Database Systems : A Practical Approach to Design, Implementation and. Dasar Perancangan & Implementasi Database Relasional Abdul Kadir

Transkripsi

1 Normalisasi Reff : Database Systems : A Practical Approach to Design, Implementation and Management Carolyn Begg & Thomas Connolly Dasar Perancangan & Implementasi Database Relasional Abdul Kadir 1 Normalisasi Tujuan utama pengembangan g sebuah model data lojik untuk sistem basisdata relasional adalah untuk membuat representasi data, relasi, dan batasannya secara akurat. Untuk mencapai tujuan ini, harus diidentifikasi kumpulan tabel yang sesuai. Normalisasi i dapat dipakai i untuk memverifikasi i tabeltabel hasil transformasi model ERD apakah sudah berstrukur baik atau belum. 2

2 Normalisasi Tiga bentuk normal yang paling umum digunakan adalah first normal form (1NF), second normal form (2NF), dan third normal form (3NF). Umumnya tabel yang telah memenuhi 3NF sudah tidak memiliki masalah. Pada beberapa kondisi khusus, masih diperlukan proses normalisasi lebih lanjut, yaitu untuk mencapai bentuk Boyce Codd normal form (BCNF), fourth normal form (4NF), dan fifth normal form (5NF). Normalisasi didasarkan pada aturan ketergantungan fungsional (functional dependencies) di antara atribut dalam suatu tabel. 3 Redundansi Data yang redundan adalah data yang disimpan berkali kali. Redundansi adalah istilah lain untuk duplikasi. Normalisasi berfungsi meminimalkan redundansi data. Bila redundansi data dapat diminimalkan, maka : Tempat penyimpanan data dapat diefisienkan Potensi timbulnya anomali update dapat dicegah 4

3 Redundansi Masalah yang terkait dengan redundansi data diilustrasikan dalam tabel berikut ini : Tabel StaffBranch mempunyai data yang redundan : detil dari suatu cabang diulang untuk setiap anggota staff. 5 Anomali Update Tabel yang mengandung ginformasi yang redundan dapat mengalami anomali update. Anomali update adalah masalah yang timbul dalam tabel ketika terjadi operasi pemutakhiran data, misalnya pengubahan data yang mengakibatkan inkonsistensi data, atau bahkan suatu data menjadi hilang. Tipe anomali update mencakup : Insertion Deletion Modification. 6

4 Anomali Insert Seorang staff baru bergabung gdengan branch B005 Insert baris baru pada tabel StaffBranch Misal di entri alamat yang salah : 163 Main St,. Basisdata sekarang menjadi tidak konsisten! Membuat cabang baru tanpa anggota staff B008, 57 Princes St, Edinburgh Tidak ada anggota staff, sehingga staffno harus NULL Tetapi staffno adalah primary key pada tabel StaffBranch, sehingga tidak boleh NULL! 7 Anomali Delete Mary Howe, staffno SA9, keluar (resign) dari perusahaan Hapus baris yang tepat pada tabel StaffBranch Hal ini juga akan menghapus detil dari branch B007 dimana Mary Howe bekerja Tetapi tidak ada orang lain di cabang B007, sehingga kita tidak bisa lagi mengetahui alamat cabang ini! 8

5 Anomali Modifikasi Branch B003 dipindah ke lokasi yang baru Alamat barunya adalah : 145 Main St, Harus mengubah tiga baris data di tabel StaffBranch. Andaikan hanya salah satu saja yang diubah, maka akan terjadi inkonsistensi data! 9 Identifikasi Candidate Key Candidate key adalah atribut atau himpunan atribut yang secara unik mengidentifikasi sebuah baris. Tidak ada bagian dari candidate key yang boleh bernilai NULL. Atribut yang secara fungsional menentukan setiap atribut yang lain adalah sebuah candidate key. 10

