Erste, zweite und dritte Normalform

Ohne Normalisierung können in einer Datenbank Anomalien auftreten:

• Einfüge-Anomalie: Neue Daten können nur zusammen mit anderen, eventüll noch unbekannten Daten eingefügt werden.
• Lösch-Anomalie: Beim Löschen eines Datensatzes gehen unbeabsichtigt andere Informationen verloren.
• Änderungs-Anomalie (Update-Anomalie): Daten müssen an mehreren Stellen geändert werden; bei Vergessen einer Stelle entstehen Inkonsistenzen.

Die Normalisierung ist ein schrittweiser Prozess, der Redundanzen entfernt und Anomalien verhindert.

Ein Attribut B ist funktional abhängig von Attribut A (geschrieben: A → B), wenn zu jedem Wert von A genau ein Wert von B gehört. Beispiel: Schueler_ID → Name (jede ID bestimmt genau einen Namen).

Eine volle funktionale Abhängigkeit liegt vor, wenn B von einem zusammengesetzten Schlüssel AB abhängt und nicht von einem Teil allein.

Eine Relation ist in 1NF, wenn:

• Alle Attributwerte atomar (unteilbar) sind.
• Keine Wiederholungsgruppen existieren.

Beispiel – Verletzung der 1NF:

| Schueler_ID | Name  | Kurse              |
|-------------|-------|--------------------|
| 1           | Anna  | Mathe, Deutsch, Bio |

Das Attribut „Kurse“ enthält mehrere Werte → nicht atomar!

Lösung (1NF): Entweder separate Zeilen oder Auslagerung in eigene Tabelle:

Schüler: | Schueler_ID | Name  |
Belegung: | Schueler_ID | Kurs_ID |

Eine Relation ist in 2NF, wenn sie in 1NF ist und jedes Nichtschlüsselattribut voll funktional vom gesamten Primärschlüssel abhängt (keine partielle Abhängigkeit).

Beispiel – Verletzung der 2NF:

Belegung(Schueler_ID, Kurs_ID, Note, Kursname)
PK: (Schueler_ID, Kurs_ID)

„Kursname“ hängt nur von Kurs_ID ab, nicht vom gesamten Schlüssel → partielle Abhängigkeit!

Lösung (2NF): Auslagerung in eigene Tabelle:

Belegung(Schueler_ID, Kurs_ID, Note)
Kurs(Kurs_ID, Kursname)

Eine Relation ist in 3NF, wenn sie in 2NF ist und kein Nichtschlüsselattribut transitiv (indirekt) vom Primärschlüssel abhängt.

Beispiel – Verletzung der 3NF:

Schüler(Schueler_ID, Name, Klasse, Klassenlehrer)
Schueler_ID → Klasse → Klassenlehrer

„Klassenlehrer“ hängt nicht direkt von Schueler_ID ab, sondern über „Klasse“ (transitiv).

Lösung (3NF):

Schüler(Schueler_ID, Name, Klasse)
Klasse(Klasse, Klassenlehrer)

• 1NF: Alle Werte atomar, keine Wiederholungsgruppen.
• 2NF: 1NF + keine partiellen Abhängigkeiten (nur bei zusammengesetztem PK relevant).
• 3NF: 2NF + keine transitiven Abhängigkeiten.

Merkspruch: „Jedes Nichtschlüsselattribut hängt vom Schlüssel ab, vom ganzen Schlüssel und von nichts anderem als dem Schlüssel.“

Abitur-Tipp: Im Abitur wird typischerweise eine unnormalisierte Tabelle gegeben mit der Aufgabe, sie schrittweise in 1NF, 2NF und 3NF zu überführen. Zeige jeden Schritt einzeln und begründe, welche Anomalie bzw. Abhängigkeit du behebst. Der Merkspruch ist Gold wert für die Argumentation!