Normalização
Autor: Késsia Marchi | Publicado: 2013-10-03T12:18:00-07:00


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Ao modelar um banco de dados no modelo conceitual, podem ser
identificadas inúmeras entidades com inúmeros atributos, que compõem o domínio
da aplicação. Diante deste cenário, é inevitável o surgimento de diversas
dúvidas, como, quantas entidades, de fato, irão compor o meu modelo? Quais são
os atributos que devem ser considerados? Quais relacionamentos realmente
existem? Com qual cardinalidade? Para responder a estas e outras dúvidas que
podem surgir, garantindo que não haverá duplicidade de informações e não terá
entidades, atributos e relacionamentos perdidos, é aplicado um processo bem
definido, denominado Normalização. 

A normalização nos ajuda tanto no refinamento de novos
projetos, como também, no refinamento de entidades, atributos, relacionamento e
cardinalidade de sistemas legados, permitindo ser aplicado em processos de
engenharia reversa (HEUSER, 2009). 

O processo de normalização consiste em uma técnica
geralmente utilizada como guia no projeto de dados relacionais. Proposto por
Codd, por volta de 1970, inicialmente com apenas 3 formas normais, que
posteriormente, foi estendida por outras formas normais (SILBERCHATZ, 2012). 

Como definição de normalização, podemos dizer que é o
processo que permite a simplificação da estrutura de um banco de dados de modo
que esta se apresente em um estado ótimo, sem duplicações de informações
(DAMAS, 2007).

A teoria da normalização é baseada no conceito de Formas
Normais. Uma forma normal é uma regra que deve ser obedecida por uma tabela
para que seja considerada bem projetada(HEUSER, 2009). As formas normais são
denominadas primeira, segunda, terceira e quarta forma normal, tendo como
abreviações 1FN, 2FN, 3FN, Forma normal de Boyce/Cood, 4FN e 5 FN. 

Neste texto apresentarei as Formas Normais, porém, vale a
pena ressaltar que para a maioria dos casos basta normalizar até a 3 FN para
obter um esquema considerado como normalizado.



Passagem à Primeira Forma Normal

&nbsp;

Diz-se que uma tabela está na primeira forma normal, quando
ela não contém tabelas aninhadas. Portanto, a passagem à 1FN consta na
eliminação das tabelas aninhadas, eventualmente existentes. 

Para transformar um esquema de tabelas não normalizadas para
a 1FN há duas alternativas:

·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Construir uma única tabela com redundância de
dados;

·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Construir uma tabela para cada tabela aninhada. 

Considere o esquema conceitual apresentado a seguir: 

PROJ(codProj,
Tipo, Descr, (codEmp, nome, categoria, salario, datainicial, tempoal))

No esquema apresentado, é possível notar que há duas tabelas
aninhadas, a primeira que consta os dados do projeto e a segunda que consta os
dados do empregado. Para passarmos este esquema para a 1FN, vamos separar em
duas tabelas, ficando na tabela PROJ apenas os dados do projeto, e levando para
a tabela PROJEMP os dados do empregado no projeto, conforme o esquema
conceitual a seguir: 

PROJ(codProj,
Tipo, Descr) 

PROJEMP(codProj, codEmp,
nome, categoria, salario, datainicial, tempoal)



Nesta passagem, podem ser perdidas relações entre
informações, entretanto, para fins práticos, vamos considerar a decomposição de
tabelas.



Passagem à Segunda Forma Normal

&nbsp;

Para compreendermos a passagem a segundo forma normal, vamos
entender primeiro o conceito de dependência funcional.

Em uma tabela relacional, diz-se que uma coluna C2
depende funcionalmente de uma coluna C1 (ou que a coluna C1
determina a coluna C2) quando, em todas linhas da tabela, para cada
valor de C1 que aparece na tabela, aparece o mesmo valor de C2.
Para exemplificar, temos a Tabela 1,
que no qual, exibe o mesmo salário para cada código, ou seja, o Código E1
sempre exibe o salário 10. A notação de dependência funcional é representa por C1à C2, no
exemplo, Código à
Salário, que podemos dizer que o atributo Código determina o atributo salário
ou que o atributo salário depende funcionalmente do atributo Código.


