Kapitel 6 Normalisierung Seite 1

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1 Kapitel 6 Normalisierung Seite 1 6 Normalisierung Dieses Kapitel behandelt Lehrstoff, der in der 9. Jahrgangsstufe im Lehrplan nicht vorgesehen ist. Es liefert jedoch das theoretische Hintergrundwissen zu Kapitel 2 Die Datenbank Buchausleihe und ist somit ausschließlich für interessierte Schüler gedacht, die sich mit der Theorie der Datenbanken intensiver beschäftigen wollen. 6.1 Effizienz Eine weitere Möglichkeit, eine relationale Datenbank widerspruchsfrei zu verwalten, wird durch die so genannte Normalisierung erreicht. Mit der Normalisierung kannst du sicherstellen sicher, dass die Datenorganisation einer relationalen Datenbank effizient ist. Um den Begriff Effizienz zu verdeutlichen betrachte zuerst folgende äußerst uneffiziente Datenbank: Schüler SchülerNr Name KursNr Kurs Lehrer 1 Poddey T Französisch 1 Heck 1 Poddey T Französisch 2 4 Schwaner N Spanisch 3 Steppan 4 Schwaner N Französisch 1 Heck 7 Vierling M Französisch 1 Heck 11 Burkert F Französisch 2 13 Weiss G Französisch 2 16 Kunz K Französisch 1 Heck 18 Schurian I Französisch 2 Abbildung 6.1: Tabelle Schüler Unter Effizienz einer Datenbank versteht man u.a. 1. Fehlen von Redundanz Ein System enthält Redundanz, wenn die gleichen Daten an mehr als einer Stelle vorkommen. Neben der Vergeudung von Speicherplatz eröffnet diese mehrfache Speicherung auch die Möglichkeit inkonsistenter und mehrdeutiger Daten. (Änderungs-Anomalien, Einfüge-Anomalien) 2. Minimaler Einsatz von NULL-Werten Im obigen Beispiel existieren drei Datensätze mit einem NULL-Wert für Lehrer. Vielleicht gibt es keinen Lehrer für diesen Kurs, oder der Name ist einfach noch nicht eingetragen, oder dies ist ein Kurs im selbstständigen Lernen, der ohne Lehrer auskommt.

2 Kapitel 6 Normalisierung Seite 2 einfach noch nicht eingetragen, oder dies ist ein Kurs im selbstständigen Lernen, der ohne Lehrer auskommt. NULL ist ein spezieller Wert, der keinem anderen Wert gleicht, nicht einmal sich selbst. Wir können nicht einmal behaupten, zwei Schüler mit NULL-Einträgen für Lehrer hätten für jenes Attribut den gleichen Wert. 3. Kein Datenverlust Wenn der Schüler Schwaner N. seinen Kurs verlässt, würden alle Informationen über den Kurs Spanisch 3 verloren gehen. (Lösch-Anomalien) Weitere Ziele der Datenorganisation beschreibt Matzke in seinem Skript S. 3. Übung 6.1: Überlege Dir an Hand der oben angesprochenen Effizienz, warum diese Tabelle nicht sinnvoll angelegt wurde. 6.2 Schlüssel In einer Tabelle sind alle Datensätze eindeutig identifizierbar. Das bedeutet, dass sich diese Datensätze in mindestens einem Attribut unterscheiden. Dazu betrachte noch einmal die obige Tabelle Schüler in Abbildung 6.1. Nicht geeignet als eindeutiges Identifizierungsmerkmal ist das einzelne Attribut SchülerNr, da es für verschiedene Datensätze den gleichen Wert annehmen kann. Man erkennt, dass auch die anderen Attribute einzeln nicht geeignet sind. Ebenfalls nicht besonders nützlich zur eindeutigen Identifizierung ist die Menge aller Attribute (SchülerNr, Name, KursNr, Kurs, Lehrer). Diese Menge enthält Attribute, die man entfernen könnte, ohne die eindeutige Identifizierbarkeit jedes Datensatzes aufzugeben. Du musst nach einer Menge von Attributen suchen, die sich nicht mehr weiter reduzieren lässt, und trotzdem jedem Datensatz eine eindeutige Identität verleiht. Zur eindeutigen Identifizierbarkeit eines Datensatzes wird der Begriff Identifikationsschlüssel eingeführt. Ein Identifikationsschlüssel (Kandidatenschlüssel) besteht aus einem Attribut oder aus einer minimalen, nicht mehr reduzierbaren Kombination von Attributen, welche jede Entität einer Entitätsmenge eindeutig identifiziert. Übung 6.2: Suche in der Tabelle Schüler alle Identifikationsschlüssel.

