Einführung Datenbanken: Normalisierung

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1 Einführung Datenbanken: Normalisierung Für die Kursverwaltung einer VHS hat der Datenbank-Programmierer ein ER-Modell entworfen: Entitätstyp Entitäten Attribute Attributsausprägungen Kurse Teilnehmer Dozenten Räume Word für Anfänger Englisch 3 Quantenphysik Anja Lukas Katja Müller Sven Schuster Paul Bilk Carl Gärtner Petra Klausen Raum V23 Raum F17 Raum BkT112 KursNr. Kategorie Zeit Raum TeilnNr. Vorname Nachname Anschrift Alter DozentenNr. Vorname Nachname Anschrift Fächer RaumNr Gebäude Anzahl Plätze Kürzel EDV Sprachen Di Do Mo V23 F17 BkT Anja Katja Sven Lukas Müller Schuster Essen Bottrop Gelsenkirchen D17 D51 D83 Paul Carl Petra Bilk Gärtner Klausen Bottrop Essen Bochum EDV Englisch Physik V23 F17 BkT112 VHS FH Berufskolleg T B V, OHP Tafel Beamer Video, Overheadprojektor

2 Wendet man die Regeln zur Transformation eines ER-Modells in Tabellen an, erhält man folgendes Ergebnis: Teilnehmer(TeilnNr, Vorname, Nachname, Anschrift, Alter) Kurs(KursNr, Kategorie, Wochentag, Zeit, DozentNr, RaumNr) Dozent(DozentenNr, Vorname, Nachname, Anschrift, Fächer) Raum(RaumNr, Gebäude, Adresse, AnzahlPlätze, Kürzel, ) Buchung(HörerNr, KursNr, Datum, GebührBezahlt) Wie eine Tabelle konkret aussieht, zeigt das Beispiel der Raum-Tabelle: Raum-Nr. Gebäudebezeichnung Adresse Anzahl Plätze V23 VHS-Gebäude Raum 23 Ebertstr. 5 FH17 Fachhochschule Hörsaal Neidenburger Str Gelsenkirchen Overwegstr. 4 Raum 112 kürzel 12 T Tafel OHP Overheadprojektor 250 B Beamer 70 T W OHP V Tafel Whiteboard Overheadprojektor Video mit TV Diese Tabelle ist für die Übernahme in eine Datenbank leider noch nicht geeignet: Um zu überprüfen, ob die Tabellen direkt in eine Datenbank übernommen werden können, bedient man sich der Methode der Normalisierung, die folgende Aufgaben hat: Beseitigung mehrfach vorkommender (redundanter) und damit überflüssiger Daten, ohne damit die Aussagekraft der Datenbank zu schwächen. Vereinfachung der Datenpflege, um die damit einhergehenden Probleme zu umgehen (Beseitigung sog. Anomalien), Entwurf eindeutiger Tabellen, die keine versteckten Tabellen als Untertabellen enthalten (Beseitigung sog. transitiver Abhängigkeiten). Das Resultat der Normalisierung sind Tabellen, die direkt in die Datenbank übertragen werden können. Die Zerlegung der Ausgangstabellen erfolgt nach festgelegten Regeln und stufenweise. Mit jedem Schritt werden Redundanzen und Anomalien beseitigt. Von den Normalisierungsschritten, sind die drei ersten die wichtigsten. Die Überführung der Ausgangstabelle in die sog. Dritte Normalform (kurz 3NF) soll am Beispiel demonstriert werden.

3 1. Normalform Aufgabe des 1. Normalisierungsschrittes (1. Normalform; kurz 1NF) ist es, die Anzahl der Einträge in einer Datenspalte (Attribut) auf einen einzigen Eintrag zu reduzieren. Die 1. Normalform wird in 3 Teilschritten erreicht Schritt 1: Die Anzahl der Datenspalten (Attribute) wird erhöht, damit in jeder Datenspalte nur noch eine Information enthalten ist. Beispiel: Spalte Adresse aufteilen in Strasse / Haus-Nummer / PLZ / Ort. Allerdings wird man Strasse und Haus-Nr. zusammen belassen, da die Trennung in der Datenbankpraxis nur sinnvoll ist, wenn dadurch ein Vorteil in der Datenverwaltung, z. B. bei Abfragen, erzielt wird. Schritt 2: Einrichtung von Wiederholungszeilen für mehrfache Einträge, die sich auf ein nicht mehr teilbares Attribut beziehen. Für jeden Eintrag des Attributs in einem Datensatz wird jeweils eine neue Zeile verwendet. Raum-Nr. Gebäude Strasse PLZ Ort Anzahl Plätze V23 V23 FH17 VHS-Gebäude Raum 23 VHS-Gebäude Raum 23 Fachhochschule Hörsaal 17 kürzel Ebertstr GE 12 T Tafel Ebertstr GE 12 OHP Overheadprojektor Neidenburger Str GE 250 B Beamer Overwegstr GE 70 T Tafel Overwegstr GE 70 W Whiteboard Overwegstr GE 70 OHP Overheadprojektor Overwegstr GE 70 V Video mit TV Schritt 3: Anschließend wird ein Primärschlüssel eingeführt, mit dem jeder Datensatz eindeutig identifiziert werden kann. Der PS besteht entweder aus einer oder mehreren bereits vorhandenen Datenspalten, z. B. Identifikationsnummern, oder aus neuen Datenspalten, die vom Administrator einzurichten sind, z. B. laufende Zähler-Nummern. Weil für die die neuen Zeilen eingerichtet wurden, empfiehlt es sich, den PS aus den Spalten Raum- Nr. und -Kürzel zusammen zu stellen. Der PS ist an der Unterstreichung zu erkennen. Raum-Nr. Gebäude Strasse PLZ Ort AnzahlPlätze Kürzel

