4. Normalisierung von Relationenschemata
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- Michaela Weiß
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1 4. Normalisierung von Relationenschemata Ziel: Vermeidung von Anomalien in Relationenschemata wird erreicht durch systematische Vorgehensweise beim Datenentwurf vom eerm zum Relationalen Modell (s. voriges Kapitel) Entfernung von Anomalien ist nötig, wenn nicht systematisch modelliert wurde Anomalien: Zustände in relationalen Datenbanken, in denen die Veränderung von Daten zu Datenbankzuständen führt, die nicht die gewünschte Realität darstellt. Unterscheidung zwischen Einfüge-, Änderungs- und Lösch- Anomalie Karczewski Datenbanken I 1
2 Anomalien Töpferprodukt Markt Prod-Nr Produktart Funktion Verkaufsmarkt Marktstandort marktspez.preis Tee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Kaffee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Schale Deko Rheinischer Tonmarkt Mainz Schale Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach Schale Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach 80 Einfüge-Anomalie: Neues Töpferprodukt einführen, aber noch nicht auf den (= Insert-Anomalie) Markt bringen. Welches Problem entsteht? Änderungs-Anomalie: Für Prod-Nr sei nicht mehr Deko die Funktion (= Update-Anomalie) sondern Gebrauch. Welches Problem entsteht? Lösch-Anomalie: (Delete-Anomalie) Produkt ganz aus Programm nehmen. Welches Problem entsteht? Karczewski Datenbanken I 2
3 Einfüge-Anomalie Töpferprodukt Markt Prod-Nr Produktart Funktion Verkaufsmarkt Marktstandort marktspez.preis Tee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Kaffee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Schale Deko Rheinischer Tonmarkt Mainz Schale Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach Schale Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach 80 Produkt (33033, Schüssel, Gebrauch) soll neu aufgenommen werden. Problem: Teilschlüssel Verkaufsmarkt ist nicht füllbar Zeile ist nur zum Teil gefüllt Karczewski Datenbanken I 3
4 Änderungs-Anomalie Töpferprodukt Markt Prod-Nr Produktart Funktion Verkaufsmarkt Marktstandort marktspez.preis Tee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Kaffee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Schale Deko Rheinischer Tonmarkt Mainz Schale Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach Schale Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach 80 Für Prod-Nr sei nicht mehr Deko die Funktion, sondern Gebrauch. Problem: Obwohl sich nur ein Faktum ändert, muss an mehreren Stellen geändert werden. Informationen sind redundant gespeichert. Karczewski Datenbanken I 4
5 Lösch-Anomalie Töpferprodukt Markt Prod-Nr Produktart Funktion Verkaufsmarkt Marktstandort marktspez.preis Tee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Kaffee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Schale Deko Rheinischer Tonmarkt Mainz Schale Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach Schale Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach 80 Produkt aus Programm nehmen. Problem: Obwohl nur ein Produkt gelöscht werden soll wird mit diesem ein Markt gelöscht. Abhängigkeit des Marktes vom Produkt entspricht nicht der Realität Karczewski Datenbanken I 5
6 Ursache von Anomalien Redundante Datenhaltung: Beispiel: Produkt ist mehrfach mit allen Attributen abgespeichert. Ungünstige funktionale Abhängigkeiten: Beispiel: Produktart hängt funktional nur von der Produkt-Nr ab Karczewski Datenbanken I 6
7 Funktionale Abhängigkeit Funktion zwischen einer Menge A und B: Abbildung einer Menge A auf eine Menge B, für die gilt: Für alle a Element aus A gibt es genau ein b Element aus B. Funktionale Abhängigkeit: Eine Menge B von Attributen B1, B2, Bn ist funktional abhängig von einer Menge A von Attributen A1, A2, An, wenn eine Funktion zwischen A und B besteht, d. h. für alle {a1,a2, an} Element aus A gibt es genau ein {b1, b2, bn } aus B. Mit anderen Worten: In einer Relation ist Attribut(-kombination) B ist funktional abhängig von Attribut(-kombination) A, wenn für gleiche A-Werte jeweils gleiche B-Werte vorhanden sind. Karczewski Datenbanken I 7
8 Erste Normalform (1NF) Eine Relationenschema ist in erster Normalform, wenn alle Attribute des Schemas elementar sind. Nur einfache Datentypen für Attributwerte sind erlaubt, wie z.b. integer, real, string etc. Listenartige, mengenwertige oder relationenartige Attribute sind nicht erlaubt, wie z.b. record- oder array-typen. Karczewski Datenbanken I 8