3 Kapitel 6 Normalisierung Seite 3 Wie bereits erwähnt, eignet sich in der Tabelle Schüler kein einzelnes Attribut als Identifikationsschlüssel. Somit muss nach zweielementigen Mengen von Attributen gesucht werden, die jeden Datensatz eindeutig identifizieren. Möglich wären folgende Kombinationen: (SchülerNr, KursNr), (Name, KursNr), (SchülerNr, Kurs), (Name, Kurs), (SchülerNr, Lehrer), (Name, Lehrer) Bemerkung: Es existieren auch dreielementige Mengen von Attributen wie z.b. (Name, KursNr, Lehrer). Diese Kombination bildet jedoch keinen Identifikationsschlüssel, weil jeder Lehrer seine eigene KursNr hat. Somit ist das Attribut KursNr in dieser Menge überflüssig, die Kombination lässt sich weiter reduzieren und ist somit nicht minimal. Wenn du nach Identifikationsschlüsseln in einer Tabelle suchst, solltest du dir immer die Frage stellen, ob zur eindeutigen Identifizierung eines Datensatzes wirklich alle Attribute benötigt werden oder ob du mit weniger Attributen auskommst. Ein Identitätsschlüssel soll sich nicht mehr reduzieren lassen. Alle Attribute, die Teil des Identifikationsschlüssels sind, nennt man Schlüssel- Attribute. Attribute, die nicht am Identifikationsschlüssel beteiligt sind, heißen Nichtschlüssel-Attribute. Hat eine Tabelle mehrere Identifikationsschlüssel, so musst du einen von ihnen als Primärschlüssel auswählen. Ein Primärschlüssel ist eine minimale Menge von Attributen, die eindeutig die Datensätze einer Tabelle (Objekte einer Klasse) identifiziert. Bemerkung: Beim Anlegen einer Tabelle hast du bemerkt, dass ACCESS nach einem Primärschlüssel fragt. Es ist sicher sinnvoll, einen Primärschlüssel zu wählen, dessen Attributwerte a) Zahlen sind (leichtere Handhabung) und b) sich so wenig wie möglich ändern (keine Telefonnummer, etc). Um nun Beziehungen zwischen den Tabellen zu definieren, wird ein Fremdschlüssel benötigt. Eine Spalte in einer Tabelle, die den Primärschlüssel einer anderen Tabelle beinhaltet, wird Fremdschlüssel genannt. Bemerkung:

4 Kapitel 6 Normalisierung Seite 4 In den bisherigen Datenbanken hast du als Primärschlüssel immer einen künstlichen Schlüssel verwendet und diesen mit der Endung ID gekennzeichnet (z.b. PersonID). Dieser nummeriert die Datensätze einfach durch und hat als Wertebereich AutoWert. Somit identifiziert dieser eindeutig jeden Datensatz einer Tabelle. Die Verwendung eines solchen Primärschlüssels vereinfachte die Erstellung einer Tabelle, ist jedoch mit deinem jetzigen Wissen nicht unbedingt notwendig. Den zugehörigen Fremdschlüssel bezeichnest du dann am besten mit der Endung Nr (z.b PersonNr). 6.3 Normalisierung Das Normalisierungsverfahren wird in der Regel dazu eingesetzt, eine Datenbank zu verbessern, die bereits im Klassenmodell entworfen worden ist. Hierbei charakterisieren die verschiedenen Normalformen Schritte, die nacheinander ausgeführt werden. Von praktischer Bedeutung sind hier nur die ersten drei Normalformen: Normalform Beschreibung Erläuterung 1. NF Atomisierung Alle Attribute sind atomar, d.h. sie lassen sich nicht in weitere Attribute unterteilen 2. NF Funktionale Abhängigkeit 3. NF Transitive Abhängigkeit Die Tabelle ist bereits in der 1.NF und alle Nichtschlüssel-Attribute sind voll funktional abhängig vom Primärschlüssel. Die Tabelle ist bereits in der 2.NF und alle Nichtschlüssel-Attribute dürfen nicht transitiv von einem Schlüssel abhängen. Das hört sich sehr kompliziert an. Deswegen musst du versuchen, an Hand von einigen Beispielen diese Definitionen zu verstehen. Wie bereits gesagt wird die Normalisierung im Allgemeinen dazu eingesetzt, eine Datenbank effizient zu machen. Um nun die drei Normalformen besser zu verdeutlichen, werde ich ohne den Entwurf eines Klassenmodells mit einer Datenbank Buchausleihe beginnen. Buchausleihe (Rohdaten) PersonID Name Adresse ISBN Titel Ausleihdatum 1 Vierling Röntgenstr Königsbrunn Algebra7 Geometrie Geiger Lechallee Geometrie10 Geometrie

