Es gibt eine Reihe von normalen Formen im relationalen Datenmodell, die dazu beitragen, die Struktur der Datenbank zu optimieren und den Designprozess zu verbessern. Die zweite und dritte Normalform sind die Schlüsselkomponenten dieses Modells. Sie ermöglichen es, unnötige und überflüssige Informationen in Tabellen loszuwerden und somit die Effizienz der Datenbank zu verbessern.
Die zweite normale Form (2NF) erfordert, dass jedes Attribut in einer Tabelle vollständig funktional von seinem Primärschlüssel abhängig ist. Dies bedeutet, dass die Tabelle keine teilweise funktional abhängigen Attribute enthält. Es gibt auch keine doppelten Attributgruppen, die vom gleichen Primärschlüssel abhängen. Um dies in eine verständliche Sprache zu übersetzen, sollte die Tabelle in 2NF in mehrere kleinere Tabellen unterteilt werden, sodass jede Tabelle nur die Attribute enthält, die funktional vom gleichen Schlüssel abhängig sind.
Die dritte Normalform (3NF) enthält alle Anforderungen der zweiten Normalform und fügt eine zusätzliche Bedingung hinzu - jedes Nichtschlüsselattribut in der Tabelle muss relativ zum Primärschlüssel nicht deterministisch sein. Es sollte nicht von anderen Attributen (Nichtschlüsseln) in derselben Tabelle abhängen. Wenn die Tabelle nicht der dritten normalen Form entspricht, enthält sie eine transitive Abhängigkeit oder es besteht eine Abhängigkeit zwischen Nichtschlüsselattributen.
Das Wesen der Datenbanknormalisierung
Die Normalisierung von Datenbanken ermöglicht die Bereitstellung:
- Beseitigen von Datenredundanz: jedes Datenstück wird nur einmal gespeichert, was Speicherplatz spart und die Speichereffizienz verbessert.
- Vermeiden von Datenanomalien: die Normalisierung verhindert Widersprüche und Mehrdeutigkeiten in den Daten, was ihre Integrität und Zuverlässigkeit garantiert.
- Verbesserung der Datenbankleistung: durch die Normalisierung können Datenbankabfragen vereinfacht und die Abfrageverarbeitungsgeschwindigkeit verbessert werden.
Als Ergebnis des Datenbanknormalisierungsprozesses werden die Daten nach bestimmten Regeln und Normen strukturiert, die in der relationalen Datenbanktheorie vorgeschlagen werden. Diese Regeln helfen, das Niveau der Normalisierung zu bestimmen, einschließlich der ersten Normalform (1NF), der zweiten Normalform (2NF) und der dritten Normalform (3NF).
Die erste normale Form
Um die erste normale Form zu erfüllen, ist es notwendig:
- Ordnen Sie die Daten in einer Tabelle mithilfe von Zeilen und Spalten an.
- Jede Tabellenzelle muss nur einen Wert enthalten (es kann sich nicht um eine Liste oder ein Array handeln).
- Jede Zelle darf nur atomare Werte enthalten (kann keine Datenstruktur sein).
- Jede Zeile der Tabelle muss eindeutig sein (es kann keine Wiederholungen geben).
- Die Reihenfolge der Zeilen und Spalten sollte keine Rolle spielen.
Wenn die erste normale Form eingehalten wird, werden die Daten gut strukturiert, indem einzelne Elemente in separaten Zeilen angezeigt werden. Dies vereinfacht die Strukturierung und ermöglicht eine effizientere Verwaltung der Daten.
| Name | Alter | Die Adresse |
|---|---|---|
| Iwan | 25 | die ungefähre Straße, 10 |
| Anna | 30 | st. Vorbildlich, 5 |
| Peter | 40 | modellstraße, 15 |
Im Beispiel stellt jede Zeile ein einzelnes Element dar, und jede Spalte stellt eine separate Eigenschaft des Elements dar. Die Daten werden in atomaren Werten (Name, Alter, Adresse) gespeichert, und es gibt keine Wiederholungen von Werten.