4 2. Normalform Aufgabe des 2. Normalisierungsschrittes (2. Normalform; kurz 2NF) ist es, zu prüfen, ob sämtliche Datenspalten (die nicht zum Primärschlüssel zählen) ausschließlich vom Primärschlüssel abhängig sind. Ist eine Datenspalte nicht vom Primärschlüssel oder nur von einem Teil des Primärschlüssels abhängig, ist für diese Datenspalte samt ihrer Schlüsselspalte eine neue Tabelle einzurichten. In diesem Beispiel liegen folgende Abhängigkeiten vor: Gebäude Raum-Nr. Strasse Raum-Nr. PLZ Raum-Nr. Ort Raum-Nr. Anzahl Plätze Raum-Nr. -Kürzel Daraus ergeben sich zunächst folgende Tabellen: (Evtl. auftretende Doppelzeilen sind zu löschen) Tabelle Raum Raum-Nr. Gebäude Strasse PLZ Ort Anzahl Plätze Overwegstr GE 70 FH17 Fachhochschule Hörsaal 17 Neidenburger Str GE 250 V23 VHS-Gebäude Raum 23 Ebertstr GE 12 Tabelle -Kürzel B Beamer OHP Overheadprojektor T Tafel V Video mit TV W Whiteboard Vom Primärschlüssel ist keine Spalte abhängig, so dass der Primärschlüssel als einziges in der Tabelle verbleibt. Sie gibt die Zuordnung von Raum zu wieder. Diese ist die Tabelle für die neue N:M- Relation ausgestattet mit. Dadurch ist es beispielsweise möglich festzustellen, welcher Raum über einen Beamer zum Anschluss eines Notebooks verfügt. Tabelle: Ausstattung Raum-Nr. -Kürzel V23 T V23 OHP FH17 B T W OHP V Wenn man diese Tabellen als ER- Modell zeichnet, ergibt sich folgendes Gesamtbild:

5 3. Normalform Aufgabe des 3. Normalisierungsschrittes (3. Normalform; kurz 3NF) ist es Daten zu eliminieren, die nicht von einem Schlüssel abhängig sind. Das stellt man fest, indem man überprüft, ob Attribute aus den Tabellen der 2NF, die nicht zum Primärschlüssel zählen, untereinander abhängig sind. Diese sog. mittelbare (transitive) Abhängigkeit würde dazu führen, dass in einer Tabelle eine Untertabelle enthalten wäre. Attribute mit transitiver Abhängigkeit werden in eine eigene Tabelle ausgelagert. In der Tabelle Raum gibt es einen Zusammenhang zwischen PLZ und Ort. Die Ortsangabe ist abhängig von der PLZ. Erkennbar ist dieser Zusammenhang an den Wiederholungszeilen in diesen beiden Spalten. PLZ Ort GE GE GE Die Ortsangabe könnte man in eine eigene Tabelle ausgelagern. Das unabhängige Attribut PLZ ware der Primärschlüssel der neuen Tabelle. Tabelle Raum Raum-Nr. Gebäude Strasse PLZ Anzahl Plätze Overwegstr FH17 Fachhochschule Hörsaal 17 Neidenburger Str V23 VHS-Gebäude Raum 23 Ebertstr Tabelle Ort PLZ Ort Gelsenkirchen Die Verbindung von Tabelle Raum zu Tabelle Ort erfolgt über den Primärschlüssel PLZ, der in der Raumtabelle als Fremdschlüssel verbleibt. Hinweis: In der Praxis wird man allerdings auf diese Aufteilung verzichten, weil die PLZ nicht eindeutig einen Ort identifiziert, denn es gibt verschiedene Orte, die dieselbe PLZ haben.