5 Kapitel 6 Normalisierung Seite 5 Bobingen Algebra McRae Alpenstr Geometrie8 Algebra Königsbrunn 4 Hackl Edelweißring Königsbrunn Algebra Abbildung 6.2: Datenbank Buchausleihe (Rohdaten) In dieser Tabelle ist eine Buchausleihe festgehalten. Eine Analyse des Ausleihvorgangs ergab folgende Informationsstruktur: In dieser Bücherei gibt es von jedem Titel jeweils nur ein Buch. Bücher werden von Personen ausgeliehen. Eine Person kann mehrere Bücher ausleihen. Ein und dasselbe Buch kann auch mehrmals ausgeliehen werden. (Zwischenzeitliche Rückgabe wird natürlich vorausgesetzt, dies ist aber in diesem Datenbankmodell nicht erkennbar.) Eine Person besitzt nur einen Hauptwohnsitz. Wichtiger Hinweis: Bevor die Normalisierungsschritte der in Abb. 6.2 dargestellten Datenbank Buchausleihe(Rohdaten) einzeln besprochen werden, möchte ich auf Folgendes hinweisen In diesem Kapitel wird zu Übungszwecken vorausgesetzt, dass die Datenbank Buchausleihe(Rohdaten) vollständig ist, also keine weiteren Datensätze hinzukommen. Diese Voraussetzung erleichtert für den Anfang das Verständnis der einzelnen Normalisierungsschritte. Mit den Schülern wird im Unterricht jedoch diskutiert, ob die von mir dargestellten funktionalen Abhängigkeiten in der Praxis sinnvoll gewählt sind oder auch bestehen bleiben, falls neue Datensätze hinzukommen. Man sollte sich bei der Normalisierung einer Datenbank immer überlegen, ob bei Hinzufügen von weiteren Datensätzen die funktionalen Abhängigkeiten bestehen bleiben Normalform Alle Attribute sind atomar, d.h. sie lassen sich nicht in weitere Attribute unterteilen Betrachte zuerst einen Ausschnitt der oben dargestellten Tabelle Buchausleihe(Rohdaten): Eine Person leiht ein Buch aus. Sie besitzt die Attribute Name und Adresse. Sinnvoll wäre auch ein Attribut PersonID (ist hier aber nicht unbedingt

6 Kapitel 6 Normalisierung Seite 6 notwendig, solange ein Name nur einmal vorkommt; aber wer weiß, ob das immer so bleibt?). Person PersonID Name Adresse Abbildung 6.3: Tabelle Person Du kannst feststellen, dass das Attribut Adresse drei Unterkategorien PLZ, Ort und Straße besitzt. Die 1.Normalform verlangt, dass das Attribut Adresse durch die Attribute PLZ, Ort und Straße ersetzt wird. Somit wird vermieden, dass in einer Tabellenspalte mehrere Werte auftreten. Person (1.NF) PersonID Name PLZ Ort Straße 1 Vierling Königsbrunn Röntgenstr Geiger Bobingen Lechallee 8 3 McRae Königsbrunn Alpenstr Hackl Königsbrunn Edelweißring 49 Abbildung 6.4: Tabelle Person (1.NF) Damit ist die Tabelle Person bereits in der 1.Normalform, obwohl das Attribut Straße zusammengesetzt ist aus Straße und Hausnummer. Das Attribut kann man trotzdem elementar nennen, da man die beiden Teile niemals getrennt voneinander benötigt. Aber auch das Ausleihdatum wie bezeichnet man als elementar, obwohl sie Tag, Monat und Jahr enthält, die man doch gelegentlich getrennt voneinander benötigt. In so einem Fall benutzt man dann spezielle Funktionen, die aus dem Datum den Tag, den Monat oder das Jahr ermitteln. Das Datum gehört trotzdem als Ganzes zusammen, sonst lassen sich beispielsweise Rückgabetermine, Ausleihzeit, usw. nicht berechnen. Übung 6.3: Überführe die Tabelle Buchausleihe(Rohdaten) in die 1Normalform. Betrachte nun die Attribute ISBN, Titel und Ausleihdatum der Tabelle Buchausleihe (Rohform). Auch diese enthalten mehr als einen Wert. Du musst also weitere Datensätze in unsere Tabelle einfügen. Die Tabelle Buchausleihe liegt nun aber vollständig in der 1.Normalform vor: Buchausleihe (1.NF)

