Fundamentos de la normalización de bases de datos

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En este artículo se explica la terminología de normalización de bases de datos para principiantes. Tener un conocimiento básico de esta terminología resulta útil al tratar el diseño de una base de datos relacional.

Descripción de la normalización

La normalización es el proceso de organizar los datos de una base de datos. Se incluye la creación de tablas y el establecimiento de relaciones entre ellas según reglas diseñadas tanto para proteger los datos como para hacer que la base de datos sea más flexible al eliminar la redundancia y las dependencias incoherentes.

Los datos redundantes desperdician el espacio de disco y crean problemas de mantenimiento. Si hay que cambiar datos que existen en más de un lugar, se deben cambiar de la misma forma exactamente en todas sus ubicaciones. Un cambio en la dirección de un cliente es mucho más fácil de implementar si los datos sólo se almacenan en la tabla Clientes y no en algún otro lugar de la base de datos.

¿Qué es una "dependencia incoherente"? Aunque es intuitivo para un usuario mirar en la tabla Clientes para buscar la dirección de un cliente en particular, puede no tener sentido mirar allí el salario del empleado que llama a ese cliente. El salario del empleado está relacionado con el empleado, o depende de él, y por lo tanto se debería pasar a la tabla Empleados. Las dependencias incoherentes pueden dificultar el acceso porque la ruta para encontrar los datos puede no estar o estar interrumpida.

Hay algunas reglas en la normalización de una base de datos. Cada regla se denomina una "forma normal". Si se cumple la primera regla, se dice que la base de datos está en la "primera forma normal". Si se cumplen las tres primeras reglas, la base de datos se considera que está en la "tercera forma normal". Aunque son posibles otros niveles de normalización, la tercera forma normal se considera el máximo nivel necesario para la mayor parte de las aplicaciones.

Al igual que con otras muchas reglas y especificaciones formales, en los escenarios reales no siempre se cumplen los estándares de forma perfecta. En general, la normalización requiere tablas adicionales y algunos clientes consideran éste un trabajo considerable. Si decide infringir una de las tres primeras reglas de la normalización, asegúrese de que su aplicación se anticipa a los problemas que puedan aparecer, como la existencia de datos redundantes y de dependencias incoherentes.

En las descripciones siguientes se incluyen ejemplos.

Primera forma normal

  • Elimine los grupos repetidos de las tablas individuales.
  • Cree una tabla independiente para cada conjunto de datos relacionados.
  • Identifique cada conjunto de datos relacionados con una clave principal.

No use varios campos en una sola tabla para almacenar datos similares. Por ejemplo, para realizar el seguimiento de un elemento del inventario que proviene de dos orígenes posibles, un registro del inventario puede contener campos para el Código de proveedor 1 y para el Código de proveedor 2.

¿Qué ocurre cuando se agrega un tercer proveedor? Agregar un campo no es la respuesta, requiere modificaciones en las tablas y el programa, y no admite fácilmente un número variable de proveedores. En su lugar, coloque toda la información de los proveedores en una tabla independiente denominada Proveedores y después vincule el inventario a los proveedores con el número de elemento como clave, o los proveedores al inventario con el código de proveedor como clave.

Segunda forma normal

  • Cree tablas independientes para conjuntos de valores que se apliquen a varios registros.
  • Relacione estas tablas con una clave externa.

Los registros no deben depender de nada que no sea una clave principal de una tabla, una clave compuesta si es necesario. Por ejemplo, considere la dirección de un cliente en un sistema de contabilidad. La dirección se necesita en la tabla Clientes, pero también en las tablas Pedidos, Envíos, Facturas, Cuentas por cobrar y Colecciones. En lugar de almacenar la dirección de un cliente como una entrada independiente en cada una de estas tablas, almacénela en un lugar, ya sea en la tabla Clientes o en una tabla Direcciones independiente.

Tercera forma normal

  • Elimine los campos que no dependan de la clave.

Los valores de un registro que no sean parte de la clave de ese registro no pertenecen a la tabla. En general, siempre que el contenido de un grupo de campos pueda aplicarse a más de un único registro de la tabla, considere colocar estos campos en una tabla independiente.