Merkmale der zweiten Normalform
Hauptmerkmale der zweiten Normalform:
- In der zweiten normalen Form sollten alle Attribute funktional nur vom gesamten Primärschlüssel und nicht vom Teil des Primärschlüssels abhängig sein.
- Die zweite normale Form erfordert, dass alle nicht-trivialen funktionalen Abhängigkeiten in der Datenbank gelöscht werden.
- Um die zweite normale Form zu erreichen, ist es manchmal erforderlich, die Tabellen in mehrere aufzuteilen, sodass die Attribute nur vom Primärschlüssel abhängen.
- Die zweite normale Form hilft, die Struktur der Datenbank zu verbessern, wodurch sie für die Arbeit mit Daten flexibler und effizienter wird.
- Die zweite Normalform löst jedoch nicht alle Datenprobleme, und in einigen Situationen kann eine zusätzliche Normalisierung erforderlich sein.
Die zweite normale Form ist ein wichtiger Schritt im Datenbankdesignprozess und hilft dabei, sie strukturierter und optimierter zu machen. Die Kenntnis und Anwendung der zweiten Normalform kann die Arbeit mit den Daten erheblich verbessern und deren Integrität gewährleisten.
Beispiele für die Verwendung der zweiten Normalform
Betrachten Sie einige Beispiele, um zu verstehen, wie die zweite normale Form in der Praxis verwendet werden kann:
- Beispiel 1: Angenommen, wir haben eine Tabelle "Mitarbeiter" mit den Feldern "Name", "Abteilung", "Position", "Telefonnummer". In diesem Fall werden die Spalten "Abteilung" und "Position" für denselben Mitarbeiter dupliziert, wenn ein Mitarbeiter in mehreren Abteilungen arbeiten kann und über mehrere Positionen verfügt. Um dieses Problem zu vermeiden, können wir zwei separate Tabellen erstellen: "Abteilungen" und "Positionen", und verwenden Sie ihre IDs, um mit der Tabelle "Mitarbeiter" zu kommunizieren. Auf diese Weise hat jeder Mitarbeiter nur einen Eintrag für jede Abteilung und Position.
- Beispiel 2: Stellen wir die Tabelle "Bestellungen" mit den Feldern vor: "Bestellnummer", "Bestellnummer", "Produkt-ID", "Produktname", "Produktmenge". Wenn wir mehrere Artikel in einer Bestellung haben, werden die Informationen zu jedem Artikel dupliziert. Um dies zu vermeiden, können wir eine separate Tabelle "Produkte" mit den Feldern "Produkt-ID" und "Produktname" erstellen und dann die IDs dieser Tabelle in der Tabelle "Bestellungen" verwenden. Auf diese Weise hat jeder Artikel nur einen Eintrag in der Tabelle "Waren", und die Produktinformationen werden nicht dupliziert.
Die zweite normale Form ermöglicht es uns, effizientere und strukturierte Datenbanken zu erstellen und ihre Leistung und Benutzerfreundlichkeit zu verbessern.
Merkmale der dritten Normalform
Hauptmerkmale der dritten Normalform:
1. Beseitigen von transitiven Abhängigkeiten: Die dritte normale Form erfordert, dass alle Felder in einer Tabelle nur vom Primärschlüssel abhängig sind und nicht voneinander abhängig sind. Dies bedeutet, dass jedes Feld in der Tabelle nur vom Primärschlüssel und nicht von anderen Feldern abhängen sollte.
2. Ein minimaler Satz von Feldern ist vorhanden: In der dritten normalen Form sollten nur die Felder vorhanden sein, die direkt vom Primärschlüssel abhängen. Jedes Feld, das aus anderen Feldern berechnet werden kann, muss aus der Tabelle ausgeschlossen werden.