6 Identifikasi Primary Key Primary key adalah candidate key yang dipilih untuk mengidentifikasi baris baris sebuah tabel secara unik. Candidate key yang lain disebut alternate keys. Beberapa pedoman untuk memilih primary key : Ambil candidate key dengan atribut paling sedikit. Ambil candidate key dengan panjang terpendek. Ambil candidate key dengan jaminan keunikan paling baik. Ambil candidate key yang paling masuk akal. 11 Dependensi Fungsional Konsep utama yang terkait dengan normalisasi. Dependensi fungsional (functional dependency FD) Menjelaskan relasi antar atribut dalam suatu tabel. Jika A dan B adalah atribut dalam tabel R, B tergantung secara fungsional pada A (dinotasikan dengan A B), jika setiap nilai dari A di R berhubungan dengan tepat satu nilai dari B di R. Representasi diagramatik : Determinant dari sebuah FD mengacu pada atribut atau sekelompok atribut pada sisi kiri anak panah. 12

7 Contoh FD (1) 13 Contoh FD (2) IdDosen NamaDosen JenisKelamin Pendidikan TahunLulus 041 Faizal Rahman Pria S Faizal Rahman Pria S Shinta Dewi Wanita S Shinta Dewi Wanita S Shinta Dewi Wanita S Kartono Pria S Contoh contoh FD dari tabel di atas : IdDosen NamaDosen IdDosen JenisKelamin Dua FD di atas dapat juga ditulis : IdDosen {NamaDosen, JenisKelamin} {IdDosen, Pendidikan} TahunLulus 14

8 Contoh FD (2) Notasi FD berikut ini : IdDosen {NamaDosen, JenisKelamin} {IdDosen, Pendidikan} TahunLulus dapat digambarkan dengan diagram sebagai berikut : IdDosen NamaDosen JenisKelamin Pendidikan TahunLulus 15 Unnormalized Form (UNF) UNF adalah sebuah tabel yang memiliki atribut yang bernilai ganda (repeating groups) Cara membuat UNF : ubah data dari sumber informasi kedalam bentuk tabel dengan kolom dan baris. CustomerId FirstName Surname PhoneNumber 123 Robert Ingram Jane Wright Maria Fernandez

9 First Normal Form (1NF) 1NF adalah sebuah tabel dimana interseksi (perpotongan) dari setiap baris dan kolom hanya mengandung satu nilai. Cara mengubah UNF menjadi 1NF : 1. Baris data yang memiliki atribut ganda dijadikan beberapa baris (sejumlah datanya) 2. Isi bagian perpotongan baris & kolom yang kosong dengan melakukan k flattening the table. 3. Tetapkan PK untuk tabel 1NF yang telah terbentuk 17 Contoh (1) UNF 1NF CustomerId FirstName Surname PhoneNumber 123 Robert Ingram Jane Wright Maria Fernandez CustomerId FirstName Surname PhoneNumber 123 Robert Ingram Jane Wright Jane Wright Maria Fernandez

10 Contoh (2) UNF 1NF clientno cname propertyno paddress rentstart rentfinish rent ownerno oname CR76 John PG4 6L Lawrence St, 1J 1-Jul-00 l00 31-Aug CO40 Tina Murphy Kay PG16 5 Novar Dr, 1-Sep-01 1-Sep CO93 Tony shaw CR56 Aline PG4 6 Lawrence St, 1-Sep June CO40 Tina Murphy Stewart PG36 2 Manor Rd, 10-Oct-00 1-Dec CO93 Tony shaw PG16 5 Novar Dr, 1-Nov Aug CO93 Tony shaw clientno cname propertyno paddress rentstart rentfinish rent ownerno oname CR76 John Kay PG4 6 Lawrence St, 1-Jul Aug CO40 Tina Murphy CR76 John Kay PG16 5 Novar Dr, 1-Sep-01 1-Sep CO93 Tony shaw CR56 Aline PG4 6 Lawrence St, 1-Sep June CO40 Tina Murphy Stewart CR56 Aline PG36 2 Manor Rd, 10-Oct-00 1-Dec CO93 Tony shaw Stewart CR56 Aline PG16 5 Novar Dr, 1-Nov Aug CO93 Tony shaw Stewart 19 PK pada ClientRental Candidate keys pada ClientRental adalah : {clientno, propertyno} {clientno, rentstart} {propertyno, rentstart} Pilih {clientno, propertyno} sebagai PK clientno propertyno cname paddress rentstart rentfinish rent ownerno oname CR76 PG4 John Kay 6 Lawrence St, 1-Jul Aug CO40 Tina Murphy CR76 PG16 John Kay 5 Novar Dr, 1-Sep-01 1-Sep CO93 Tony shaw CR56 PG4 Aline 6 Lawrence St, 1-Sep June CO40 Tina Murphy Stewart CR56 PG36 Aline 2 Manor Rd, 10-Oct-00 1-Dec CO93 Tony shaw Stewart CR56 PG16 Aline 5 Novar Dr, 1-Nov Aug CO93 Tony shaw Stewart 20

