Datenbanksysteme Teil 3 Indizes und Normalisierung. Stefan Maihack Dipl. Ing. (FH) Datum:

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1 Datenbanksysteme Teil 3 Indizes und Normalisierung Stefan Maihack Dipl. Ing. (FH) Datum:

2 MySQL - Normalisierung Durch die Normalisierung von Tabellen soll folgendes erreicht werden Redundanzfreie, beziehungsweise redundanzarme Speicherung der Daten. Vermeidung von Datenbank-Anomalien. Logische Strukturierung der Daten. Vereinfachte Speicherung der Daten. Einfache Datenverwaltung. Datenbankdesign und Normalisierung sind eng miteinander verzahnte Prozesse. Große Tabellen die nicht normalisiert sind, kosten Systemleistung. Die Aufteilung, in sehr viele kleinere Tabellen (extreme Normalisierung) kompliziert die Abfragen, was ebenso die Systemleistung reduziert. Man muss einen Mittelweg finden. Z.B. Tabellen die selten angesprochen werden, nicht weiter normalisieren. 2

3 Normalisierungsregeln: 1NF 1. NF: Die 1. NF ist notwendig, ein relationales Datenmodell zu haben. Sie fordert, dass alle Attribute einer Entity in atomarer Form vorliegen. Ein atomarer Wert, wie beispielsweise eine Zahl, eine Zeichenkette oder ein Datum, nicht aber eine Liste. Z.B. in der Tabelle Personal ist die Spalte Angestellte aufgeteilt in Angestellte1, Angestellte2 AngestellteN. Die Attribute sind zwar atomar, aber nicht im Sinne der ersten Normalform, da es sich eigentlich wieder um eine Liste handelt. Abhilfe: Die Liste muss in eine eigene Relation umgewandelt werden. Dazu muss man die Beziehung kennen. Falls es eine 1.. N Beziehung ist, heißt das, dass jeder Datensatz der neuen Relation mit einem Datensatz der alten Relation in Beziehung steht. Die neue Relation hat als Fremdschlüssel den Primärschlüssel der alten Relation. 3

4 Normalisierungsregeln: 1NF Lieferanten_name Lieferanten_adresse Lieferant en_nam e Lieferant en_adre sse Lieferan ten_län dercode Lieferant en_telef onnumm er Lieferanten_Ländercode Lieferanten_Telefonnummer Produkt_1_name Produkt_1_Qualität Produkt_2_name Produkt_2_Qualität Produktname Produktqualität Ein Schlüssel Muss hinzu gefügt werden. In der neuen Tabelle Produkt_3_name 4

5 Normalisierungsregeln: 2NF 2. NF: Relationen müssen sich in der 1. NF befinden. Kein Attribut darf existieren, das nicht zum Schlüssel gehört und nur von einem Teil des Schlüssels voll funktional abhängig ist. Daraus folgt: Besitzt eine Relation in erster Normalform nur einen einstelligen Schlüssel (Schlüssel besteht nur aus einem Attribut), dann befindet sie sich automatisch auch in der 2. NF. Ein Nichtschlüssel-Attribut steht in einer 1:1 Beziehung zu einem Teil des Schlüssels. Die 2. NF hat die Aufgabe, Teilabhängigkeiten zu eliminieren, indem sie aus diesen eigene Relationen erstellt. 5

6 Normalisierungsregeln: 2NF Produkte Produkte Produkt_name Produkt_name Produkt_Beschrei bung Kategory_name Werte in Kategory_name können mehrfach vorkommen. Deshalb Kategrory_name in eine neue Tabelle verschieben. Produkt_beschreibung Kategory_ID Preis Kategorien Preis Kategory_ID Kategorie_name 6

7 Normalisierungsregeln: 2NF Beispiel zur 2. NF: PersNr ProjNr ProjName AuftragVom BearbBeginn HTML-Seiten HTML-Seiten Datenbank Datenbank Primärschlüssel: PersNr und ProjNr ProjName und AuftragVom sind charakteristische Projekteigenschaften, die unabhängig vom Mitarbeiter sind, der das Projekt bearbeitet (sie können mehrfach vorkommen). Mit anderen Worten, sie sind funktional abhängig von der Projektnummer (ProjNr) einem Teil des Schlüssels. Überführung in die 2. NF - Umwandeln in zwei Relationen. 7

8 Normalisierungsregeln: 2NF In der 2. Normalform befindliche Tabellen: Tabelle Projektbearbeitung in der 2.NF PersNr ProjNr BearbBeginn Tabelle Projekte in der 2.NF ProjNr Projektname AuftragVom 50 HTML-Seiten Datenbank

9 Normalisierungsregeln: 3NF Die 3. NF fordert, dass sich eine Relation in der 2. NF befindet und alle Attribute, die nicht zum Schlüssel gehören, nur vom Schlüssel abhängig sind. Mit anderen Worten, es darf keine Abhängigkeiten zwischen Attributen geben. Alle Attribute sind direkt vom Schlüssel abhängig. Beispiel: In der Tabelle Bestellungen werden alle Bestellungen eines Buchversenders gespeichert. Diese Relation besitzt die Attribute BestellNr, Datum, ISBN und Titel. Das Attribut BestellNr ist der Primärschlüssel. Titel ist abhängig von ISBN BestellNr Datum ISBN Titel Mogel-Power Jetzt lerne ich HTML Jetzt lerne ich HTML Black&White Alle Attribute sind zwar charakteristisch für eine Bestellung, aber nicht direkt, denn das Attribut Titel ist abhängig von ISBN. 9