Por ejemplo, en una tabla Contratación de empleados, puede incluirse el nombre de la universidad y la dirección de un candidato. Pero necesita una lista completa de universidades para enviar mensajes de correo electrónico en grupo. Si la información de las universidades se almacena en la tabla Candidatos, no hay forma de enumerar las universidades que no tengan candidatos en ese momento. Cree una tabla Universidades independiente y vincúlela a la tabla Candidatos con el código de universidad como clave.

EXCEPCIÓN: cumplir la tercera forma normal, aunque en teoría es deseable, no siempre es práctico. Si tiene una tabla Clientes y desea eliminar todas las dependencias posibles entre los campos, debe crear tablas independientes para las ciudades, códigos postales, representantes de venta, clases de clientes y cualquier otro factor que pueda estar duplicado en varios registros. En teoría, la normalización merece el trabajo que supone. Sin embargo, muchas tablas pequeñas pueden degradar el rendimiento o superar la capacidad de memoria o de archivos abiertos.

Puede ser más factible aplicar la tercera forma normal sólo a los datos que cambian con frecuencia. Si quedan algunos campos dependientes, diseñe la aplicación para que pida al usuario que compruebe todos los campos relacionados cuando cambie alguno.

Otras formas de normalización

La cuarta forma normal, también llamada Forma normal de Boyce Codd (BCNF, Boyce Codd Normal Form), y la quinta forma normal existen, pero rara vez se consideran en un diseño real. Si no se aplican estas reglas, el diseño de la base de datos puede ser menos perfecto, pero no debería afectar a la funcionalidad.

Normalización de una tabla de ejemplo

Estos pasos demuestran el proceso de normalización de una tabla de alumnos ficticia.

  1. Tabla sin normalizar:

    Nº alumno Tutor Despacho-Tut Clase1 Clase2 Clase3
    1022 García 412 101-07 143-01 159-02
    4123 Díaz 216 101-07 143-01 179-04
  2. Primera forma normal: sin grupos repetidos

    Las tablas sólo deben tener dos dimensiones. Puesto que un alumno tiene varias clases, estas clases deben aparecer en una tabla independiente. Los campos Clase1, Clase2 y Clase3 de los registros anteriores son indicativos de un problema de diseño.

    Las hojas de cálculo suelen usar la tercera dimensión, pero las tablas no deberían hacerlo. Otra forma de considerar ese problema es con una relación de uno a varios y poner el lado de uno y el lado de varios en tablas distintas. En su lugar, cree otra tabla en la primera forma normal eliminando el grupo repetido (Nº clase), según se muestra a continuación:

    Nº alumno Tutor Despacho-Tut Nº clase
    1022 García 412 101-07
    1022 García 412 143-01
    1022 García 412 159-02
    4123 Díaz 216 101-07
    4123 Díaz 216 143-01
    4123 Díaz 216 179-04
  3. Segunda forma normal: eliminar los datos redundantes

    Observe los diversos valores de Nº clase para cada valor de Nº alumno en la tabla anterior. Nº clase no depende funcionalmente de Nº alumno (la clave principal), de modo que la relación no cumple la segunda forma normal.

    Las tablas siguientes demuestran la segunda forma normal:

    Alumnos:

    Nº alumno Tutor Despacho-Tut
    1022 García 412
    4123 Díaz 216

    Registro:

    Nº alumno Nº clase
    1022 101-07
    1022 143-01
    1022 159-02
    4123 101-07
    4123 143-01
    4123 179-04
  4. Tercera forma normal: eliminar los datos que no dependen de la clave

    En el último ejemplo, Despacho-Tut (el número de despacho del tutor) es funcionalmente dependiente del atributo Tutor. La solución es pasar ese atributo de la tabla Alumnos a la tabla Personal, según se muestra a continuación:

    Alumnos:

    Nº alumno Tutor
    1022 García
    4123 Díaz

    Personal:

    Nombre Sala Dept.
    García 412 42
    Díaz 216 42