una de sus actividades ligadas con Esquí.  También se debe agregar la hilera) (100, CONTABILIDAD, ESQUÍ),  como en la figura.  Ésta es una anomalía de actualización:  hay que hacer demasiadas actualizaciones para realizar  un cambio en los datos.



Existe una dependencia de valores múltiples cuando una afinidad tiene al menos tres atributos, dos de los cuales poseen valores múltiples y sus valores dependen sólo del tercer atributo.  En otras palabras en la afinidad R (A, B, C) existe una dependencia de valores múltiples si A determina  valores múltiples de B, A  determina valores múltiples de especialidad, y SID determina valores múltiples de Actividad, pero  Especialidad y Actividad son independientes entre sí.

Observe otra vez la figura.  Vea cómo están escritas las dependencias de valores múltiples:  SID è èEspecialidad y SID èè Actividad.  Esto se lee "SID multidetermina Especialidad, y SID multidermina Actividad".  Esta afinidad está en BCNF (2NF porque todo es clave; 3NF porque no tiene dependencias transitivas; y BCNF porque no tiene determinantes que no son claves).  Hemos visto que posee anomalías: si un estudiante toma otra especialidad, se debe ingresar un tuple para la nueva especialidad, y juntarlo con cada una de las actividades del estudiante.  Sucede  lo mismo si un estudiante se inscribe  en una nueva actividad.  Si un estudiante deja  una especialidad se deben eliminar cada uno de los registros que contienen  tal materia.  Si participa en cuatro actividades, habrá cutro tuples que contengan la especilidad que ha dejado  y deberá borrarse cada uno.

Para evitar tales anomalías, se deben  las dependencias de valores múltiples.  Esto se hace construyendo dos afinidades, donde cada una almacena datos para solamente uno de los atributos de valores múltiples.  La afinidades resultantes no tienen  anomalías.  Ellas son ESTU-ESPECIALIDAD (SID, Especialidad) y ESTU-ACT (SID, Actividad).

A partir de estas observaciones, se define la cuarta forma normal: Una afinidad está en cuarta forma normal si está en BCNF y no tiene dependencias de valores múltiples.

Quedaria de la siguiente manera:

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