7 Kapitel 6 Normalisierung Seite 7 P-ID Name PLZ Ort Straße ISBN Titel Ausl. datum 1 Vierling Königsbrunn Röntgenstr Algebra Vierling Königsbrunn Röntgenstr Geometrie Geiger Bobingen Lechallee Geometrie Geiger Bobingen Lechallee Geometrie Geiger Bobingen Lechallee Algebra McRae Königsbrunn Alpenstr Geometrie McRae Königsbrunn Alpenstr Algebra Hackl Königsbrunn Edelweiß Algebra Abbildung 6.5: Datenbank Buchausleihe in der 1.Normalform Diese Atomisierung erzeugt leider auch Redundanz. In der Tabelle Buchausleihe (1.NF) sind die Namen, PLZ, als auch Titel redundant, weil diese bei jeder Buchausleihe wiederholt werden. Übung 6.4: Suche in der Tabelle Buchausleihe(1.NF) alle Identifikationsschlüssel. Das Attribut P-ID kann nun nicht mehr als Identifikationsschlüssel (und somit auch nicht mehr als Primärschlüssel) verwendet werden. Zur eindeutigen Identifizierung benötigt man nun als Schlüssel eine Kombination von Attributen, z.b. (P-ID, ISBN). Du benötigst eine bessere ( höhere ) Normalform. Durch diese weiteren Normalisierungsschritte kannst du die Redundanzen wieder beseitigen Normalform Die Tabelle ist in der 1.NF und alle Nichtschlüssel-Attribute sind voll funktional abhängig vom Primärschlüssel. Um die 2.Normalform verstehen zu können, muss der Begriff der vollen funktionalen Abhängigkeit verdeutlicht werden. Hiermit wird eine spezielle Beziehung zwischen den Attributen einer Tabelle beschrieben.

8 Kapitel 6 Normalisierung Seite 8 Sei X eine Menge von Attributen einer Tabelle und A eine weitere Menge von Attributen der gleichen Tabelle. A ist genau dann von X funktional abhängig, wenn es zu beliebigen Wert von X genau einen Wert von A gibt. Wir verwenden die Notation X " A. Bemerkung: Das Heft Arbeitskreis Datenbanken im Unterricht Datenbank Zentralstelle für Computer im Unterricht Augsburg 2000 ersetzt auf Seite 47 den Begriff genau einen Wert durch höchstens einen Wert. Nimm als Beispiel in der Tabelle Buchausleihe(1.NF) das Attribut Name. Laut der gegebenen Informationsstruktur besitzt jede Person genau einen (Haupt)Wohnsitz. Also gehört zu jedem Wert von Namen genau ein Wert von Ort. Notiere: Analog gilt: Name Name Name " Ort " PLZ " Straße Verkürzt kannst du schreiben: Name " PLZ, Ort, Straße Übung 6.5: Suche in der Tabelle Buchausleihe(1.NF) alle funktionale Abhängigkeiten analog obigem Beispiel (von einem einzigen Attribut funktional abhängig). Übung 6.6: Welches Attribut eignet sich als Identifikationsschlüssel? Die Übung 6.6 zeigt, dass die funktionale Abhängigkeit von nur einelementigen Attributmengen nicht ausreichend ist. Deswegen wirst du nun die funktionale Abhängigkeit von mehrelementigen Attributmengen untersuchen: Notiere: Analog gilt: Verkürzt kannst du schreiben: Übung 6.7: Name, Titel Name, Titel Name, Titel Name, Titel " Ausleihdatum " ISBN " Straße " P-ID, PLZ,,Ausleihdatum

