Prof. Dr. T. Kudraß1 Logischer DB-Entwurf. Prof. Dr. T. Kudraß2 Entwurf eines relationalen DB-Schemas Ziel: –Regeln für die Umsetzung eines ER-Modells.

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1 Prof. Dr. T. Kudraß1 Logischer DB-Entwurf

2 Prof. Dr. T. Kudraß2 Entwurf eines relationalen DB-Schemas Ziel: –Regeln für die Umsetzung eines ER-Modells in ein Relationenschema –theoretische Grundlagen für den Entwurf eines guten relationalen DB-Schemas Normalisierungslehre Entwurfstheorie Was macht einen schlechten DB-Entwurf aus? –Redundanzen –schlechte Handhabbarkeit –Löschanomalien –Potentielle Inkonsistenz (Änderungsanomalien) –Einfügeanomalien Oft hervorgerufen durch Vermischung von Entities Normalisierung von Relationen –Hilft, einen gegebenen Entwurf zu verbessern

3 Prof. Dr. T. Kudraß3 Funktionale Abhängigkeiten Funktionale Abhängigkeit (Functional Dependency) FD Die FD X Y gilt (X bestimmt Y funktional), wenn für alle Relationen r des Relationenschemas R gilt: Zwei Tupel, deren Wert in X übereinstimmt, stimmen auch in Y überein. X und Y sind Mengen von Attributen. Formal: u R v R (u[X] = v[X]) (u[Y] = v[Y]) Graphische Notation Abhängigkeitsdiagramme: PNR NAME BERUF PNR PROJNR DAUER

4 Prof. Dr. T. Kudraß4 Grundbegriffe bei funktionalen Abhängigkeiten Triviale FD: X X Volle funktionale Abhängigkeit: A1, A2,...., An B1, B2,..., Bm B = { B1, B2,..., Bm } ist voll funktional abhängig von A = {A1, A2,..., An}, wenn B funktional abhängig von A, aber nicht funktional abhängig von einer echten Teilmenge von A ist. Beispiel: PNR PROJNR DAUER A B ist eine partielle Abhängigkeit, wenn ein Attribut Ai in A existiert, so daß ( A - {Ai}) B gilt: Beispiel: PNR PROJNR NAME

5 Prof. Dr. T. Kudraß5 Ableiten von funktionalen Abhängigkeiten (Inferenz) Implikation: Aus einer einer Menge von gegebenen FDs F können meist weitere FDs f abgeleitet werden: –angestellter stufe, stufe gehalt impliziert angestellter gehalt –F + = Hülle (closure) von F ist die Menge aller FDs, die durch F impliziert werden Armstrongsche Axiome (X, Y, Z sind Mengen von Attributen): –Reflexivität: Wenn X Y, dann X Y –Erweiterbarkeit: Wenn X Y, dann XZ YZ für beliebige Z –Transitivität: Wenn X Y und Y Z, dann X Z Armstrongsche Axiome sind klare und vollständige Inferenzregeln für FDs!

6 Prof. Dr. T. Kudraß6 Unnormalisierte Relation Beispiel: ANG-U (ANGNR, NAME, ORT, ABTNR, ABTNAME, PROJNR, PROJNAME, DAUER) 3740KunzK 35Produktion 4711 MM-PC 8 4713 PII-BOARD 2 3817 HinzM 40 Forschung4711 MM-PC 12 4713 PII-BOARD 3 4715Chipsatz 18 3819 Jansen B 35 Produktion 4711 MM-PC 6 4715 Chipsatz 12 enthält Attribute, die selbst aus Werten zusammengesetzt sind Vorteile: –Clusterbildung –Darstellung von komplexen Objekten (hierarchische Sichten) Nachteile –hohe Redundanzen (bei n:m-Beziehungen) –erhöhter Speicherplatzbedarf –erschwerte Handhabung durch unterschiedliche Anzahl von Elementen –Anomalien bei Aktualisierung

7 Prof. Dr. T. Kudraß7 Anomalien Einfüge-Anomalie Bei Einfügen neuer Projekte können Informationen darüber nicht gespeichert werden, solange es keine Angestellten zu diesem Projekt gibt; ANGRNR ist Primärschlüssel in ANG-U Änderungs-Anomalie Eine Abteilung erhält neue Aufgaben und wird daher umbenannt. Gesamte Relation muß durchsucht, und es müssen u.U. zahl- reiche Sätze geändert werden, obwohl sich nur eine Information ändert. Lösch-Anomalie Bei Beendigung von Projekten (z.B. 4711, 4713) sollen die Informationen hierüber gelöscht werden. Wenn ein Angestellter (z.B. Kunz) nur an diesen Projekten beteiligt war, gehen automatisch auch die Informationen über diesen Angestellten verloren.

