Normalisierung
Normalisierung ist der Prozess, eine Datenbankstruktur so zu organisieren, dass Redundanzen minimiert und Anomalien vermieden werden.
Durch die schrittweise Anwendung von Normalformen (1NF, 2NF, 3NF) wird eine effiziente, wartbare und konsistente Datenbank erstellt.
Wichtig für die AP2-Prüfung
Normalisierung kommt in 75% der Prüfungen vor! ⭐⭐⭐
- Erkennen von Anomalien und Redundanzen
- Anwenden der Normalformen
- Tabellen schrittweise normalisieren
- Begründen warum Normalisierung notwendig ist
Warum Normalisierung?
Normalisierung löst drei Hauptprobleme:
1. Redundanzen vermeiden
Gleiche Daten werden nicht mehrfach gespeichert.
Problem ohne Normalisierung:
| BestellNr | KundenName | KundenAdresse | Produkt | Preis |
|-----------|-----------|---------------|---------|-------|
| 1 | Max Müller| Berlin | Laptop | 800€ |
| 2 | Max Müller| Berlin | Maus | 20€ |
| 3 | Max Müller| Berlin | Tastatur| 50€ |
→ KundenName und KundenAdresse 3x gespeichert! 💾
2. Anomalien verhindern
Unerwünschte Seiteneffekte bei Datenbankoperationen vermeiden.
Update-Anomalie
Änderung muss an mehreren Stellen vorgenommen werden.
Problem: Max Müller zieht um → Adresse in 3 Zeilen ändern!
Risiko: Vergisst man eine Zeile → Inkonsistenz
Einfüge-Anomalie
Daten können nicht gespeichert werden ohne andere Daten.
Problem: Neuer Kunde ohne Bestellung → Kann nicht angelegt werden!
Lösch-Anomalie
Beim Löschen gehen ungewollt andere Daten verloren.
Problem: Letzte Bestellung löschen → Kundendaten verschwinden!
3. Datenintegrität sicherstellen
Widersprüche in den Daten vermeiden.
Die 3 Normalformen
Überblick
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ Unnormalisierte Tabelle │
│ (Listen, mehrere Werte pro Zelle) │
│ │
└─────────────────┬───────────────────────────────┘
│
│ 1. Normalform (1NF)
│ Atomare Werte
▼
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ Erste Normalform (1NF) │
│ Alle Werte sind atomar │
│ │
└─────────────────┬───────────────────────────────┘
│
│ 2. Normalform (2NF)
│ Keine partiellen Abhängigkeiten
▼
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ Zweite Normalform (2NF) │
│ Alle Attribute hängen vom ganzen Schlüssel ab │
│ │
└─────────────────┬───────────────────────────────┘
│
│ 3. Normalform (3NF)
│ Keine transitiven Abhängigkeiten
▼
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ Dritte Normalform (3NF) │
│ Keine Abhängigkeiten zwischen Nicht-Schlüsseln│
│ │
└─────────────────────────────────────────────────┘
1. Normalform (1NF)
Jedes Attribut muss atomar sein - keine Listen oder mehrfache Werte in einer Zelle.
Regeln der 1NF:
- ✅ Alle Attribute sind atomar (unteilbar)
- ✅ Keine wiederholten Gruppen
- ✅ Jede Zeile ist eindeutig identifizierbar (Primärschlüssel)
Beispiel: 1NF
❌ NICHT in 1NF:
| StudentID | Name | Kurse |
|-----------|-----------|--------------------------|
| 1 | Max | Mathe, Physik, Chemie |
| 2 | Anna | Mathe, Englisch |
| 3 | Tom | Physik |
→ Spalte "Kurse" enthält Listen! ❌
✅ IN 1NF:
| StudentID | Name | Kurs |
|-----------|-----------|----------|
| 1 | Max | Mathe |
| 1 | Max | Physik |
| 1 | Max | Chemie |
| 2 | Anna | Mathe |
| 2 | Anna | Englisch |
| 3 | Tom | Physik |
→ Jede Zelle hat nur einen Wert! ✅
2. Normalform (2NF)
Alle Nicht-Schlüssel-Attribute müssen vom gesamten Primärschlüssel abhängen, nicht nur von einem Teil.