11 Tabel ClientRental 1NF clientno propertyno cname paddress rentstart rentfinish rent ownerno oname CR76 PG4 John Kay 6 Lawrence St, 1-Jul-00 1Jul 31-Aug CO40 Tina Murphy CR76 PG16 John Kay 5 Novar Dr, 1-Sep-01 1-Sep CO93 Tony shaw CR56 PG4 Aline 6 Lawrence St, 1-Sep June CO40 Tina Murphy Stewart CR56 PG36 Aline 2 Manor Rd, 10-Oct-00 1-Dec CO93 Tony shaw Stewart CR56 PG16 Aline 5 Novar Dr, 1-Nov Aug CO93 Tony shaw Stewart Tabel lclientrental t ldapat tditulis dengan notasi standar sbb : ClientRental (clientno, propertyno, cname, paddress, rentstart, rentfinish, rent, ownerno, oname) 21 Dependensi Parsial IdDosen NamaDosen JenisKelamin Pendidikan TahunLulus 041 Faizal Rahman Pi Pria S Faizal Rahman Pria S Shinta Dewi Wanita S Shinta Dewi Wanita S Shinta Dewi Wanita S Kartono Pria S Atribut Y memiliki dependensi parsial terhadap X jika : X Y Y adalah atribut non PK dan X adalah BAGIAN dari atribut PK Tabel Dosen di atas memiliki PK : IdDosen + Pendidikan Untuk contoh tabel Dosen, JenisKelamin memiliki dependensi parsial terhadap IdDosen 22

12 Second Normal Form (2NF) 2NF adalah sebuah tabel yang telah memenuhi 1NF dan tidak mengandung dependensi parsial. Agar sebuah tabel yang mengandung dependensi parsial bisa memenuhi bentuk 2NF, maka dependensi parsialnya harus dihilangkan. Cara mengubah 1NF menjadi 2NF : 1. Ubahlah setiap dependensi parsial menjadi sebuah tabel baru. Jadikan determinannya sebagai PK. 2. Ubahlah dependensi yang terkait langsung dengan PK sebagai tabel tersendiri. Jadikan PK semula menjadi PK tabel tersebut. 23 Contoh 1NF 2NF clientno propertyno cname paddress rentstart rentfinish rent ownerno oname CR76 PG4 JohnKay 6 Lawrence St, 1Jul 1-Jul Aug CO40 TinaMurphy CR76 PG16 John Kay 5 Novar Dr, 1-Sep-01 1-Sep CO93 Tony shaw CR56 PG4 Aline 6 Lawrence St, 1-Sep June CO40 Tina Murphy Stewart CR56 PG36 Aline 2 Manor Rd, 10-Oct-00 1-Dec CO93 Tony shaw Stewart CR56 PG16 Aline Stewart 5 Novar Dr, 1-Nov Aug CO93 Tony shaw Dependensi parsial pada tabel ClientRental adalah : clientno cname propertyno {paddress, rent, ownerno, oname} 24