3. Überprüfen, ob doppelte Daten vorhanden sind: Die dritte normale Form schließt doppelte Daten aus, indem Sie die Daten in separate Tabellen aufteilen und Beziehungen zwischen ihnen herstellen. Dies hilft, die Größe der Datenbank zu reduzieren und die Leistung zu verbessern.
4. Verbesserung der Abfrageeffizienz: Die dritte normale Form hilft bei der Optimierung von Datenbankabfragen, da die Daten in kleinere und verknüpfte Tabellen unterteilt sind. Dies vereinfacht die Ausführung komplexer Abfragen und erhöht die Geschwindigkeit der Datenbank.
All diese Merkmale der dritten Normalform ermöglichen es Ihnen, effiziente, gut organisierte und leicht zu verwaltende Datenbanken zu erstellen. Wenn Sie die dritte normale Form richtig anwenden, können Sie die Zuverlässigkeit und Leistung des Systems verbessern, die Menge der gespeicherten Daten reduzieren und die Entwicklung und Modifizierung von Datenbankanwendungen vereinfachen.
Beispiele für die Verwendung der dritten Normalform
Hier sind einige Beispiele für die Verwendung der dritten Normalform in verschiedenen Szenarien:
- Die Bibliothek Im Bibliothekssystem kann die dritte normale Form verwendet werden, um Informationen über Bücher, Autoren und Leser zu speichern. Die Tabelle "Bücher" enthält Informationen zu jedem Buch (Nummer, Titel, Genre). Die Tabelle "Autoren" enthält Informationen über die Autoren (Nummer, Vorname, Nachname). Die Tabelle "Leser" enthält Informationen über die Leser (Nummer, Vorname, Nachname, Adresse). Anstelle von doppelten Daten enthält jede Tabelle nur eindeutige Datensätze, und die Verknüpfungstabelle "Buch_aUtoren" enthält Beziehungen zwischen Arbeitsmappen und Autoren.
- Online-Shop In einem Online-Shop kann die dritte normale Form verwendet werden, um eine Datenbank mit Waren und Bestellungen zu organisieren. Die Tabelle "Produkte" enthält Informationen zu jedem Artikel (Name, Beschreibung, Preis). Die Tabelle "Bestellungen" enthält Informationen zu jeder Bestellung (Nummer, Datum, Betrag). Anstelle von doppelten Daten enthält jede Tabelle nur eindeutige Datensätze, und die Verknüpfungstabelle "Artikel_bestellungen" enthält Verbindungen zwischen Waren und Bestellungen.
- Das Studentenmagazin In einem Studentenjournal kann die dritte normale Form verwendet werden, um Informationen über Studenten, Kurse und Noten zu speichern. Die Tabelle "Studenten" enthält Informationen zu jedem Studenten (Nummer, Vorname, Nachname). Die Tabelle "Kurse" enthält Informationen zu jedem Kurs (Nummer, Titel, Kursleiter). Statt sich wiederholender Daten enthält jede Tabelle nur eindeutige Datensätze, und die Referenztabelle "Student_bewertungen" enthält Beziehungen zwischen Studenten, Kursen und Bewertungen.
In jedem dieser Beispiele ermöglicht die dritte normale Form eine effiziente Organisation der Daten und vereinfacht die Ausführung von Datenbankabfragen.
Unterschiede zwischen der zweiten und dritten Normalform
1. Anwendungsbereich: Die zweite Normalform (2NF) wird verwendet, um Probleme mit Attributen zu beheben, die nur vom Teil des zusammengesetzten Schlüssels abhängen. Die dritte Normalform (3NF) wird verwendet, um Probleme mit der funktionellen Abhängigkeit von Attributen von Nichtschlüsselattributen zu beheben.