9 Kapitel 6 Normalisierung Seite 9 Suche in der Tabelle Buchausleihe(1.NF) alle funktionale Abhängigkeiten analog obigem Beispiel (von einer mehrelementigen Attributmenge funktional abhängig). Übung 6.8: Welche Attributmenge eignet sich als Identifikationsschlüssel? In der Tabelle Buchausleihe(1.NF) eignen sich nun mehrere zusammengesetzte Attributmengen als Identifikationsschlüssel, beispielsweise der Schlüssel (P-ID, ISBN). Bei zusammengesetzten Schlüsseln muss man den Begriff der vollen funktionalen Abhängigkeit einführen. Voll funktional abhängig bedeutet bei einem Mehrfeld-Schlüssel, dass ein Nichtschlüssel-Attribut nicht bereits von einem Teil des Schlüssels funktional abhängt. Da du nun also einen zusammengesetzten Schlüssel hast, muss diese Tabelle auf ihre volle funktionale Abhängigkeit überprüft werden, um sie in die 2.Normalform zu überführen. Jede Kombination aus P-ID und ISBN bestimmt eindeutig einen Namen, eine PLZ,, ein Ausleihdatum. Es gelten also die funktionalen Abhängigkeiten: (P-ID, ISBN) " Name (P-ID, ISBN) " PLZ (P-ID, ISBN) " Titel (P-ID, ISBN) " Ausleihdatum Verkürzt können wir schreiben: (P-ID, ISBN) " Name, PLZ, Ort, Straße, Titel, Ausleihdatum Allerdings hast du bereits in Übung 6.5 festgestellt, dass Name, PLZ, Ort und Straße funktional abhängig sind von P-ID, also von einem Teil des Schlüssels. Ebenso ist der Titel funktional abhängig von ISBN, also auch von einem Teil des Schlüssels. P-ID ISBN " Name, PLZ, Ort, Straße " Titel Dies ist ein Widerspruch zur Definition der vollen funktionalen Abhängigkeit. Somit ist also Buchleihe (1.NF) nicht in der 2.Normalform. Bemerkung: Tabellen mit nur einem Schlüsselattribut sind automatisch in der 2.Normalform.

10 Kapitel 6 Normalisierung Seite 10 Um also eine Tabelle in die 2.Normalform zu überführen, entfernst du zunächst alle Attribute, die vom Primärschlüssel nur partiell abhängen. Mit diesem Attributen und denen, von denen sie abhängen, als Primärschlüssel bildest du eine neue Tabelle. Die Attribute, aus denen du den Primärschlüssel der neuen Tabelle machst, verbleiben auch in der alten Tabelle als Teile des dortigen zusammengesetzten Primärschlüssels. Dieses oben dargestellte Rezept zur Überführung in die 2. Normalform werde ich mit Hilfe der Tabelle Ausleihe(1.NF) verdeutlichen. Diese Tabelle stellt einen Teil des Beispiels der Buchausleihe dar. Ausleihe (1.NF) PersonNr ISBN Titel Ausleihdatum Algebra Geometrie Geometrie Geometrie Algebra Geometrie Algebra Algebra Abbildung 6.6: Tabelle Ausleihe (1.NF) In dieser Tabelle kann kein einzelnes Attribut als Schlüsselattribut verwendet werden, da kein Attribut jeden Datensatz eindeutig identifiziert. Erst eine Kombination aus PersonNr und z.b. ISBN identifiziert einen Datensatz eindeutig und kann als Primärschlüssel dienen. Eine weitere Untersuchung ergibt jedoch, dass der Titel nicht voll funktional vom Primärschlüssel (PersonNr, ISBN) abhängt. Der Titel hängt nur von der ISBN abhängt, also nur von einem Teil des Primärschlüssels. Ändert sich also nur die PersonNr, dann ändert sich nicht der Titel, wie man am Buch Geometrie8 sehen kann. Somit verstößt diese Tabelle gegen die 2.Normalform. Übung 6.9: Untersuche das Attribut Ausleihdatum. Gemäß dem obigen Rezept entfernst du das Attribut Titel aus der Tabelle Ausleihe und bildest zusammen mit dem Attribut ISBN als Primärschlüssel eine neue Tabelle Buch. Die ISBN verbleibt auch in der alten Tabelle als Teil des dortigen zusammengesetzten Primärschlüssels.

11 Kapitel 6 Normalisierung Seite 11 Ausleihe (2.NF) PersonNr ISBN Ausleihdatum Buch (2.NF) ISBN Titel Algebra Geometrie Geometrie10 Abbildung 6.7: Überführung der Tabelle Ausleihe in die 2.Normalform Man kann dieses Beispiel in die 2.Normalform überführen, indem man die ursprüngliche Tabelle in zwei neue Tabellen aufspaltet. Bemerkung: Das Attribut ISBN ist in der Tabelle Buch (2.NF) der Primärschlüssel und in der Tabelle Ausleihe (2.NF) der zugehörige Fremdschlüssel. Übung 6.10: Die Tabelle Buchausleihe (1.NF) besitzt (wie bereits beschrieben) den zusammengesetzten Primärschlüssel (P-ID, ISBN). Untersuche, welche weiteren Attribute nicht voll funktional vom Primärschlüssels abhängen. Diese Überlegungen kannst du nun auf die Tabelle Buchausleihe (1. NF) anwenden: Person (2.NF) P-ID Name PLZ Ort Straße 1 Vierling Königsbrunn Röntgenstr Geiger Bobingen Lechallee 8 3 McRae Königsbrunn Alpenstr Hackl Königsbrunn Edelweißring49 Ausleihe (2.NF) P-Nr ISBN Ausleihdatum