Regeln der 2NF:
- ✅ Erfüllt 1NF
- ✅ Keine partiellen Abhängigkeiten bei zusammengesetzten Schlüsseln
- ✅ Jedes Attribut hängt vom kompletten Primärschlüssel ab
Beispiel: 2NF
❌ NICHT in 2NF (aber in 1NF):
| StudentID | KursID | StudentName | Kursname | Dozent |
|-----------|--------|-------------|----------|--------------|
| 1 | 101 | Max | Mathe | Herr Müller |
| 1 | 102 | Max | Physik | Frau Schmidt |
| 2 | 101 | Anna | Mathe | Herr Müller |
Primärschlüssel: (StudentID, KursID) - zusammengesetzt!
Problem:
StudentNamehängt nur vonStudentIDab ❌KursnameundDozenthängen nur vonKursIDab ❌
✅ IN 2NF:
Tabelle: Student
| StudentID | StudentName |
|-----------|-------------|
| 1 | Max |
| 2 | Anna |
Tabelle: Kurs
| KursID | Kursname | Dozent |
|--------|----------|--------------|
| 101 | Mathe | Herr Müller |
| 102 | Physik | Frau Schmidt |
Tabelle: Student_Kurs (Zwischentabelle)
| StudentID | KursID |
|-----------|--------|
| 1 | 101 |
| 1 | 102 |
| 2 | 101 |
3. Normalform (3NF)
Keine transitiven Abhängigkeiten - Nicht-Schlüssel-Attribute dürfen nicht von anderen Nicht-Schlüssel-Attributen abhängen.
Regeln der 3NF:
- ✅ Erfüllt 2NF
- ✅ Keine transitiven Abhängigkeiten
- ✅ Jedes Nicht-Schlüssel-Attribut hängt direkt vom Primärschlüssel ab
Beispiel: 3NF
❌ NICHT in 3NF (aber in 2NF):
| KursID | Kursname | Dozent | Dozent_Büro | Dozent_Telefon |
|--------|----------|--------------|-------------|----------------|
| 101 | Mathe | Herr Müller | Raum 101 | 0123-456 |
| 102 | Physik | Frau Schmidt | Raum 202 | 0123-789 |
| 103 | Chemie | Herr Müller | Raum 101 | 0123-456 |
Problem - Transitive Abhängigkeit:
KursID → Dozent → Dozent_Büro
KursID → Dozent → Dozent_Telefon
→ Dozent_Büro und Dozent_Telefon hängen von Dozent ab, nicht direkt von KursID! ❌
✅ IN 3NF:
Tabelle: Kurs
| KursID | Kursname | Dozent |
|--------|----------|--------------|
| 101 | Mathe | Herr Müller |
| 102 | Physik | Frau Schmidt |
| 103 | Chemie | Herr Müller |
Tabelle: Dozent
| Dozent | Dozent_Büro | Dozent_Telefon |
|--------------|-------------|----------------|
| Herr Müller | Raum 101 | 0123-456 |
| Frau Schmidt | Raum 202 | 0123-789 |
🎯 Typische AP2-Prüfungsaufgabe
Prüfungsaufgabe: Bibliotheksverwaltung
Szenario: Eine Bibliothek verwaltet ihre Daten in folgender Tabelle:
Tabelle: Ausleihe
| AusleihNr | BenutzerID | BenutzerName | BenutzerAdresse | ISBN | Buchtitel | Autor | Verlag | Ausleihdatum | Rückgabedatum |
|-----------|-----------|--------------|-----------------|------------|-------------------|--------------|-----------|--------------|---------------|
| 1 | 101 | Max Müller | Berlin | 978-3-16-1 | Java Grundlagen | M. Schmidt | TechVerlag| 2025-10-01 | 2025-10-15 |
| 2 | 101 | Max Müller | Berlin | 978-3-16-2 | Python Basics | A. Meyer | CodeVerlag| 2025-10-05 | 2025-10-19 |
| 3 | 102 | Anna Schmidt | Hamburg | 978-3-16-1 | Java Grundlagen | M. Schmidt | TechVerlag| 2025-10-03 | 2025-10-17 |
| 4 | 103 | Tom Weber | München | 978-3-16-3 | SQL für Anfänger | T. Klein | DataPress | 2025-10-07 | 2025-10-21 |