9 Verletzung der ersten Normalform Lehrbücher ISBN Titel Autoren UML Distilled Fowler Kendall Refactoring Fowler Datenbanken Heuer Saake Nicht-atomare Attributwerte sind verboten! Das Attribut Autoren erlaubt pro Lehrbuch mehr als einen Eintrag, daher Verletzung der 1NF. Karczewski Datenbanken I 9
10 Auflösung zur 1NF Lehrbücher Autor_Buch ISBN Titel ISBN Autor UML Distilled Refactoring Datenbanken Fowler Kendall Fowler Heuer Saake Eine neue Relation wird erzeugt, in der der Schlüssel der Ursprungs- Relation und das nicht normalisierte Attribut aufgenommen wird. Haben mehrere Autoren an einem Buch mitgeschrieben, so werden für solche Bücher mehrere Zeilen in der neuen Relation nötig. Karczewski Datenbanken I 10
11 Aufgabe zur 1NF Name VL Weber , Pr.1, , DB 1, 2 Karczewski , DB 1, 2 Ist dieses Relationenschema in 1. Normalform? Wie sieht das ER-Diagramm aus? Wie sehen die Relationen aus? Karczewski Datenbanken I 11
12 Zweite Normalform (2NF) Eine Relationenschema ist in zweiter Normalform, wenn es in erster Normalform ist und jedes Nichtschlüsselattribut voll funktional von jedem Schlüssel abhängt (und nicht nur von einem Teilschlüssel). Abhängigkeiten von einem Teil des Schlüssels (bei zusammengesetzten Schlüsseln) führt zur Anomalie. Relationenschemata, die in 1NF sind und deren Schlüssel aus einem Attribut bestehen, sind in 2NF. Karczewski Datenbanken I 12
13 Verletzung der 2NF Töpferprodukt Markt Prod-Nr Produktart Funktion Verkaufsmarkt Marktstandort marktspez.preis Tee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Kaffee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Schale Deko Rheinischer Tonmarkt Mainz Schale Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach Schale Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach 80 Welche Attribute sind von welchen funktional abhängig? Welche Attribute sind von Schlüsselteilen funktional abhängig? Wie sieht das ER-Diagramm aus? Wie sehen die Relationen aus? Können die obigen Anomalien nach der Normalisierung noch auftreten? Karczewski Datenbanken I 13
14 Auflösung zur 2NF Töpferprodukt Markt Prod-Nr Produktart Funktion Verkaufsmarkt Marktstandort marktspez.preis Tee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Kaffee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Schale Deko Rheinischer Tonmarkt Mainz Schale Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach Schale Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach 80 Töpferprodukt Prod-Nr Produktart Funktion Tee-Service Gebrauch Kaffee-Service Gebrauch Schale Deko Krug Deko Krug Deko Töpfermarkt Verkauftsmarkt Töpferprodukt Markt_2 Prod-Nr Verkauftsmarkt marktspez.preis Internat. Tonmarkt Internat. Tonmarkt Rheinischer Töpfermarkt Odenwälder Töpferwelt Internat. Tonmarkt Internat. Tonmarkt Odenwälder Töpferwelt 80 Marktstandort Internat. Tonmarkt Strasbourg Karczewski Rheinischer Töpfermarkt Mainz Odenwälder Töpferwelt Datenbanken IErbach 14
15 Auflösung zur 2NF Funktionale Abhängigkeiten dürfen bei der Aufteilung in neue Relationen nicht zerteilt werden. Der ursprüngliche Schlüssel der Relation darf nicht getrennt werden, d.h. für die zum ursprünglichen Schlüssel gehörenden Attribute wird ggfs. ein eigenes Relationenschema eröffnet. Wird dies nicht gemacht, spricht man von dem Verlust der Verbundtreue. Karczewski Datenbanken I 15
16 Verbundtreue Töpferprodukt Markt Prod-Nr Produktart Funktion Verkaufsmarkt Marktstandort marktspez.preis Tee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Kaffee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Schale Deko Rheinischer Tonmarkt Mainz Schale Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach Schale Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach 80 Töpferprodukt Prod-Nr Produktart Funktion Töpferprodukt Markt_2 Prod-Nr Verkauftsmarkt marktspez.preis Tee-Service Gebrauch Kaffee-Service Gebrauch Schale Deko Krug Deko Krug Deko Töpfermarkt Verkauftsmarkt Internat. Tonmarkt Internat. Tonmarkt Rheinischer Töpfermarkt Odenwälder Töpferwelt Internat. Tonmarkt Internat. Tonmarkt Odenwälder Töpferwelt 80 Marktstandort Internat. Tonmarkt Strasbourg Karczewski Rheinischer Töpfermarkt Mainz Odenwälder Töpferwelt Datenbanken IErbach 16?