13 Contoh 1NF 2NF Tabel semula (1NF) : ClientRental (clientno, propertyno, cname, paddress, rentstart, rentfinish, rent, ownerno, oname) Dependensi parsial pada tabel ClientRental adalah : clientno cname propertyno {paddress, rent, ownerno, oname} Hasil dekomposisi 2NF : Tabel lclient (clientno, cname) Tabel PropertyOwner (propertyno, paddress, rent, ownerno, oname) Tabel Rental (clientno, propertyno, rentstart, rentfinish) 25 Contoh 1NF 2NF Hasil dekomposisi 1NF menjadi 2NF : Tabel Client ClientNo cname CR76 John Kay CR56 Aline Stewart Tabel Rental clientno propertyno rent Start rentfinish CR76 PG4 1 Jul Aug 01 CR76 PG16 1 Sep 01 1 Sep 01 CR56 PG4 1 Sep June 00 CR56 PG36 10 Oct 00 1 Dec 01 CR56 PG16 1 Nov Aug 03 Tabel PropertyOwner propertyno paddress rent ownerno oname PG4 6 Lawrence St, 350 CO40 Tina Murphy PG16 5 Novar Dr, 450 CO93 Tony Shaw PG36 2 Manor Rd, 375 CO93 Tony Shaw 26

14 Latihan-1 IdDosen NamaDosen JenisKelamin Pendidikan TahunLulus 041 Faizal Rahman Pi Pria S Faizal Rahman Pria S Shinta Dewi Wanita S Shinta Dewi Wanita S Shinta Dewi Wanita S Kartono Pria S Tabel di atas memenuhi kriteria yang mana : (a) UNF (b) 1NF (c) 2NF Jelaskan argumen anda! Lakukan normalisasi hingga 1 level di atasnya! 27 Dependensi Transitif MataKuliah Jadwal Ruang Lokasi Struktur Data Senin, Gedung Barat Pancasila Senin, Gedung Timur Web Design Selasa, Gedung Barat Sistem Pakar Rabu, Gedung Timur Metode Numerik Kamis, Gedung Timur FD pada tabel Kuliah di atas adalah : MataKuliah {Jadwal, Ruang, Lokasi} Ruang Lokasi Atribut Z memiliki dependensi transitif terhadap X jika : X Y Y Z Dependensi transitif tersebut dapat dinotasikan sebagai : X Y Z Untuk contoh tabel Kuliah, Lokasi memiliki dependensi transitif terhadap MataKuliah (karena : MataKuliah Ruang Lokasi) 28

15 Third Normal Form (3NF) 3NF adalah sebuah tabel yang telah memenuhi 2NF dan tidak mengandung dependensi transitif. Agar sebuah tabel yang mengandung dependensi transitif bisa memenuhi bentuk 3NF, maka dependensi transitifnya harus dihilangkan. Cara mengubah 2NF menjadi 3NF : 1. Bentuklah tabel baru yang mewakili dependensi fungsional yang tidak melibatkan PK tabel semula. Jadikan determinannya sebagai PK pada tabel baru tersebut. 2. Bentuklah tabel yang memuat semua atribut non PK yang bergantung pada PK tapi tidak bergantung pada determinan lain. Jadikan PK semula menjadi PK tabel tersebut. Tambahkan juga determinan perantara pada dependensi transitif menjadi FK pada tabel ini. 29 Contoh 2NF 3NF Tabel PropertyOwner propertyno paddress rent ownerno oname PG4 6 Lawrence St, 350 CO40 Tina Murphy PG16 5 Novar Dr, 450 CO93 Tony Shaw PG36 2 Manor Rd, 375 CO93 Tony Shaw Dependensi fungsional pada tabel PropertyOwner adalah : propertyno {paddress, rent, ownerno, oname} ownerno oname Sehingga tabel PropertyOwner mengandung dependensi transitif : propertyno ownerno oname atau dengan kata lain : oname tergantung secara transitif terhadap atribut PK (propertyno) 30

