Четверта нормальна форма

Четверта нормальна форма (4НФ) — нормальна форма застосовна в нормалізації баз даних. Введена Рональдом Фейджином в 1977. 4НФ — наступний рівень нормалізації після нормальної форми Бойса — Кодда. Тоді як друга, третя, і нормальна форма Бойса — Кодда опікуються функціональною залежністю, 4НФ опікується загальнішим типом залежності, відомим як багатозначна залежність. Таблиця перебуває в 4НФ тоді й лише тоді, коли для кожної її багатозначної залежності X →→ Y, X — суперключ, тобто X або потенційний ключ, або його надмножина.^[1]

Розглянемо такий приклад:

Кожний рядок показує куди корчма може доставити певний тип вареників.

В таблиці відсутні неключові атрибути, бо єдиний ключ це {Корчма, Тип вареників, Район доставки}. Тож таблиця знаходиться в усіх нормальних формах до НФБК. Однак, якщо ми припустимо, що типи вареників пропоновані рестораном не залежать від району доставки, тоді таблиця не знаходиться в 4НФ. Проблема в тому, що таблиця має дві нетривіальні багатозначні залежності від атрибута «Корчма» (який не є суперключем). Залежності такі:

• {Корчма} →→ {Тип вареників}
• {Корчма} →→ {Район доставки}

Ці нетривіальні багатозначні залежності на неключовому атрибуті відображають факт незалежності типів вареників, що пропонує корчма від районів в яких здійснюється доставка цією корчмою. Це призводить до надлишковості в таблиці: наприклад, ми тричі кажемо, що корчма «Тарас Бульба» пропонує варениками з вишнями, і якщо корчма «Тарас Бульба» почне пропонувати вареники з квасолею тоді нам буде необхідно додати декілька рядків, по одному для кожного району доставки. Навіть більше, нічого не заважає нам зробити це невірно: ми можемо додати рядки вареників з квасолею для всіх районів крім одного, звідси помилка багатозначної залежності {Корчма} →→ {Тип вареників}.

Для унеможливлення цих аномалій, ми маємо розмістити дані про типи пропонованих вареників в різні таблиці із даними про райони доставки, створивши дві таблиці, обидві в 4НФ:

На відміну від випадку, коли типи вареників пропоновані рестораном змінюються залежно від районів доставки, вихідна таблиця буде задовольняти умовам 4НФ.

Рональд Фейджин показав, що досягти виконання 4НФ можливо завжди.^[2] Теорема Ріссанена (про незалежність проєкцій) теж застосовна до багатозначних залежностей.

Стаття Маргарет Ву 1992 зауважує, що навчання з нормалізації баз даних зазвичай завершують безпосередньо перед 4НФ, можливо, через віру в те, що таблиці не в 4НФ (але такі, що знаходяться в попередніх) рідко зустрічаються в бізнес застосунках. А втім, ця віра може бути не точною. Ву звітує, що при вивченні сорока баз даних організацій, понад 20% містили одну або більше таблиць, що порушували 4НФ і при цьому відповідали умовам усіх нижніх форм.^[3]