Tabela
1 - Exemplo de Dependência Funcional





Uma tabela encontra-se na 2FN quando, além de estar na 1FN,
não contém dependências (funcionais) parciais. 

Um dependência (funcional) parcial ocorre quando uma coluna
depende apenas de uma parte de uma chave primária composta. Entendemos como
chave primária compostas, as chaves primárias que são formadas por mais um
atributo. 

As tabelas que já estão na 1FN e possuem apenas uma coluna
como chave primária, não contém dependências parciais, o que resulta na
afirmação de que ela já está na 2FN. No exemplo apresentado abaixo, a tabela
PROJ já está na 2FN por não contém chave primária composta, mas a tabela
PROJEMP está apenas na 1FN, pois possui dependência parcial. Identificamos as
dependências parciais nos atributos nome, categoria e salário, que são
determinados apenas pela chave primária codEmp, o que estabelece uma
dependência parcial. Os atributos datainicial e tempoal são determinados pelo
chave primária composta por codProj e codEmp. 

1FN

PROJ(codProj,
Tipo, Descr) 

PROJEMP(codProj,
codEmp, nome, categoria, salario, datainicial, tempoal)

Para a passagem para a 2FN, copiamos a tabela PROJ, pois ela
já está na 2FN e na tabela PROJEMP devemos eliminar as dependências parciais,
fazemos isso dividindo a tabela PROJEMP em duas tabelas, como:

2FN

&nbsp;PROJ(codProj, Tipo, Descr) 

EMP (codEmp,
nome, categoria, salario)

PROJEMP(codProj,
codEmp, datainicial, tempoal)

O exemplo citado é possível observar que a tabela PROJEMP
mantém sua chave primária composta. 




Passagem a 3 Forma Normal

&nbsp;

Uma tabela está na 3FN quando, além de estar na 2FN, não
contém dependências transitivas. Uma dependência (funcional) transitiva ocorre
quando uma coluna, além de depender da chave primária, depende de outra coluna
ou conjunto de colunas da tabela. 

Para exemplificar, vamos considerar a tabela EMP, exposta no
exemplo acima. Neste exemplo, vamos supor que o salário (coluna salário) do
funcionário seja determinado pela categoria funcional (coluna categoria). Neste
caso, a representação de salário, que é determinada pela categoria, está
representado redundantemente na tabela, pois para todos os funcionários
pertencentes a mesma categoria será repetido o valor do salário. Então, podemos
identificar neste exemplo uma dependência transitiva, no qual, o atributo
salario é determinado pelo atributo chave primária codEmp e pelo atributo não
chave categoria. 

Para eliminar essa dependência transitiva realizamos a
passagem a 3FN que consiste na divisão da tabela EMP de forma a eliminar a
dependência transitiva. 

3FN

PROJ(codProj,
Tipo, Descr) 

CAT (categoria,
salario)

EMP (codEmp,
nome, categoria)

PROJEMP(codProj,
codEmp, datainicial, tempoal)




Forma Normal de Boyce/Codd

&nbsp;

Para a maioria dos esquemas, a decomposição até a 3FN é
suficiente para obter o esquema de banco de dados normalizado ou, no caso da
engenharia reversa, correspondente ao documento. Entretanto, na literatura são
citados ainda a Forma Normal de Coyce/Codd, a 4FN e a 5FN.

A forma normal de Boyce/Codd (FNBC) refere-se a um
refinamento da 3 FN, este nome foi proposto pelo fato de que já haviam a 1FN,
2FN, 3FN, 4FN E 5FN, logo, fazer a 6FN como algo parecido com a 3FN não fazia
sentido (DAMAS, 2007). 

Enquanto a 3FN lida com dependências entre atributos chaves
e não chave, a FNBC lida com dependências entre chaves. 

As situações específicas que a FNBC lida são:

·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Existem múltiplas chaves candidatas;

·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
As chaves candidatas são compostas;

·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
As chaves candidatas se sobrepõem. 

Caso algumas das situações acima não se verificar, então a
FNBC se reduz à 3FN. 

Como exemplo, podemos citar as seguintes dependências
funcionais:

Encarregadoà
Cidade, Departamento.

