Datenbanknormalisierung: 1NF, 2NF und 3NF

Stell dir vor, Schülerdaten, Lernangebote und absolvierte Stunden stehen gemeinsam in einer einzigen Tabelle. Namen, Klassen und Angebotsbeschreibungen erscheinen dann mehrfach.

Diese Redundanz ist mehr als ein Platzproblem. Sie kann Anomalien verursachen:

• Änderungsanomalie: Wechselt die Klassenleitung der 11a, muss der Name in mehreren Zeilen geändert werden. Bleibt eine Zeile unverändert, widersprechen sich die Daten.
• Einfügeanomalie: Ein neues Lernangebot lässt sich möglicherweise erst speichern, wenn bereits ein Schüler daran teilnimmt.
• Löschanomalie: Wird die letzte Teilnahme an einem Angebot gelöscht, kann zugleich dessen einzige Beschreibung verschwinden.

Normalisierung ordnet deshalb jeden Sachverhalt dort ein, wo er eindeutig hingehört. Schülerdaten stehen in einer Schülertabelle, Angebotsdaten in einer Angebotstabelle und Teilnahmen in einer Verknüpfungstabelle.

Bevor du normalisierst, musst du klären, wodurch ein Datensatz eindeutig bestimmt wird.

Im Schulbeispiel gelten diese Abhängigkeiten:

• SchülerNr → Name, Vorname, Klasse, Klassenlehrer
• LernangebotsNr → Beschreibung
• (SchülerNr, LernangebotsNr) → Zeit in h
• Klasse → Klassenlehrer

Die Zeit hängt von der Kombination aus Schüler und Lernangebot ab. Die Schülernummer allein genügt nicht, weil derselbe Schüler in verschiedenen Angeboten unterschiedlich viele Stunden haben kann. Auch die Angebotsnummer allein genügt nicht, weil verschiedene Schüler im selben Angebot unterschiedlich viele Stunden absolvieren können.

Eine Tabelle verletzt die erste Normalform, wenn eine Zelle mehrere gleichartige Werte enthält. Das geschieht zum Beispiel bei kommaseparierten Listen.

Ein problematischer Ausschnitt lautet:

Die Zuordnung der drei Nummern, Beschreibungen und Stunden beruht nur auf ihrer Position in den Listen. Einzelne Teilnahmen lassen sich schlecht filtern, verändern oder mit einem Schlüssel kennzeichnen.

Für die 1NF erhält jede Teilnahme eine eigene Zeile:

Nun enthält jede Zelle genau einen Wert. Der neue zusammengesetzte Primärschlüssel ist (SchülerNr, LernangebotsNr).

Nach der Umformung zur 1NF werden Schüler- und Angebotsdaten in mehreren Teilnahmezeilen wiederholt. Der Grund liegt im zusammengesetzten Schlüssel.

Der Schlüssel der Teilnahme ist (SchülerNr, LernangebotsNr). Nun prüfst du jedes Nichtschlüsselattribut:

• Name, Vorname, Klasse und Klassenlehrer hängen nur von SchülerNr ab.
• Beschreibung hängt nur von LernangebotsNr ab.
• Zeit in h hängt vom gesamten Paar ab.

Deshalb zerlegst du die Tabelle so:

In Teilnahme sind SchülerNr und LernangebotsNr zugleich Fremdschlüssel. Sie verweisen auf die beiden anderen Tabellen.

Die Tabelle Schüler ist nach der Zerlegung zwar in 2NF, enthält aber noch zwei Sachverhalte: Angaben zum Schüler und die Klassenleitung.

Für Schüler gilt:

• SchülerNr → Klasse
• Klasse → Klassenlehrer

Damit hängt Klassenlehrer transitiv von SchülerNr ab. Die Klassenleitung gehört fachlich zur Klasse, nicht zu einem einzelnen Schüler.

Du lagerst diese Abhängigkeit aus:

Beispieldaten für Klasse sind (11a, Lempel), (12a, Breier) und (11b, Sommer). In Schüler bleibt nur die jeweilige Klasse als Verweis stehen.

Gehe beim Normalisieren immer in derselben Reihenfolge vor:

1. Bestimme den Sachverhalt und mögliche Schlüssel.
2. Schreibe die funktionalen Abhängigkeiten auf.
3. Stelle atomare Werte und damit die 1NF her.
4. Beseitige partielle Abhängigkeiten für die 2NF.
5. Beseitige transitive Abhängigkeiten für die 3NF.
6. Prüfe, ob die Tabellen über Fremdschlüssel wieder sinnvoll verbunden werden können.

Wenn du die drei Prüffragen sicher beantworten kannst — „Enthält eine Zelle mehrere Werte?“, „Hängt etwas nur von einem Schlüsselteil ab?“ und „Bestimmt ein Nichtschlüsselattribut ein anderes?“ — kannst du typische Tabellen systematisch bis zur 3NF normalisieren.