16 Contoh 2NF 3NF Tabel PropertyOwner propertyno paddress rent ownerno oname PG4 6 Lawrence St, 350 CO40 Tina Murphy PG16 5 Novar Dr, 450 CO93 Tony Shaw PG36 2 Manor Rd, 375 CO93 Tony Shaw Berdasarkan langkah 1* transformasi 2NF 3NF diperoleh : Tabel Owner (ownerno, oname) Dan berdasarkan langkah 2* transformasi 2NF 3NF diperoleh : Tabel Property (propertyno, paddress, rent, ownerno) *) Lihat slide halaman 29 Tabel Property Tabel Owner propertyno paddress rent ownerno ownerno oname PG4 6 Lawrence St, 350 CO40 CO40 Tina Murphy PG16 5 Novar Dr, 450 CO93 CO93 Tony Shaw PG36 2 Manor Rd, 375 CO93 31 Latihan-2 MataKuliah Jadwal Ruang Lokasi Struktur Data Senin, Gedung Barat Pancasila Senin, Gedung Timur Web Design Selasa, Gedung Barat Sistem Pakar Rabu, Gedung Timur Metode Numerik Kamis, Gedung Timur Tabel di atas memenuhi kriteria yang mana : (a) UNF (b) 1NF (c) 2NF (d) 3NF Jelaskan argumen anda! Lakukan normalisasi hingga 1 level di atasnya! 32

17 Latihan-3 Lakukan normalisasi untuk tabel berikut ini : 33 Boyce Codd Normal Form (BCNF) Sebuah tabel memenuhi bentuk BCNF jika dan hanya jika determinan dalam setiap FD pada tabel tersebut merupakan candidate key. Setiap tabel yang memenuhi bentuk BCNF juga memenuhi kriteria bentuk 3NF. Tetapi tidak berlaku sebaliknya!! Agar sebuah tabel 3NF (yang belum memenuhi BCNF) bisa dijadikan tabel BCNF, maka FD yang melibatkan determinan non-candidate key harus dipisahkan menjadi satu tabel tersendiri. 34

18 Contoh 3NF BCNF clientno interviewdate interviewtime staffno roomno CR76 13 May 02 10:30 SG5 G101 CR56 13 May 02 12:00 SG5 G101 CR74 13 May 02 12:00 SG37 G102 CR56 1 Jul 02 10:30 SG5 G102 Tabel ClientInterview (clientno, interviewdate, interviewtime, staffno, roomno) Tabel ClientInterview memenuhi bentuk 3NF. Apakah juga memenuhi BCNF? 35 Contoh 3NF BCNF FD pada tabel ClientInterview : fd1 : clientno, interviewdate interviewtime, staffno, roomno fd2 : staffno, interviewdate, interviewtime clientno fd3 : roomno, interviewdate, interviewtime staffno, clientno fd4 : staffno, interviewdate roomno Cek determinan pada semua FD : fd1 : determinan adalah PK (berarti merupakan candidate key) fd2 : determinan merupakan candidate key fd3 : determinan merupakan candidate key fd4 : determinan bukan merupakan candidate key Kesimpulan : tabel ClientInterview belum memenuhi BCNF 36