12 Kapitel 6 Normalisierung Seite Buch (2.NF) ISBN Titel Algebra Geometrie Geometrie Geometrie Algebra9 Abbildung 6.8: Datenbank Buchausleihe in der 2.Normalform Beachte, dass sich die Redundanzen in den Tabellen Person und Buch aufgelöst haben. Bemerkung: Das Attribut P-ID ist in der Tabelle Person (2.NF) der Primärschlüssel und in der Tabelle Ausleihe (2.NF) ist P-Nr der zugehörige Fremdschlüssel Normalform Die Tabelle ist in der 2. NF und alle Nichtschlüssel-Attribute dürfen nicht transitiv von einem Schlüssel abhängen. Um die 3.Normalform verstehen zu können, muss der Begriff der transitiven Abhängigkeit verdeutlicht werden. Im Prinzip wird mit der 3.Normalform erreicht, dass die funktionale Abhängigkeit auch zwischen Nichtschlüssel- Attributen beseitigt wird. Wenn Attribut B von A funktional abhängt und Attribut C von B funktional abhängt, so heißt C transitiv abhängig von A (falls nicht A von B abhängt). Kurz bedeutet transitiv: A " B " C (wobei B "/ A) Bemerkung: Matzke gibt in seinem Skript S. 17 folgende Definition: Eine Tabelle befindet sich in der 3.Normalform, wenn (sie in der 2.Normalform ist und) alle Nichtschlüssel-Attribute voneinander funktional unabhängig sind.

13 Kapitel 6 Normalisierung Seite 13 Jedoch zeigt die Übung 6.12 ein Beispiel, in dem trotz der funktionalen Abhängigkeit von Nichtschlüssel-Attributen die 3.Normalform nicht verletzt wird. Wenn du eine transitive Abhängigkeit entdeckst, musst du die betroffenen Nichtschlüssel-Attribute entfernen. Dann erzeugst du eine neue Tabelle aus diesen entfernten Nichtschlüssel-Attributen und demjenigen Nichtschlüssel- Attribut, von dem diese entfernten Nichtschlüssel-Attribute funktional abhängen. Letzteres wird der Primärschlüssel der neuen Tabelle und verbleibt als Fremdschlüssel in der ursprünglichen Tabelle. Dieses oben dargestellte Rezept zur Überführung in die 3. Normalform werde ich mit Hilfe der Tabelle Person (2.NF) verdeutlichen. Diese Tabelle stellt einen Teil des Beispiels der Buchausleihe dar. Person (2.NF) P-ID Name PLZ Ort Straße 1 Vierling Königsbrunn Röntgenstr Geiger Bobingen Lechallee 8 3 McRae Königsbrunn Alpenstr Hackl Königsbrunn Edelweißring49 Abbildung 6.9: Tabelle Person (2.NF) Als Primärschlüssel wurde das Attribut P-ID gewählt. Nun gelten folgende funktionale Abhängigkeiten: P-ID PLZ " Name, PLZ, Ort, Straße " Ort Du entdeckst in dieser Tabelle also die transitive Abhängigkeit: P-ID " PLZ " Ort, wobei PLZ "/ P-ID Bemerkung: Die funktionale Abhängigkeit PLZ " Ort ist in dieser Tabelle sicherlich richtig, wenn man, wie bereits angemerkt, keine weiteren Datensätze hinzufügen will. Untersucht man jedoch das Postleitzahlenbuch, so stellt man fest, dass hier die funktionale Abhängigkeit (Ort, Straße) " PLZ gilt. Man sollte bei der Normalisierung immer die künftig möglichen Attributwerte im Auge haben. Die Tabelle Person (2.NF) befindet sich also noch nicht in der 3.Normalform, denn Ort hängt transitiv von P-ID ab.