10 Normalisierungsregeln: 3NF Lösung: Aus ISBN und Titel wird eine weitere Relation erstellt. In der Tabelle Bestellungen bleibt ISBN als Fremdschlüssel. Tabelle: Bestellungen BestellNr Datum ISBN Tabelle: Bücher ISBN Titel Mogel-Power Jetzt lerne ich HTML Black&White 10

11 Normalisierungsregeln: 3NF Kunden Kunden Kunden_name Kunden_name Kunden_adresse Kunden_adresse Länder_code Länder_name hängt immer von Länder_code ab. Deshalb eine dieser Spalten in eine neue Tabelle verschieben. Länder_code Länder Länder_name Länder_code Länder_name 11

12 Zusammenfassung Fazit der Normalisierung: Redundanzfreie, beziehungsweise redundanzarme Speicherung der Daten Vermeidung von Datenbank-Anomalien Logische Strukturierung der Daten Vereinfachte Speicherung der Daten Datenbankdesign und Normalisierung sind eng mit einander verzahnte Prozesse. 12

13 In die Praxis gebracht 4 Regeln sind zu beachten: 1. Eliminierung sich wiederholender Gruppen. Für jede Gruppe von Daten, die sich wiederholen, legt man eine eigene Tabelle an. Z.B.: ID Name Nachname BestelNr ArtikelNr Preis Artikel Daraus entstehen 3 Tabellen: Artikel, Bestellungen und Adressen. Jede Tabelle bekommt einen eindeutigen Schlüssel. 2. Eliminierung redundanter Daten. Wenn eine Eigenschaft mehrere Werte annehmen kann, bringt man diese in eine eigene Tabelle. Z.B.: Wenn Artikel mehre Preise haben kann, bringt man diese in eine eigene Tabelle. 13

14 In die Praxis gebracht 3. Eliminieren von Spalten, die von keinem Schlüssel abhängen. Wenn Eigenschaften keinen Zusammenhang mit dem Schlüsselfeld haben, also nicht ebenso eindeutig zugeordnet werden können, überträgt man diese Eigenschaft in eine eigene Tabelle. Z.B. Wenn man 2 Adressen pro Kunde hat (Lieferanschrift und Rechnungsanschrift), können die Adressen nicht mehr eindeutig einem Schlüsselfeld Kunden-ID zugeordnet werden. Anschriften der Kunden in weitere Tabellen aufteilen. 4. Isolieren von unabhängigen Beziehungen. Keine Tabelle darf 2 oder mehrere Beziehungen haben, die nicht direkt abhängig sind. ID Vorname Nachname BestellNr ArtikelNr Preis Artikel Mindestens 3 Tabellen daraus machen. 14

15 In die Praxis gebracht Große Tabellen die nicht normalisiert sind, kosten Systemleistung. Die Aufteilung, in sehr viel kleinere Tabellen (extreme Normalisierung) kompliziert aber auch die Abfragen, was ebenso die Systemleistung reduziert. Versuchen Sie einen Mittelweg zu finden. Z.B. Tabellen die selten angesprochen werden, nicht weiter zu normalisieren. 15

16 Übung 1 Normalisierung Eine Sammlung von Musik-CD s soll durch eine Tabelle cds dargestellt werden; die Tabelle soll folgende Informationen enthalten: Künstlernamen Titel der CD Tracks auf der CD FRAGEN: Stellen sie sich vor, dass die aktuelle Tabelle aus den Spalten: artist, title, name_track1, name_track2, name_track Welche Spalten würden sie in eine andere Tabelle verschieben, um die 1NF zu erhalten? 2. Welche Spalte im Beispiel dieser Übung würden sie in eine andere Tabelle verschieben, um die 2NF zu bekommen? 3. Welche Spalte im Beispiel dieser Übung würden sie in eine andere Tabelle verschieben, um die 3NF zu bekommen? 16

17 Übung 2 - Normalisierung Aufgabe: Es soll eine Datenbank erstellt werden mit der Eigentumsbeziehungen von Flurstücken abgefragt werden sollen Folgende Objekte verwaltet werden sollen: 1. Speicherung von Flurstücken (Stadt übergreifend) 2. Speicherung von Eigentümer Erstellen sie ein ER-Modell inklusive Attribute und Kardinalitäten. Erstellen sie die dazugehörigen Tabellen und normalisieren sie diese. Erstellen sie die Tabellen in MySQL. 17

18 Übung 2 Normalisierung Folgende Attribute soll die Datenbank besitzen: Vorname Eigentümer Nachname Eigentümer Strassenname Eigentümer PLZ Eigentümer Name der Stadt des Eigentümers Hausnummer des Eigentümers Anzahl der Kinder Alter des Eigentümers Flurstücknummern Größe der Flurstücke Lage der Flurstücke (X und Y Koordinate) PLZ der Flurstücke Stadt der Flurstücke Eigentümer der Flurstücke 18

19 Übung 3 Normalisierung Erstellen sie ein ER-Modell von folgenden Objekten und deren Attribute und Beziehungen: bewohner: vorname, nachname, strasse, familienstand, anzahl_kinder, geschlecht, ausweisnummer, ort, plz strassen: strassenname, plz, ort, hausnummern, x_kord, ykord stadt: stadt_name, plz, einwohner_anzahl sehenswürdigkeiten: name_sehenswürdigkeit, plz, ort, x_kord, y_kord Folgende Fragen sollen möglich sein: In welcher Stadt wohnt der Bewohner X. In welcher Strasse wohnt der Bewohner X. Wo liegt die Sehenswürdigkeit X. Normalisieren sie das Modell bis in die 3NF. 19