Relationale Datenstrukturen Frher wurde die Verwaltung von Daten

Relationale Datenstrukturen Früher wurde die Verwaltung von Daten über Karteikarten gelöst, die in Karteikästen nach Themen gesammelt und sortiert wurden. Heutzutage werden solche Daten elektronisch in relationalen Datenbanken erfasst. Hierbei entspricht der Karteikarte ein Datensatz und dem Karteikasten eine Tabelle. In einem relationalen Datenbanksystem werden in Tabellen Objekte mit gemeinsamen Merkmalen zu einem Datensatz zusammengefasst. Die Zeilen der Tabelle stellen je einen Datensatz dar. Die Spalten der Tabelle bezeichnet man als Datenfelder, sie enthalten die einzelnen Merkmale. Datenfeld Datensatz SNR 462 874 265 Nachname Huber Schmidt Müller Vorname Karin Petra Robert Klasse 10 b 10 c 10 a

Aufgabenbeispiel Eine Schule will die Ausleihe der Schülerbücherei mit dem Computer verwalten. Dazu sollen die wichtigsten Daten der Schüler und der Bücher erfasst werden. Grundlegende Fragestellungen bzw. Vorüberlegungen sind: • • Welche Daten sind für den Vorgang notwendig? Wie werden die Daten elektronisch erfasst? Wie können diese Daten zueinander in Beziehung gesetzt werden? Welche Probleme können auftreten?

Normalisieren der Datenbasis Die Art und Weise, wie die gewünschten Merkmale in verschiedene Tabellen aufgeteilt und zu Datensätzen zusammengefasst werden, entscheidet über die Bearbeitungsmöglichkeiten der Daten. Bei der Arbeit mit einer Datenbank kann es durch falsche Strukturen der Tabellen zu Komplikationen kommen. Um dies zu verhindern, verwendet man Normalisierungsregeln. Erste Normalform SNR 12 34. . . Nachname Huber Maier. . . Vorname Max Steffi. . . Geb-Datum 04. 05. 1996 03. 10. 1997. . . A-Datum 23. 03. 2009 08. 04. 2009. . . BNR 1 321 845. . . Titel 1 Das. . Heu. . . Autor 1 Go. . Sch. . . Thema 1 Krimi Comic … 4 BNR 2 657 734. . . Titel 2 Li. . Ko. . . Autor 2 D. . A. . . Problem: Ein Schüler leiht gleichzeitig mehrere Bücher aus. Die Merkmale BNR, Titel, Autor und Thema müssen daher mehrmals vorhanden sein. Solche Merkmale werden als Mehrfachmerkmale bezeichnet.

Lösung: • • • Die Schülernummer bildet zu den Merkmalen Titel, Autor und Thema eine Relation (Beziehung) Schüler - Buch. Dabei handelt es sich um eine 1: n - Beziehung, d. h. ein Schüler kann mehrere Bücher ausleihen. Wird die Relation umgedreht, so hat man die Relation Buch - Schüler, eine 1: 1 - Beziehung, d. h. jedes Buch kann nur von einem Schüler ausgeliehen werden. Diese Relation liefert dann eine Tabelle ohne Mehrfachmerkmale, d h. ein Schüler kann beliebig viele Bücher ausleihen. BNR 454 215 365 784 852 926 SNR 462 874 265 265 462 Nachname Huber Schmidt Müller Huber 1. Normalform: Vorname Karin Petra Robert Karin Geb-Datum 23. 03. 1997 12. 2000 09. 07. 2001 03. 2001 A-Datum 23. 09 22. 03. 09 07. 04. 09 23. 09 Titel Dr. . . Ki. . . Op. . . Zu. . . Wer. . . Be. . . Autor Go. . . Sch. . . Le. . . Bö. . . Le. . . Ma. . . Thema Krimi Comic SFI Sachbuch Krimi In den Datensätzen gibt es keine Mehrfachmerkmale.

Zweite Normalform Anomalien beim Betrieb der Tabelle Ausleihe in der 1. Normalform • Anomalie beim Ändern von Datensätzen In der Tabelle wird der Schüler mit den Merkmalen Nachname, Vorname und Geb-Datum bei jedem Buch, das er ausleiht, gespeichert. Ändert sich z. B. bei einem Schüler der Nachname (wegen Heirat der Eltern), muss in jedem Datensatz der Wert für das Merkmal Nachname geändert werden. Wird diese Änderung nicht bei jedem Datensatz konsequent durchgeführt, kann es zur Inkonsistenz der Daten kommen, d. h. der Informationsgehalt wird mehrdeutig und damit wertlos. Da die Daten mehrfach gespeichert sind, kommt es zu Redundanzen, die bei einer Änderung der Daten zu einer Anomalie führen können. • Anomalie beim Entfernen von Datensätzen Wird ein Buch von einem Schüler zurückgegeben, müsste das (Ausleih-)Datum gelöscht werden, da die Ausleihe beendet ist. Datensätze können aber nur als Gesamtes gelöscht werden (und nicht nur einzelne Merkmalswerte), d h. es werden alle Merkmalswerte gelöscht, auch die, die man noch braucht. Es dürfen sich nur solche Merkmale in einem Datensatz befinden, welche so voneinander abhängig sind, dass sie gemeinsam gelöscht werden können!