14 Kapitel 6 Normalisierung Seite 14 Gemäß dem obigen Rezept entfernst du das betroffene Attribut Ort aus der Tabelle Person (2.NF). Aus diesem entfernten Nichtschlüssel-Attribut Ort und aus dem Nichtschlüssel-Attribut PLZ, von dem Ort funktional abhängt, bildest du eine neue Tabelle Ort (3.NF). PLZ ist in dieser neuen Tabelle der Primärschlüssel und verbleibt als Fremdschlüssel in der ursprünglichen Tabelle, die ich nun mit Person (3.NF) bezeichne. Person (3.NF) P-ID Name Straße PLZ 1 Vierling Röntgenstr Geiger Lechallee McRae Alpenstr Hackl Edelweißring Ort (3.NF) PLZ Ort Königsbrunn Bobingen Abbildung 6.10: Überführung der Tabelle Person (2.NF) in die 3.Normalform Da Ausleihe (2.NF) und Buch (2.NF) jeweils nur eine Nicht-Schlüsselspalte besitzen, sind diese automatisch in der 3.Normalform. Somit ist die Datenbank Buchausleihe komplett in die 3.Normalform übergeführt worden: Person (3.NF) P-ID Name Straße PLZ 1 Vierling Röntgenstr Geiger Lechallee McRae Alpenstr Hackl Edelweißring Ort (3.NF) PLZ Ort Königsbrunn Bobingen Ausleihe (3.NF) ISBN PersonNr Ausleihdatum

15 Kapitel 6 Normalisierung Seite Buch (3.NF) ISBN Titel Algebra Geometrie Geometrie Geometrie Algebra9 Abbildung 6.11: Datenbank Buchausleihe in der 3.Normalform Bemerkungen 1. Die Beziehung zwischen Ort(3.NF) und Person(3.NF) wird über das Attribut PLZ hergestellt. Das bisheriges Vorgehen war, dass in der Tabelle ein zusätzliches Attribut OrtID als Primärschlüssel eingeführt wurde, das mit dem Fremdschlüssel OrtNr (anstelle PLZ) verknüpft war: Person P-ID Name Straße OrtNr 1 Vierling Röntgenstr Geiger Lechallee McRae Alpenstr Hackl Edelweißring49 1 Ort OrtID PLZ Ort Königsbrunn Bobingen 2. Nach dem bisherigen Vorgehen sollte in der Tabelle Buch der Primärschlüssel BuchID heißen. Die ISBN kann jedoch auch als Primärschlüssel verwendet werden, da jedes Buch seine separate Nummer erhält. Jedoch ist der Datentyp in diesem Fall nicht mehr AutoWert. Man muss also selbst aufpassen, dass aus Versehen keine doppelten ISBN eingegeben werden. 3. Zum Glück wird dir in ACCESS diese Aufgabe abgenommen. Wenn du in Access ein Attribut als Schlüssel festlegst, weigert sich es sich, wenn Du zweimal den gleichen Wert eingibst. Falls man sich in anderen Datenbanken dessen nicht sicher ist, sollte man einen AutoWert BuchID als Primärschlüssel verwenden.

16 Kapitel 6 Normalisierung Seite 16 Die Ausgangstabelle Buchausleihe (Rohdaten) PersonID Name Adresse ISBN Titel Ausleihdatum 1 Vierling Röntgenstr Königsbrunn Algebra7 Geometrie Geiger Lechallee Bobingen 3 McRae Alpenstr Königsbrunn 4 Hackl Edelweißring Königsbrunn Geometrie10 Geometrie9 Algebra9 Geometrie8 Algebra Algebra Abbildung 6.12: Datenbank Buchausleihe (Rohdaten) wurde mit Hilfe der drei Normalisierungsformen in die vier Tabellen Person, Ort, Ausleihe und Buch übergeführt. Dadurch hast du nun einen Ausleihvorgang erzeugt, der auch durch folgendes Klassendiagramm beschrieben werden kann. Abbildung 6.13: Klassendiagramm der Datenbank Buchausleihe Hinweis: Matzke schreibt auf S.15: Bei einem sauberen Entwurf nach dem Klassenmodell und Anwendung der Abbildungsregeln befinden sich die erzeugten Tabellen häufig schon in der 3 Normalform. Jedoch sind Klassendiagramme leichter und intuitiver zu handhaben als die Normalformen. Deswegen wirst du Tabellen in Datenbanken hauptsächlich mit Hilfe von Klassendiagrammen erstellen. Du solltest jedoch immer wieder überprüfen, ob die Tabellen den Normalformen genügen. Übung 6.11: Welcher Normalform widerspricht die Speicherung von Geburtsdatum und Alter von Personen?

