Anomalien und Normalformen. Was ist ein gutes Datenbankschema?

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1 Anomalien und Normalformen

2 Was ist ein gutes Datenbankschema?

3 Problem: Gu ̈ tekriterien:  Redundanz vermeiden  Anomalien vermeiden  getrennte Fakten sollten in getrennten Relationen stehen

4 Was ist ein gutes Datenbankschema? Lo ̈ sung:  Normalformen helfen beim Vermeiden von Anomalien und Beseitigen von Redundanzen aus den Tabellen ohne Informationsverlust  fru ̈ hzeitige Planung mithilfe des ER-Modells

5 Wie sollten die Tabellen strukturiert sein? Problem: Die Informationen sind schwer zuga ̈ nglich. Lo ̈ sung: 1. Normalform: Alle Attribute sind atomar

6 Wie sollten die Tabellen strukturiert sein? 1. Normalform: Alle Attribute sind atomar

7 Aufgabe Ist die 1. Normalform erfu ̈ llt?

8 Aufgabe Erfu ̈ llung der 1. Normalform:  Umstrukturierung der Tabelle, so dass alle Attribute atomar sind.  Schlu ̈ ssel muss ggf. neu bestimmt werden!!!

9 Warum speichern wir nicht einfach alles in einer Tabelle?

10 Problem: Redundanz, Anomalien -> inkonsistente Daten  A ̈ nderungsanomalie / Update-Anomalie  Einfu ̈ geanomalie / Insert-Anomalie  Lo ̈ schanomalie

11 A ̈ nderungsanomalie A ̈ nderungsanomalie: Wenn eine Zwiebel fu ̈ r die Lasagne verbraucht wurde, muss das auch beim Pilz-Burger vermerkt werden, sonst sind die Daten inkonsistent.

12 Einfu ̈ geanomalie Einfu ̈ geanomalie: Wenn ein neuer Koch fu ̈ r indisches Essen eingestellt wird, kann dies nicht eingetragen werden, bevor es kein indisches Gericht gibt.

13 Lo ̈ schanomalie Lo ̈ schanomalie: Wenn das Rezept fu ̈ r den Pilz- Burger gelo ̈ scht wird, geht auch die Information verloren, dass noch 500g Pilze vorra ̈ tig sind.

14 Zusammenfassung - Anomalien Redundanz: Wiederholung derselben Daten ohne Informationsgewinn. A ̈ nderungsanomalie (Update-Anomalie): (Datena ̈ nderung macht Folgea ̈ nderung notwendig). Wenn das A ̈ ndern eines Datensatzes zwangsla ̈ ufig das A ̈ ndern weiterer Datensa ̈ tze nach sich zieht, spricht man von einer A ̈ nderungsanomalie. Das ist nicht nur aufwa ̈ ndig, sondern kann auch zu inkonsistenten Daten fu ̈ hren, wenn die A ̈ nderung an einer Stelle vergessen wird. Einfu ̈ geanomalie: (ungewolltes Dateneinfu ̈ gen). Eine Einfu ̈ geanomalie tritt auf, wenn eine Information nicht eingefu ̈ gt werden kann, ohne weitere Informationen, die vielleicht noch gar nicht bekannt sind, einzufu ̈ gen, da sonst ein Schlu ̈ sselattribut fehlt oder andere Zellen, die nicht leer bleiben du ̈ rfen, fehlen. Von einer Einfu ̈ geanomalie spricht man also, wenn durch das Einfu ̈ gen von Daten ungewollt weitere Daten eingefu ̈ gt werden mu ̈ ssen. Lo ̈ schanomalie: (unbeabsichtigtes Datenlo ̈ schen). Eine Lo ̈ schanomalie liegt vor, wenn durch das Lo ̈ schen von Daten weitere Informationen verloren gehen, die aber gar nicht gelo ̈ scht werden sollen.

15 Aufgabe Welche Anomalien ko ̈ nnen hier auftreten?

16 Funktionale Abha ̈ ngigkeiten Ein Attribut A ist funktional abha ̈ ngig von einem Attribut S, wenn zu jedem mo ̈ glichen Wert von S genau ein Wert aus A existiert. Schreibweise: S → A Ein Attribut A ist voll funktional abha ̈ ngig von einem aus S1 und S2 zusammengesetzten Schlu ̈ ssel, wenn A funktional abha ̈ ngig vom Gesamtschlu ̈ ssel, nicht aber von seinen Teilschlu ̈ sseln ist. Schreibweise: (S1, S2) → A

17 Schlu ̈ sselkandidaten Schlu ̈ sselkandidaten (SK): Alle Attributkombinationen, die die Bedingungen eines Schlu ̈ ssels erfu ̈ llen  eindeutig  minimal (Prima ̈ r-)Schlu ̈ ssel: Der Schlu ̈ sselkandidat, der als Schlu ̈ ssel ausgewa ̈ hlt wurde Nichtschlu ̈ sselattribute (NSA): Alle Attribute, die zu keinem Schlu ̈ sselkandidaten geho ̈ ren.