19 Contoh 3NF BCNF Untuk membentuk tabel yang memenuhi BCNF : Pisahkan atribut yang terlibat dalam fd4 menjadi tabel baru StaffRoom. Jadikan atribut determinan sebagai PK dalam tabel tsb. Tabel semula (ClientInterview) yang telah dibuang atribut dependant nya (pada fd4) dijadikan tabel Interview. Hasil normalisasi menjadi bentuk BCNF : clientno interviewdate interviewtime staffno CR76 13 May 02 10:30 SG5 CR56 13 May 02 12:00 SG5 CR74 13 May 02 12:00 SG37 CR56 1 Jul 02 10:30 SG5 staffno interviewdate roomno SG5 13 May 02 G101 SG5 13 May 02 G101 SG37 13 May 02 G102 SG5 1 Jul 02 G Multi Valued Dependency (MVD) MVD adalah dependensi antara dua atribut (misal A & B) dalam sebuah tabel dengan ciri sbb : Untuk setiap nilai A terdapat sejumlah nilai B. Notasi MVD untuk dua atribut tsb ditulis : A >> B Jika terdapat MVD sbb : X >> Y dan X >> Z Atribut Y dan Z bersifat independen (tidak saling bergantung) Maka kondisi i tersebut dapat ditulis : X >> Z Y 38

20 Fourth Normal Form (4NF) 4NF adalah sebuah tabel yang telah memenuhi BCNF dan tidak mengandung lebih dari satu MVD yang versifat independen. Agar sebuah tabel BCNF bisa memenuhi bentuk 4NF, maka harus mengikuti aturan konversi yang termuat dalam Teorema Fagin : Bila T(A, B, C) merupakan sebuah tabel dengan A, B, C sebagai atributnya, maka T dapat dipecah menjadi (A, B) dan (A, C) jika T memenuhi MVD : A >> B C 39 Contoh BCNF 4NF MataKuliah Dosen BukuReferensi SBD Ir. Tukul DatabaseSystems SBD Ir. Tukul Modern Data Management SBD Dr. Sule Database Systems SBD Dr. Sule Modern Data Management PTI Komeng MSc IT Horizons PTI Komeng MSc Computer Sciences PTI Drs. Parto IT Horizons PTI Drs. Parto Computer Sciences Tabel di atas memiliki dua MVD yaitu : MataKuliah >> Dosen MataKuliah >> BukuReferensi Karena atribut Dosen dan BukuReferensi bersifat independen, maka : MataKuliah >> Dosen BukuReferensi 40

21 Contoh BCNF 4NF MataKuliah Dosen BukuReferensi SBD Ir. Tukul DatabaseSystems SBD Ir. Tukul Modern Data Management SBD Dr. Sule Database Systems SBD Dr. Sule Modern Data Management PTI Komeng MSc IT Horizons PTI Komeng MSc Computer Sciences PTI Drs. Parto IT Horizons PTI Drs. Parto Computer Sciences Berdasarkan Teorema Fagin, tabel tersebut dapat dipecah menjadi : MataKuliah_Dosen (MataKuliah, Dosen) MataKuliah _BukuReferensi (MataKuliah, BukuReferensi) MataKuliah Dosen SBD Ir. Tukul SBD Dr. Sule PTI Komeng MSc PTI Drs. Parto MataKuliah BukuReferensi SBD Database Systems SBD Modern Data Management PTI IT Horizons PTI Computer Sciences 41 Fifth Normal Form (5NF) 5NF adalah sebuah tabel yang telah memenuhi 4NF dan tidak dapat didekomposisikan lebih lanjut. Andaikan pada sebuah tabel 5NF dilakukan dekomposisi menjadi beberapa tabel yang lebih kecil, maka sesungguhnya pada tabeltabel hasil dekomposisi tersebut bila dilakukan rekonstruksi akan kembali menghasilkan tabel 5NF yang semula. 42

22 Contoh 5NF Tabel Mahasiswa NPM NamaMhs JenisKelamin TgLahir Joe Satriani Pria 1 May Steve Vai Pria 5 Aug Jimmy Page Pria 2 Feb Janis Joplin Wanita 9 Apr 49 Misalkan tabel Mahasiswa di atas dipecah menjadi tiga tabel sbb : Mhs1 (NPM, NamaMhs) Mhs2 (NPM, JenisKelamin) Mhs3 (NPM, TgLahir) Jika dilakukan rekonstruksi pada ketiga tabel tsb, maka akan kembali menghasilkan tabel 5NF yang semula, yaitu tabel Mahasiswa. 43