2. Beziehung zu einem Schlüsselfeld: In 2NF müssen Attribute vollständig vom gesamten zusammengesetzten Schlüssel abhängen, nicht nur von seinem Teil. In 3NF sollten Attribute nicht funktional von Nichtschlüsselattributen abhängen.
3. Datenbankstruktur: In 2NF sind die Daten so strukturiert, dass keine doppelten Gruppen oder Spalten für denselben Schlüssel vorhanden sind. In 3NF sind die Daten so strukturiert, dass jedes Nichtschlüsselattribut funktional nur vom Primärschlüssel der Tabelle abhängt.
4. Abhängigkeitstyp: In 2NF werden Probleme mit partieller funktionaler Abhängigkeit behoben, bei denen Attribute nur von einem Teil des zusammengesetzten Schlüssels abhängen. Probleme mit der transitiven funktionalen Abhängigkeit werden in 3NF behoben, wenn Attribute von Nichtschlüsselattributen abhängen.
5. Verteilung von Daten: In 2NP werden die Daten nicht in verschiedenen Tabellen dupliziert oder wiederholt. In 3NF wird dieses Problem ebenfalls gelöst, jedoch unter Berücksichtigung der funktionellen Abhängigkeit.
Das Ergebnis ist, dass die zweite normale Form die Daten besser organisiert und Probleme mit partieller funktionaler Abhängigkeit beseitigt. Die dritte normale Form ist strenger und beseitigt nicht nur Probleme mit partieller funktionaler Abhängigkeit, sondern auch mit transitiver funktionaler Abhängigkeit, wodurch die Datenbankstruktur effizienter und optimaler für den Betrieb wird.
Wie wähle ich zwischen der zweiten und dritten normalen Form?
Beim Entwerfen von Datenbanken ist es wichtig zu entscheiden, welche normale Form verwendet werden soll. Die zweiten und dritten Normalformen (2NF und 3NF) helfen, Anomalien und Diskrepanzen in den Daten zu beseitigen, sie weisen jedoch Unterschiede auf und die Wahl zwischen ihnen kann schwierig sein.
Im Folgenden sind einige Faktoren aufgeführt, die dazu beitragen können, sich für die Wahl zwischen 2NF und 3NF zu entscheiden:
- Komplexität der Abfragen: Wenn Ihre Abfragen häufig die Zusammenführung von Daten aus mehreren Tabellen erfordern, ist 2NF möglicherweise vorzuziehen. Dies liegt daran, dass die Daten in 3NF in kleinere Tabellen unterteilt sind, was die Erstellung komplexer Abfragen erschweren kann.
- Größe der Tabellen: Wenn Tabellen eine große Anzahl von Zeilen und Spalten aufweisen, kann die Verwendung von 2NF in Bezug auf die Leistung effizienter sein. 3NF kann die Anzahl der Tabellen und die Beziehungen zwischen ihnen erhöhen, was Abfragen und Datenänderungsvorgänge verlangsamen kann.
- Häufigkeit von Datenänderungen: Wenn sich die Daten in den Tabellen häufig ändern, ist 2NF möglicherweise vorzuziehen. Dies liegt daran, dass die Daten in 3NP in kleinere Tabellen unterteilt sind, was zu Schwierigkeiten beim Aktualisieren der Daten führen kann.
- Notwendigkeit, Daten zu normalisieren: Wenn Ihre Daten bereits 2NF erfüllen und keine weitere Normalisierung erforderlich ist, kann die Verwendung von 3NF überflüssig sein. Dies liegt daran, dass 3NF strengere Regeln erfordert und die Aufteilung der Daten in weniger Tabellen erfordert.
Letztendlich hängt die Wahl zwischen 2NF und 3NF vom Kontext Ihrer Datenbank und ihren spezifischen Anforderungen ab. Es ist wichtig, die Datenstruktur, die Abfragetypen und die Häufigkeit der Änderungen sorgfältig zu untersuchen, um eine fundierte Entscheidung über die Wahl eines normalen Formulars zu treffen.
