Normalisierung

Normalisierung ist ein Verfahren zur Strukturierung von Datenbanktabellen. Ziel ist es, Redundanzen zu vermeiden, Datenkonsistenz sicherzustellen und Anomalien zu verhindern.

Die Normalisierung wird hauptsächlich bei relationalen Datenbanken angewendet.

Ziel der Normalisierung

Durch Normalisierung sollen:

• doppelte Datenspeicherung vermieden werden
• Einfüge-, Änderungs- und Löschanomalien verhindert werden
• Tabellen logisch und übersichtlich aufgebaut sein

Grundprinzip

Große Tabellen werden in mehrere kleinere Tabellen aufgeteilt. Diese Tabellen werden über Primär- und Fremdschlüssel miteinander verknüpft.

Anomalien in Datenbanken

Werden Tabellen nicht korrekt normalisiert, können sogenannte Anomalien auftreten. Dabei handelt es sich um unerwünschte Nebenwirkungen beim Einfügen, Ändern oder Löschen von Daten.

Man unterscheidet drei Arten von Anomalien:

Einfügeanomalie

Ein Datensatz kann nicht gespeichert werden, ohne dass zusätzliche, eigentlich unnötige Informationen mit angegeben werden müssen.

Beispiel: Ein neuer Artikel kann nicht erfasst werden, solange noch keine Bestellung existiert.

Änderungsanomalie

Eine Information muss an mehreren Stellen geändert werden. Wird eine Stelle vergessen, entstehen widersprüchliche Daten.

Beispiel: Der Kategoriename „Eingabegeräte“ muss in mehreren Zeilen angepasst werden.

Löschanomalie

Durch das Löschen eines Datensatzes gehen unbeabsichtigt weitere Informationen verloren.

Beispiel: Wird die letzte Bestellung eines Artikels gelöscht, verschwinden auch die Artikeldaten.

Ursache

Anomalien entstehen durch Redundanz und fehlerhafte Tabellenstruktur.

Ziel der Normalisierung

Durch die Aufteilung in logisch getrennte Tabellen werden Anomalien vermieden und die Datenkonsistenz verbessert.

Normalformen

Die Normalisierung erfolgt schrittweise in sogenannte Normalformen.

1. Normalform (1NF)

Bedingungen:

• Alle Attribute enthalten nur atomare (unteilbare) Werte
• Keine Wiederholungsgruppen

Beispiel (nicht 1NF):

Kunde	Telefonnummern
Müller	12345, 67890

Korrekt (1NF):

Kunde	Telefonnummer
Müller	12345
Müller	67890

2. Normalform (2NF)

Bedingungen:

• Tabelle ist in 1NF
• Jedes Nicht-Schlüsselattribut ist vollständig vom Primärschlüssel abhängig

Problem: Teilabhängigkeiten bei zusammengesetzten Schlüsseln.

Beispiel zur 2. Normalform (2NF)

Gegeben ist folgende Tabelle:

Bestellnr	Artikelnummer	Artikelname	Menge
1001	A01	Tastatur	2
1001	A02	Maus	1
1002	A01	Tastatur	1

Primärschlüssel ist hier die Kombination aus:

• Bestellnr
• Artikelnummer

→ zusammengesetzter Primärschlüssel

Problem: Der Artikelname hängt nur von der Artikelnummer ab, nicht von der gesamten Kombination (Bestellnr + Artikelnummer).

Das ist eine Teilabhängigkeit und verletzt die 2. Normalform.

Lösung (Aufteilung in zwei Tabellen)

Tabelle: Bestellposition

Bestellnr	Artikelnummer	Menge
1001	A01	2
1001	A02	1
1002	A01	1

Tabelle: Artikel

Artikelnummer	Artikelname
A01	Tastatur
A02	Maus

Jetzt gilt: Alle Nicht-Schlüsselattribute hängen vollständig vom jeweiligen Primärschlüssel ab.

→ Die Tabellen befinden sich in der 2. Normalform.

3. Normalform (3NF)

Bedingungen:

• Tabelle ist in 2NF
• Keine transitiven Abhängigkeiten

Das bedeutet: Ein Nicht-Schlüsselattribut darf nicht von einem anderen Nicht-Schlüsselattribut abhängen.