Aufgaben:
- Identifizieren Sie alle Redundanzen in der Tabelle
- Identifizieren Sie alle Anomalien (Einfüge-, Update-, Lösch-Anomalie)
- Überführen Sie die Tabelle in die 1. Normalform (1NF)
- Überführen Sie die Tabelle in die 2. Normalform (2NF)
- Überführen Sie die Tabelle in die 3. Normalform (3NF)
- Zeichnen Sie das finale ER-Diagramm nach 3NF
🍳 Kochrezept: Normalisierung in 6 Schritten (Visuell)
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SCHRITT 1: REDUNDANZEN IDENTIFIZIEREN │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ Suche nach: Gleiche Daten in mehreren Zeilen │
│ │
│ Markiere im Beispiel: │
│ • BenutzerName "Max Müller" → 2x │
│ • BenutzerAdresse "Berlin" → 2x │
│ • ISBN "978-3-16-1" → 2x │
│ • Buchtitel "Java Grundlagen" → 2x │
│ • Autor "M. Schmidt" → 2x │
│ • Verlag "TechVerlag" → 2x │
│ │
│ 📌 FRAGE: Welche Daten wiederholen sich? │
│ Markiere sie mit Textmarker! │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SCHRITT 2: ANOMALIEN ERKENNEN │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ UPDATE-ANOMALIE: │
│ ❌ Max Müller zieht um → Adresse in 2 Zeilen ändern │
│ ❌ Verlag ändert Namen → in allen Zeilen anpassen │
│ │
│ EINFÜGE-ANOMALIE: │
│ ❌ Neues Buch ohne Ausleihe → Kann nicht gespeichert │
│ werden (AusleihNr ist Schlüssel!) │
│ ❌ Neuer Benutzer ohne Ausleihe → Geht nicht! │
│ │
│ LÖSCH-ANOMALIE: │
│ ❌ Ausleihe 4 löschen → Infos über "SQL für Anfänger" │
│ verschwinden komplett! │
│ ❌ Letzte Ausleihe von Tom → Tom verschwindet! │
│ │
│ 📌 REGEL: Wo treten Probleme auf? │
│ Schreibe sie auf! │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SCHRITT 3: 1NF PRÜFEN - Atomare Werte? │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ FRAGE: Gibt es Listen oder mehrere Werte in einer Zelle?│
│ │
│ In unserem Beispiel: │
│ ✅ Alle Zellen haben nur einen Wert │
│ ✅ Keine Listen wie "Mathe, Physik" │
│ ✅ Keine zusammengesetzten Werte │
│ │
│ → Tabelle ist bereits in 1NF! ✓ │
│ │
│ Falls NICHT in 1NF: │
│ 1. Listen aufsplitten │
│ 2. Neue Zeile für jeden Wert │
│ 3. Zusammengesetzte Werte aufteilen │
│ │
│ 📌 REGEL: Eine Zelle = Ein Wert │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SCHRITT 4: 2NF ANWENDEN - Funktionale Abhängigkeiten │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ FRAGE 1: Was ist der Primärschlüssel? │
│ Antwort: AusleihNr (identifiziert jede Ausleihe) │
│ │
│ FRAGE 2: Welche Attribute hängen NICHT vom │
│ KOMPLETTEN Primärschlüssel ab? │
│ │
│ Analyse: │
│ • BenutzerName hängt von BenutzerID ab ❌ │
│ • BenutzerAdresse hängt von BenutzerID ab ❌ │
│ • Buchtitel hängt von ISBN ab ❌ │
│ • Autor hängt von ISBN ab ❌ │
│ • Verlag hängt von ISBN ab ❌ │
│ │
│ LÖSUNG: Tabellen aufteilen! │
│ → Tabelle "Benutzer" (BenutzerID als Schlüssel) │
│ → Tabelle "Buch" (ISBN als Schlüssel) │
│ → Tabelle "Ausleihe" (nur noch IDs + Datumsfelder) │
│ │
│ 📌 REGEL: Alle Attribute müssen vom ganzen Schlüssel │