2. Normalform: Jedes Merkmal des Datensatzes, die Schlüsselmerkmale ausgenommen, muss vom gesamten Kombinationsschlüssel abhängen. Um die 2. Normalform zu erreichen, werden die von der BNR unabhängigen Merkmale in eine eigene Tabelle Schüler ausgelagert. Die beiden Tabellen werden über das Schlüsselmerkmal SNR miteinander verbunden. Tabelle: AUSLEIHE BNR 454 215 365 784 852 926 SNR 462 874 265 265 462 A-Datum 23. 09 22. 03. 09 07. 04. 09 23. 09 Titel Dr. . . Ki. . . Op. . . Zu. . . Wer. . . Be. . . Autor Go. . . Sch. . . Le. . . Bö. . . Le. . . Ma. . . SNR 462 874 265 Thema Krimi Comic SFI Sachbuch Krimi Nachname Huber Schmidt Müller Tabelle: SCHÜLER Vorname Karin Petra Robert Geb-Datum 23. 03. 1997 12. 2000 09. 07. 2001 Die beiden Tabellen bilden jetzt eine Datenbasis in der 2. Normalform. Es gibt keine Redundanzen bei den Schülerdaten mehr. Die Daten in der Tabelle Schüler können nun unabhängig von der Tabelle Ausleihe bearbeitet werden, d. h. eine Änderung ist stets nur an einem Datensatz durchzuführen.

Dritte Normalform Dritte Die Merkmale Titel, Autor und Thema hängen aber weiterhin nicht nur vom Primärschlüssel BNR ab, sondern auch vom Merkmal A-Datum und durch dieses Merkmal auch von der Tabelle Schueler. Man nennt so einen Sachverhalt transitive Abhängigkeit. Anomalien beim Betrieb der Tabelle in der 2. Normalform • Anomalie beim Einfügen von Datensätzen Es können nicht alle Bücher der Bücherei erfasst werden, sondern nur die ausgeliehenen Bücher. • Anomalie beim Entfernen von Datensätzen Wird ein Buch zurückgegeben, so werden neben dem (Ausleih-)Datum auch die Daten für das Buch gelöscht. Die Merkmale Titel, Autor und Thema hängen untereinander ab und bilden eine eigene Relation!

3. Normalform: Mit Ausnahme der Schlüsselmerkmale sind alle Merkmale des Datensatzes untereinander unabhängig. Es wird nun noch eine dritte Tabelle benötigt, welche die Merkmale Titel, Autor und Thema erfasst. Dies ist die Tabelle Bücher. Die Tabellen Ausleihe und Bücher werden mit dem Schlüssel BNR verbunden. BNR 454 852 926 BNR 454 215 852 926 Titel Dr. . . Ki. . . Wer. . . Be. . . Autor Go. . . Sch. . . Le. . . Ma. . . SNR 462 265 462 Tabelle: Ausleihe A-Datum 23. 09 07. 04. 09 23. 09 Tabelle: Bücher Thema Krimi Comic Sachbuch Krimi SNR 462 874 265 Nachname Huber Schmidt Müller Tabelle: Schüler Vorname Karin Petra Robert Geb-Datum 23. 03. 1997 12. 2000 09. 07. 2001 Die drei Tabellen Ausleihe, Bücher und Schüler sind über die Schlüsselmerkmale BNR und SNR miteinander verbunden. Wenn sich die Datenbasis in der 3. Normalform befindet, hat das folgende Vorteile: • • • In die Tabelle Bücher können alle Bücher der Bücherei aufgenommen werden, auch wenn sie nicht ausgeliehen sind. Die Schüler werden in der separaten Tabelle Schüler verwaltet, sodass die Datensätze geändert werden können, ohne dass es zu Inkonsistenzen kommt. Die Tabelle Ausleihe enthält nur Daten, die nach der Rückgabe eines Buches ohne Verlust von Datensätzen gelöscht werden können.

Merkmale einer relationalen Datenbank: • Die Daten werden in verschiedenen Tabellen aufgezeichnet • In einer Tabelle sind nur Daten erfasst, die unmittelbar zusammengehören. • Daten dürfen nie mehrfach geführt sein. • Jedes Datenfeld kann nur Daten vom gleichen Datentyp aufnehmen. • Jeder Datensatz ist durch ein bestimmtes Merkmal (den Primärschlüssel) eindeutig identifizierbar. • Anhand der Primärschlüssel lassen sich Verknüpfungen zwischen den Tabellen herstellen und damit auf die Daten eines Datensatzes zugreifen.