17 Kapitel 6 Normalisierung Seite 17 Übung 6.12: Überprüfe in beiden Tabellen auf 3.NF. In beiden Tabellen gibt es eine Abhängigkeit von Nichtschlüssel-Attributen. Aber nur in einer liegt eine transitive Abhängigkeit vor, so dass man diese Tabelle aufspalten muss. Fahrzeug Kennzeichen Fabrikat Hersteller A-CW27 Golf III VW A-BM2332 Sprinter DaimlerChrysler A-XY1010 Golf III VW A-OH234 Astra Opel A-BE303 Golf IV VW Fahrzeug Kennzeichen FahrgestNr Hersteller A-CW27 W 2196 VW A-BM2332 W 9270 DaimlerChrysler A-XY1010 W 8244 VW A-OH234 W 3062 Opel A-BE303 W 1196 VW Übung 6.13: Wende auf die Rohdaten der Tabelle SpieltIn (Auszug einer Datenbank eines Sportvereins) die Regeln der Normalisierung. Überführe diese Tabellen a) in die 1.Normalform b) in die 2.Normalform c) in die 3.Normalform SpieltIn MitgliedNr MannschNr SeitWann Alter Funktion Sturm Verteidigung Sturm Torwart Die Tabelle SpieltIn des Sportvereins hat einen kombinierten Schlüssel aus MitgliedNr und MannschaftNr. Der Verein möchte auch festhalten, seit wann ein Mitglied in einer Mannschaft spielt, wie alt es ist und welche Funktion es in der Mannschaft hat. Teste oben stehende Tabelle auf die Normalformen.

18 Kapitel 6 Normalisierung Seite 18 Übung 6.14 Nimm deinen Stundenplan und übertrage ihn in eine datenbanktaugliche Tabelle. In dieser Datenbank sollen die folgenden Daten erfasst werden: Fach, Lehrer, (Wochen)Tag, Stunde, Beginn (der Stunde). Die drei NF sollen erfüllt sein Zeichne ein Klassendiagramm. Übung 6.15: Wende auf die Rohdaten eines Sportvereins die Regeln der Normalisierung. Überführe diese Tabelle a) in die 1.Normalform b) in die 2.Normalform c) in die 3.Normalform und erstelle hinterher ein Klassendiagramm. Sportverein (Rohdaten) M-Nr Name Ge Adresse Sportarten(Beitrag) 1 Heinz Gruber m Hauptstraße 7, F(50.-) H(40.-) Königsbrunn 2 Udo Meier m Bierweg 35, F(50.-) L(55.-) Augsburg 3 Frieda Baum w Lerchenweg 4, L(55.-) Augsburg 4 Ali Berg m Kirchgasse 7, Königsbrunn F(50.-) V(40.-) Übung 6.16: Wende auf die Rohdaten einer Volkshochschule die Regeln der Normalisierung. Überführe diese Tabelle a) in die 1.Normalform b) in die 2.Normalform c) in die 3.Normalform und erstelle hinterher ein Klassendiagramm. Volkshochschule(Rohdaten) KursNr Kurs Dozent Tel Tag Zeit Raum VSF217 Französisch1 LeClerc Mo Do 19:00 19:00 E VSF218 Französisch2 LeClerc Di Di 17:00 18:00 E12 E12

19 Kapitel 6 Normalisierung Seite 19 VSF219 Französisch3 Simpson Di 19: VSS13 Spanisch1 Rodriguez Mo 17: VSS14 Spanisch2 Rodriguez Mo 19: VSS15 Spanisch3 Lopez Mi 17:00 E12 Übung 6.17: Wende auf den folgenden Auszug eines Chemikalien-Katalogs die Regeln der Normalisierung. Überführe diese Tabelle a) in die 1.Normalform b) in die 2.Normalform c) in die 3.Normalform und erstelle hinterher ein Klassendiagramm. Chemikalien (Auszug aus einem Katalog) FN Formel MG Bezeichnung BRN Preise C6H Benzene, puriss ,0ml:48,50; 10ml:83, C6H Benzene, for HPLC ,0l:48,50; 2,5l:101, C6H Benzene, ACS ml:24,70; 1,0l:48,20; 2,5l:103, C6H Benzene, purum ,0l:23,60; 2,5l:42, C5H5N Pyridine, for Uvspectroscopy ml:92,10; 1,0l:343, C5H5N Pyridine, for sequence analysis ml:177, C5H5NO Hydroxypyridine, pract g:62,30; 500g:289, C5H5NO Hydroxypyridine, purum g:17,80; 100g:60, C5H5NO Hydroxypyridine, techn g:35,60; 100g:130, C5H5NO Pyridine-N-oxide, pract g:37,90; 500g:159,00