│ abhängen, nicht von Teilen! │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SCHRITT 5: 3NF ANWENDEN - Transitive Abhängigkeiten │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ FRAGE: Gibt es Nicht-Schlüssel-Attribute die von │
│ anderen Nicht-Schlüssel-Attributen abhängen? │
│ │
│ Prüfe jede Tabelle nach 2NF: │
│ │
│ Tabelle "Buch": │
│ ISBN → Buchtitel ✓ (direkt vom Schlüssel) │
│ ISBN → Autor ✓ (direkt vom Schlüssel) │
│ ISBN → Verlag ✓ (direkt vom Schlüssel) │
│ │
│ Aber: Hat der Autor vielleicht eine E-Mail? │
│ → ISBN → Autor → Autor_Email ❌ │
│ → Das wäre eine transitive Abhängigkeit! │
│ │
│ Falls vorhanden: Weitere Tabelle erstellen! │
│ → Tabelle "Autor" (Autor als Schlüssel) │
│ │
│ 📌 REGEL: A → B → C ist verboten! │
│ Nur A → B oder A → C erlaubt │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SCHRITT 6: FINALE TABELLEN ZEICHNEN + ER-DIAGRAMM │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ Erstelle saubere Tabellen: │
│ │
│ 1. Benutzer-Tabelle │
│ - BenutzerID (PK) │
│ - BenutzerName │
│ - BenutzerAdresse │
│ │
│ 2. Buch-Tabelle │
│ - ISBN (PK) │
│ - Buchtitel │
│ - Autor │
│ - Verlag │
│ │
│ 3. Ausleihe-Tabelle │
│ - AusleihNr (PK) │
│ - BenutzerID (FK) │
│ - ISBN (FK) │
│ - Ausleihdatum │
│ - Rückgabedatum │
│ │
│ Zeichne ER-Diagramm mit Beziehungen: │
│ Benutzer (1) ←→ (N) Ausleihe (N) ←→ (1) Buch │
│ │
│ 📌 KONTROLLE: Keine Redundanzen mehr? ✓ │
│ Keine Anomalien mehr? ✓ │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
🎨 Vollständige Lösung: Bibliotheksverwaltung
Nach 3NF normalisiert:
Tabelle: Benutzer
| BenutzerID | BenutzerName | BenutzerAdresse |
|-----------|--------------|-----------------|
| 101 | Max Müller | Berlin |
| 102 | Anna Schmidt | Hamburg |
| 103 | Tom Weber | München |
Tabelle: Buch
| ISBN | Buchtitel | Autor | Verlag |
|------------|-------------------|--------------|------------|
| 978-3-16-1 | Java Grundlagen | M. Schmidt | TechVerlag |
| 978-3-16-2 | Python Basics | A. Meyer | CodeVerlag |
| 978-3-16-3 | SQL für Anfänger | T. Klein | DataPress |
Tabelle: Ausleihe
| AusleihNr | BenutzerID | ISBN | Ausleihdatum | Rückgabedatum |
|-----------|-----------|------------|--------------|---------------|
| 1 | 101 | 978-3-16-1 | 2025-10-01 | 2025-10-15 |
| 2 | 101 | 978-3-16-2 | 2025-10-05 | 2025-10-19 |
| 3 | 102 | 978-3-16-1 | 2025-10-03 | 2025-10-17 |
| 4 | 103 | 978-3-16-3 | 2025-10-07 | 2025-10-21 |
ER-Diagramm
┌──────────────┐
│ BenutzerID │
└──────┬───────┘
│
┌──────┴───────────┐
│ BENUTZER │
│──────────────────│
│ BenutzerID │ ← PK
│ BenutzerName │
│ BenutzerAdresse │
└──────┬───────────┘
│
│ 1
│
┌────┴────┐
│ leiht │
│ aus │
└────┬────┘
│ N
│
┌──────┴───────────┐
│ AUSLEIHE │
│──────────────────│
│ AusleihNr │ ← PK
│ BenutzerID │ ← FK
│ ISBN │ ← FK
│ Ausleihdatum │
│ Rückgabedatum │
└──────┬───────────┘
│ N
│
┌────┴────┐
│betrifft │
└────┬────┘
│ 1
│
┌──────┴───────────┐
│ BUCH │
│──────────────────│
│ ISBN │ ← PK
│ Buchtitel │
│ Autor │
│ Verlag │
└──────────────────┘
SQL-Implementierung
-- Tabelle 1: Benutzer