18 Schlu ̈ sselkandidaten - Beispiel Funktionale Abha ̈ ngigkeiten:  1. Strasse, HausNr, Wohnung → VID, Miete, MID  2. MID → Strasse, HausNr, Wohnung, VID, Miete Schlu ̈ sselkandidaten:  1. Strasse, HausNr, Wohnung  2. MID Nichtschlu ̈ sselattribute: VID, Miete

19 2. Normalform Die 1. Normalform ist erfu ̈ llt und KEIN Nichtschlu ̈ sselattribut ist partiell abha ̈ ngig von einem Schlu ̈ sselkandidaten.  d.h.alle Nichtschlu ̈ sselattribute sind funktional abha ̈ ngig von der gesamten Schlu ̈ sselkombination, jedoch nicht von ihren Teilen.  d.h. alle Nichtschlu ̈ sselattribute sind von jedem zusammengesetzten Schlu ̈ sselkandidaten voll funktional abha ̈ ngig.

20 2. Normalform Notiere die funktionalen Abha ̈ ngigkeiten aller Nichtschlu ̈ sselattribute von den Attributen der Schlu ̈ sselkandidaten

21 2. Normalform Schlu ̈ sselkandidaten: (RName, Zutat) Nichtschlu ̈ sselattribute (NSA): Beno ̈ tigteMenge, Land,Koch, Vorra ̈ tigeMenge Funktionale Abha ̈ ngigkeiten:  RName, Zutat → Beno ̈ tigteMenge  Zutat → Vorra ̈ tigeMenge  Rname → Land, Koch

22 2. Normalform

23 U ̈ berfu ̈ hrungsschema in 2. NF

24 Aufgabe 1. Bestimmen Sie die Schlu ̈ sselkandidaten und Nichtschlu ̈ sselattribute 2. Notieren Sie die funktionalen Abha ̈ ngigkeiten fu ̈ r alle NSA 3. Bringen Sie die Tabelle in die 2.NF

25 Aufgabe 2. Normalform Achtung: Auch ohne das Attribut Note, mu ̈ sste eine dritte Tabelle fu ̈ r die Verknu ̈ pfung aus Schu ̈ ler und Fach angelegt werden.

26 2. Normalform

27 Transitivita ̈ t Wenn man aus „S bestimmt A“ und “A bestimmt B“ folgern kann, dass zwangsla ̈ ufig auch „S bestimmt B“ gilt, dann ist die Transitivita ̈ t gegeben Ein Attribut B ist transitiv abha ̈ ngig von einem Attribut S, wenn es ein Attribut A gibt, so dass S → A, A → B, S nicht funktional abha ̈ ngig von A S → A → B (S nicht funktional abha ̈ ngig von A)

28 3. Normalform Die 2. Normalform ist erfu ̈ llt und KEIN NSA ha ̈ ngt transitiv von einem Schlu ̈ sselkandidaten ab Schlu ̈ sselkandidaten:RName Nichtschlu ̈ sselattribute:Land, Koch Funktionale Abha ̈ ngigkeiten:Rname → Land, Rname → Koch, Land → Koch Transitive Abha ̈ ngigkeit: Rname → Land → Koch

29 3. Normalform

30 U ̈ berfu ̈ hrungsschema in 3.NF

31 Aufgabe 1. Bestimmen Sie SK, NSA und FA in der Tabelle Schu ̈ ler. 2. U ̈ berfu ̈ hren Sie die Tabelle in 3.NF.

32 Aufgabe Normalisieren Sie die folgende Tabelle und geben Sie als Zwischenschritte die 1., 2. und 3. NF sowie die jeweiligen funktionalen Abha ̈ ngigkeiten an.

33 Grenzen der 1. bis 3. Normalform nicht immer werden alle Redundanzen aufgelo ̈ st Beispiel: Fa ̈ cher (Fachlehrer, Fach, Fachobmann)  Annahmen: Jeder Lehrer kann nur in einem Fach Fachobmann sein. Pro Fach gibt es mehrere Fachlehrer. Jeder Fachlehrer unterrichtet mehrere Fa ̈ cher  FA: Fachlehrer, Fach → Fachobmann Fachlehrer, Fachobmann → Fach Fach → Fachobmann Fachobmann → Fach  SK: Fachlehrer, Fach oder Fachlehrer, Fachobmann  NSA:-  2. NF und 3. NF sind erfu ̈ llt, da es keine NSA gibt  fu ̈ r jedes Fach wird der Fachobmann redundant abgespeichert

34 Zusammenfassung - Normalformen