17 Aufgabe 2NF F_g_S: F_Name Fb_Name Sem F_Kurz Digitaltechnik Elektro_T 3 DT Digitaltechnik Informatik 2 DT Ist dieses Relationenschema in 2. Normalform? Wie sieht ein geeignetes ER-Diagramm aus? Wie sehen die Relationen aus? Karczewski Datenbanken I 17
18 Dritte Normalform (3NF) Eine Relationenschema ist in dritter Normalform, wenn es in zweiter Normalform ist und wenn kein Nichtschlüsselattribut transitiv von einem Schlüssel abhängt. Indirekte Abhängigkeiten vom Schlüssel über Nichtschlüsselattribute führen zu Anomalien. C hängt von A transitiv ab, wenn man zwischen A und C beispielsweise die Abhängigkeiten A -> B und B -> C identifiziert hat. Karczewski Datenbanken I 18
19 Verletzung der 3NF Töpferprodukt Prod-Nr Produktart Funktion Tee-Service Gebrauch Kaffee-Service Gebrauch Schale Deko Krug Deko Krug Deko Welche Attribute sind von welchen funktional abhängig? Wie sieht das ER-Diagramm aus? Wie sehen die Relationen aus? Können die obigen Anomalien nach der Normalisierung noch auftreten? Karczewski Datenbanken I 19
20 Auflösung der 3NF Töpferprodukt Prod-Nr Produktart Funktion Tee-Service Gebrauch Kaffee-Service Gebrauch Schale Deko Krug Deko Krug Deko Töpferprodukt_2 Prod-Nr Produktart Tee-Service Kaffee-Service Schale Krug Krug Töpferprodukt Art Produktart Funktion Tee-Service Gebrauch Kaffee-Service Gebrauch Schale Deko Krug Deko Karczewski Datenbanken I 20
21 Aufgabe 3NF LTAOK: LNR TNR Anzahl Ort KM-Entf T1 55 Darmstadt T1 44 Darmstadt T2 33 Darmstadt T1 22 Frankfurt 42 Welche funktionalen Abhängigkeiten gibt es? Ist dieses Relationenschema in 3. Normalform? Wie sieht das ER-Diagramm aus? Wie sehen die Relationen aus? Karczewski Datenbanken I 21
22 Gesamtlösung Töpferprodukt Markt Prod-Nr Produktart Funktion Verkaufsmarkt Marktstandort marktspez.preis Tee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Kaffee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Schale Deko Rheinischer Tonmarkt Mainz Schale Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach Schale Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Internat. Tonmarkt Strasbourg Krug Deko Odenwälder Töpferwelt Erbach 80 Töpferprodukt_2 Prod-Nr Produktart Töpferprodukt Markt_2 Prod-Nr Verkaufsmarkt marktspez.preis Tee-Service Kaffee-Service Schale Krug Krug Internat. Tonmarkt Internat. Tonmarkt Rheinischer Töpfermarkt Odenwälder Töpferwelt Internat. Tonmarkt Internat. Tonmarkt Odenwälder Töpferwelt 80 Töpferprodukt Art Produktart Funktion Töpfermarkt Verkaufsmarkt Marktstandort Tee-Service Gebrauch Kaffee-Service Gebrauch Internat. Tonmarkt Strasbourg Schale Deko Rheinischer Töpfermarkt Mainz Krug Deko Karczewski Odenwälder Töpferwelt Erbach Datenbanken I 22
23 Normalisierung: Pro und Contra Häufige Einwände gegen Normalisierung: Erfordert mehr Speicherplatz! Umständlicher zu handhaben! Reduziert Laufzeit-Performanz! nicht korrekt nicht korrekt wenn View-Konzept (Sichten) unterstützt korrekt Daher: In der Praxis meist 3NF üblich Bei zu hohem Performanz-Verlust: Denormalisieren! Empfehlung + Erfahrung: bereits in konzeptionellem Entwurf (ERM) normalisiert denken Karczewski Datenbanken I 23
24 Aufgabe Normalformen Die folgenden Attribute seien alle in einem Relationenschema zusammengefasst: Kontonummer (K), PLZ (P), Ort (O), Filialnummer (F), Bankname (N), Bankleitzahl (L). Die Attribute hängen folgendermaßen voneinander ab. Durch die Bankleitzahl wird der Bankname festgelegt. Die Postleitzahl legt den Ort fest. Die Filialnummer und die Kontonummer hängen vom Banknamen ab. 1. Zeichnen Sie alle funktionalen Abhängigkeiten auf. Benutzen Sie dabei die Buchstaben in Klammern. 2. Ermitteln Sie den Schlüssel zu dem Relationenschema 3. Begründen Sie, warum das Relationenschema nicht in 2. und nicht in 3. Normalform ist. 4. Zerlegen Sie das Relationenschema in Relationenschemata so, dass diese alle in 3. Normalform sind. Karczewski Datenbanken I 24
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