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Cada
empregado trabalha em uma única cidade e gerencia um único departamento. 

Cidade, Departamento à
Encarregado.

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Só
existe um encarregado para cada Cidade e Departamento. 

Encarregado, Projeto, Cidade à
Departamento.

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Podem
existir vários encarregados para um mesmo projeto, mas tem de existir em
cidades distintas;

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Cada
encarregado pode ser responsável por mais de um projeto. 

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Em cada
cidade um projeto está associado a um único departamento e só tem um
encarregado responsável por ele. 

Para resolver esta situação pode-se separar&nbsp; em duas tabelas, contendo:

Encarregado à
cidade, projeto

Projeto à
cidade, departamento. 

Para que a FNBC seja aplicável é necessário que existam pelo
menos duas chaves candidatas com atributos comuns que se sobrepõem.


Passagem a 4 Forma Normal

&nbsp;

Até a FNBC são tratadas no processo de normalização as
dependências funcionais. Entretanto, para a verificação de consistência, é
necessário basear-se também em uma variação da dependência funcional,
denominada dependência multivalorada.

Uma dependência multivalorada, embora um conjunto de
atributos não possa determinar outro conjunto de atributos, ainda assim consegue
restringir os valores possíveis para o respectivo conjunto. 

Como definição temos: Dada uma relação R, se um conjunto de
atributos A pertencentes a R, restringe os valores possíveis para os atributos
de outro conjunto B também pertencentes a R, diz-se então que A Multidetermina
B ou que B é Multidependente de A, e é representando pela notação A àà B. 

Como exemplo, podemos ver na Figura 1,
o CodProj determina o conjunto de dados de CodEmpr.&nbsp;







Figura 1- Exemplo de Dependência Multivalorada



Dizemos que uma tabela está na 4FN quando, além de estar na
3FN e/ou FNBC, não contém mais de uma dependência multivalorada. 

A passagem para a 4 FN, assim como as anteriores, também
consiste na decomposição da tabela em tabelas menores. Para exemplificar, vamos
considerar a seguinte tabela: 

MATRICULA(codProj,
Aluno, Sala) 

Neste exemplo, podem ocorrer redundâncias se, um grupo de
alunos alocados a um projeto poder ocupar duas ou mais salas, como pode ser
visto na Tabela 2.





Tabela
2- Exemplo - Tabela Matrícula

 

  
Projeto

  
Aluno

  
Sala

 

  
1

  
A

  
S1

 

  
P1

  
B

  
S1

 

  
P1

  
C

  
S1

 

  
1

  
A

  
S2

 

  
P1

  
B

  
S2

 

  
P1

  
C

  
S2

 




É notório, neste exemplo, as redundâncias ocorridas, pois os
alunos aparecem tantas vezes quanto as salas alocadas, e o mesmo ocorre com
salas, que aparecem tantas vezes quanto a alunos alocados. Sendo assim, para
passar esta tabela para a 4FN, decompomos a tabela em duas tabelas menores,
ficando:

4FN

MATRICULAPROJALU(codProj,
Aluno) 

MATRICULAPROJSALA(codProj,
Sala)&nbsp;


Passagem a 5 Forma Normal

&nbsp;

Uma tabela está na 5FN quando, além de estar na 4FN, o seu
conteúdo puder ser reconstruído a partir de entidades menores. 

A 5FN ou Forma normal de Projeção-Junção baseia-se no
conceito de dependência de junção. 

Dependência de junção expressa a capacidade de um tabela,
que tenha sido decomposta em duas ou mais tabelas menores, de se reconstruir
novamente a partir das novas tabelas, obtendo-se a tabela original. Logo, uma
tabela está na 5FN quando não é mais possível decompô-la.

Há um consenso que são raras as exceções que necessitam da
passagem para a 5FN, na maioria dos casos, quando uma tabela está na 4FN também
estará na 5FN.




Referências

DAMAS, L. SQL, Strutucture Query Language. Rio de Janeiro.
LTC, 2007. 

HEUSER, C. Projeto de Banco de Dados. São Paulo. Bookman,
2009. 

SILBERCHATZ, A. Sistemas de Banco de Dados. Rio de Janeiro.
Elsevier, 2012. 


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