Beispiel (nicht 3NF):

Beispiel zur 3. Normalform (3NF)

Gegeben ist folgende Tabelle:

Produktnr	Produktname	KategorieID	Kategoriename
101	Tastatur	1	Eingabegeräte
102	Maus	1	Eingabegeräte
201	Monitor	2	Ausgabegeräte

Primärschlüssel:

• Produktnr

Problem: Der Kategoriename hängt nicht direkt von der Produktnr ab, sondern von der KategorieID.

Transitive Abhängigkeit:

Produktnr → KategorieID → Kategoriename

Damit liegt ein Verstoß gegen die 3. Normalform vor.

Lösung (Aufteilung in zwei Tabellen)

Tabelle: Produkt

Produktnr	Produktname	KategorieID
101	Tastatur	1
102	Maus	1
201	Monitor	2

Tabelle: Kategorie

KategorieID	Kategoriename
1	Eingabegeräte
2	Ausgabegeräte

Jetzt gilt: Alle Nicht-Schlüsselattribute hängen direkt vom jeweiligen Primärschlüssel ab.

→ Die Tabellen befinden sich in der 3. Normalform.

Durchgehendes Beispiel: 1NF → 2NF → 3NF

Ausgangstabelle (nicht normalisiert)

Problem: Mehrere Artikel stehen in einer Zelle.

Bestellnr	Kunde	Artikel
1001	Müller	A01:Tastatur:1:Eingabegeräte, A02:Maus:2:Eingabegeräte
1002	Schmidt	A01:Tastatur:1:Eingabegeräte

→ Wiederholungsgruppen vorhanden → Nicht in 1NF

1. Normalform (1NF)

Regel: Alle Werte sind atomar (eine Information pro Zelle).

Bestellnr	Kunde	Artikelnr	Artikelname	KategorieID	Kategoriename	Menge
1001	Müller	A01	Tastatur	1	Eingabegeräte	1
1001	Müller	A02	Maus	1	Eingabegeräte	2
1002	Schmidt	A01	Tastatur	1	Eingabegeräte	1

Primärschlüssel:

• (Bestellnr, Artikelnr)

2. Normalform (2NF)

Problem: Teilabhängigkeit.

Artikelname, KategorieID und Kategoriename hängen nur von Artikelnr ab, nicht vom gesamten zusammengesetzten Schlüssel.

Lösung: Auslagern der Artikeldaten.

Tabelle: Bestellposition

Bestellnr	Artikelnr	Menge
1001	A01	1
1001	A02	2
1002	A01	1

Tabelle: Artikel

Artikelnr	Artikelname	KategorieID	Kategoriename
A01	Tastatur	1	Eingabegeräte
A02	Maus	1	Eingabegeräte

→ Jetzt keine Teilabhängigkeit mehr → 2NF erfüllt

3. Normalform (3NF)

Problem: Transitive Abhängigkeit.

Kategoriename hängt von KategorieID ab, nicht direkt von Artikelnr.

Artikelnr → KategorieID → Kategoriename

Lösung: Kategorie auslagern.

Tabelle: Artikel

Artikelnr	Artikelname	KategorieID
A01	Tastatur	1
A02	Maus	1

Tabelle: Kategorie

KategorieID	Kategoriename
1	Eingabegeräte

→ Keine transitive Abhängigkeit mehr → 3NF erfüllt

Kurzüberblick

• 1NF → atomare Werte
• 2NF → keine Teilabhängigkeit
• 3NF → keine transitive Abhängigkeit

Kurzmerksatz

1NF: atomar – 2NF: keine Teilabhängigkeit – 3NF: keine transitive Abhängigkeit.

Vorteile der Normalisierung

• geringerer Speicherbedarf
• bessere Datenkonsistenz
• weniger Fehler bei Änderungen
• klare Tabellenstruktur

Nachteile

• mehr Tabellen
• komplexere Abfragen (JOINs notwendig)

Kurzmerksatz

Normalisierung reduziert Redundanz und sorgt für konsistente, logisch strukturierte Datenbanktabellen.