Bài giảng Cơ sở dữ liệu: Chương 6 - Chuẩn hóa dữ liệu

Trong lĩnh vực thiết kế cơ sở dữ liệu (CSDL), việc đảm bảo tính toàn vẹn và hiệu quả của dữ liệu là tối quan trọng. Tuy nhiên, các thiết kế CSDL ban đầu thường gặp phải tình trạng dư thừa dữ liệu không cần thiết và các dị thường phát sinh khi thao tác trên dữ liệu, gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng như mất mát thông tin hoặc mâu thuẫn dữ liệu. Để giải quyết thách thức này, kỹ thuật chuẩn hóa dữ liệu (data normalization) đóng vai trò là một công cụ cơ bản và không thể thiếu. Chương này sẽ giới thiệu tổng quan về quy trình chuẩn hóa dữ liệu, tầm quan trọng của nó trong việc cải thiện cấu trúc quan hệ, đồng thời đặt nền móng cho việc xây dựng các hệ thống CSDL mạnh mẽ và đáng tin cậy.

Sinh viên ngành Công nghệ thông tin, Kỹ thuật phần mềm đang theo học các môn về cơ sở dữ liệu, cũng như các nhà thiết kế và quản trị cơ sở dữ liệu muốn nâng cao kiến thức về thiết kế hệ thống dữ liệu hiệu quả và bền vững.

Chương này tập trung trình bày chi tiết về chuẩn hóa dữ liệu, một kỹ thuật thiết yếu trong thiết kế cơ sở dữ liệu nhằm kiểm tra và cải tiến các quan hệ. Mục tiêu chính của chuẩn hóa là loại bỏ sự dư thừa dữ liệu không cần thiết và giải quyết các dị thường dữ liệu (anomaly) phát sinh trong quá trình thêm, xóa hoặc cập nhật thông tin. Cụ thể, tài liệu đã phân tích ba loại dị thường phổ biến: dị thường khi thêm vào (insertion anomaly), dị thường khi xóa (deletion anomaly) và dị thường khi hiệu chỉnh (modification anomaly), đồng thời nhấn mạnh rằng một bảng dữ liệu lý tưởng không nên đại diện cho nhiều hơn một kiểu thực thể. Để đạt được các mục tiêu này, chuẩn hóa dữ liệu dựa trên các khái niệm nền tảng như phụ thuộc hàm (functional dependency), là ràng buộc giữa các thuộc tính, giúp xác định cách một thuộc tính quyết định giá trị của thuộc tính khác. Trên cơ sở đó, các khái niệm về khóa, bao gồm siêu khóa (superkey), khóa dự tuyển (candidate key) và khóa chính (primary key), được giới thiệu để xác định các thuộc tính có khả năng nhận diện duy nhất một hàng trong quan hệ. Quá trình chuẩn hóa được mô tả qua các bước cụ thể để chuyển đổi một bảng dữ liệu từ dạng ban đầu sang các dạng chuẩn cao hơn như Dạng chuẩn 1 (1NF), Dạng chuẩn 2 (2NF), và Dạng chuẩn 3 (3NF), thông qua việc loại bỏ các phụ thuộc đa trị, phụ thuộc riêng phần và phụ thuộc bắc cầu. Ngoài ra, tài liệu còn giới thiệu hệ tiên đề Armstrong (Armstrong's axioms) – bao gồm tính phản xạ, tính tăng trưởng và tính bắc cầu – cùng các luật suy diễn bổ sung, đây là các quy tắc cơ bản để làm việc với phụ thuộc hàm. Cuối cùng, khái niệm bao đóng của tập thuộc tính và thuật toán tìm bao đóng được trình bày như một công cụ quan trọng để xác định siêu khóa và đánh giá các phụ thuộc hàm. Việc áp dụng thành công chuẩn hóa dữ liệu mang lại giá trị to lớn trong việc xây dựng các hệ thống cơ sở dữ liệu mạnh mẽ, đáng tin cậy và có khả năng duy trì tính toàn vẹn dữ liệu cao.