8 Prof. Dr. T. Kudraß8 1. Normalform Alle Attributwerte sind atomar (d.h. bestehen nicht aus mehreren Elementen). ANG-1 (ANGNR, NAME, ORT, ABTNR, ABTNAME, PROJNR, PROJNAME, DAUER) 3740KunzK 35Produktion 4711 MM-PC 8 3740KunzK35Produktion4713PII-Board2 3817 HinzM 40 Forschung4711 MM-PC 12 3817HinzM40Forschung4713 PII-BOARD 3 3817HinzM40Forschung4715Chipsatz 18 3819 Jansen B 35 Produktion 4711 MM-PC 6 3819Jansen B35Produktion4715 Chipsatz 12 Vorteile: –Wegfall mehrwertiger Attribute Nachteile –gleiche Nachteile wie bei unnormalisierter Relation (Anomalien etc.)

9 Prof. Dr. T. Kudraß9 2. Normalform (2NF) Eine Relation ist in 2. Normalform (2NF), wenn sie in 1NF ist und jedes Nicht-Schlüsselattribut voll funktional abhängig ist vom Primärschlüssel. Beispiel: ANGR NAME (ANGR, PROJNR) PROJNAME /Projekt-Nr. allein bestimmt den Projektnamen, keine volle funktionale Abhängigkeit / Vorgehensweise: 1.Lagere alle Attribute aus der ursprünglichen Relation aus, die nicht voll funktional abhängig vom gesamten Primärschlüssel sind. 2.Definiere für jede logisch zusammengehörige Attributkombination (idealerweise = Entity-Typ) eine neue Relation. 3.Mache für jede gefundene Attributkombination, die von einem Schlüsselteil abhängt, diesen Schlüssel zum Primärschlüssel der neuen Relation.

10 Prof. Dr. T. Kudraß10 2. Normalform (Beispiel) ANG-2 (ANGNR, NAME, ORT, ABTNR, ABTNAME) 3740KunzK 35Produktion 3817 HinzM 40 Forschung 3819 Jansen B 35 Produktion ANGPROJ (ANGNR, PROJNR, DAUER) 374047118 374047132 38174711 12 381747133 3817471518 381947116 39194715^^^^12 PROJEKT (PROJNR, PROJNAME) 4711MM-PC 4713PII-BOARD 4715Chipsatz

11 Prof. Dr. T. Kudraß11 3. Normalform (3NF) Eine Relation ist genau dann in 3. Normalform (3NF), wenn sie in 2NF ist und keine transitiven Abhängigkeiten aufweist. –3NF ist verletzt, wenn es eine funktionale Abhängigkeit N A gibt, mit N, A = Nichtschlüsselattribut. Somit gilt auch X N A (mit X=Primärschlüssel), da Relation in 2 NF ist. Beispiel: ANGNR ABTNR ABTNAME Vorgehensweise: 1.Lagere zunächst alle Nichtschlüsselattribute aus der ursprüng- lichen Relation aus, die funktional von Nichtschlüsselattributen abhängen. 2.Definiere für jedes Nichtschlüsselattribut, von dem andere Nichtschlüsselattribute abhängen, eine neue Relation. 3.Mache das Nichtschlüsselattribut, das die anderen Nichtschlüssel- attribute bestimmt, zum Primärschlüssel der neuen Relation. 4.Lasse den Primärschlüssel der neuen Relation als Fremdschlüssel in der ursprünglichen Relation bestehen.

12 Prof. Dr. T. Kudraß12 3. Normalform (Beispiel) ANG-3 (ANGNR, NAME, ORT, ABTNR) 3740KunzK 35 3817 HinzM 40 3819 Jansen B 35 ABTEILUNG (ABTNR, ABTNAME) 35Produktion 40Forschung ANG-PROJPROJEKT (ANGNR, PROJNR, DAUER) (PROJNR, PROJNAME) 374047118 4711 MM-PC 374047132 4713 PII-BOARD 38174711 12 4715 Chipsatz 381747133 3817471518 381947116 3819471512

13 Prof. Dr. T. Kudraß13 Abschließende Bemerkungen Rekonstruktion der ursprünglichen Daten und Beziehungen mittels Verbund (Join) möglich. Nachteil von Normalisierung: hoher Verknüpfungsaufwand bei übergreifenden Anfragen (Performance). Weitere ^Normalformen in der Literatur beschrieben (z.B. Boyce-Codd-Normalform) –höhere Normalformen in der Praxis nicht relevant