CREATE TABLE Benutzer (
BenutzerID INT PRIMARY KEY,
BenutzerName VARCHAR(100) NOT NULL,
BenutzerAdresse VARCHAR(200)
);
-- Tabelle 2: Buch
CREATE TABLE Buch (
ISBN VARCHAR(20) PRIMARY KEY,
Buchtitel VARCHAR(200) NOT NULL,
Autor VARCHAR(100),
Verlag VARCHAR(100)
);
-- Tabelle 3: Ausleihe (mit Fremdschlüsseln)
CREATE TABLE Ausleihe (
AusleihNr INT PRIMARY KEY,
BenutzerID INT NOT NULL,
ISBN VARCHAR(20) NOT NULL,
Ausleihdatum DATE NOT NULL,
Rueckgabedatum DATE,
FOREIGN KEY (BenutzerID) REFERENCES Benutzer(BenutzerID),
FOREIGN KEY (ISBN) REFERENCES Buch(ISBN)
);
✅ Checkliste Normalisierung
Vor der Abgabe prüfen:
Häufige Fehler in der AP2-Prüfung
❌ 1NF nicht erkannt (Listen übersehen)
❌ Partielle Abhängigkeiten nicht aufgelöst (2NF)
❌ Transitive Abhängigkeiten übersehen (3NF)
❌ Zu viele Tabellen erstellt (über-normalisiert)
❌ Zu wenige Tabellen (unter-normalisiert)
❌ Fremdschlüssel vergessen
❌ Primärschlüssel nicht unterstrichen/markiert
❌ Anomalien nicht begründet
❌ Redundanzen nicht alle gefunden
🎨 Visuelle Merkhilfe: Normalformen auf einen Blick
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ WIE ERKENNE ICH WELCHE NORMALFORM? │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 1NF - "Die Atomare" │
│ ┌────────────────────────────────────┐ │
│ │ ❌ "Mathe, Physik, Chemie" in │ │
│ │ einer Zelle │ │
│ │ ✅ Jede Zelle = ein Wert │ │
│ └────────────────────────────────────┘ │
│ Frage: Gibt es Listen/mehrere Werte? │
│ │
│ ───────────────────────────────────── │
│ │
│ 2NF - "Die Ganze-Schlüssel" │
│ ┌────────────────────────────────────┐ │
│ │ ❌ StudentName hängt nur von │ │
│ │ StudentID ab, nicht von │ │
│ │ (StudentID, KursID) │ │
│ │ ✅ Alle Attribute vom ganzen │ │
│ │ Schlüssel abhängig │ │
│ └────────────────────────────────────┘ │
│ Frage: Partiell abhängige Attribute? │
│ │
│ ───────────────────────────────────── │
│ │
│ 3NF - "Die Direkte" │
│ ┌────────────────────────────────────┐ │
│ │ ❌ Dozent_Büro hängt von Dozent │ │
│ │ ab, nicht direkt von KursID │ │
│ │ ✅ Alle Attribute direkt vom │ │
│ │ Primärschlüssel abhängig │ │
│ └────────────────────────────────────┘ │
│ Frage: A → B → C Kette vorhanden? │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
📊 Vergleich: Vorher vs. Nachher
❌ Vor der Normalisierung (0NF)
Probleme:
- 🔴 Redundanzen: "Max Müller" und "Berlin" 2x gespeichert
- 🔴 Update-Anomalie: Adresse ändern = 2 Stellen
- 🔴 Einfüge-Anomalie: Buch ohne Ausleihe nicht speicherbar
- 🔴 Lösch-Anomalie: Ausleihe löschen = Buchdaten weg
- 🔴 Speicherverschwendung durch Duplikate
Datengröße: ~800 Bytes (mit Redundanzen)
✅ Nach der Normalisierung (3NF)
Vorteile:
- 🟢 Keine Redundanzen mehr
- 🟢 Keine Anomalien mehr
- 🟢 Datenintegrität gewährleistet
- 🟢 Wartbarkeit verbessert
- 🟢 Speicher effizienter genutzt
Datengröße: ~450 Bytes (ohne Redundanzen)
Einsparung: ~44% weniger Speicher! 💾
🎯 Prüfungstipps
So punktest du in der AP2-Prüfung
1. Systematisch vorgehen:
- Erst alle Redundanzen markieren
- Dann alle Anomalien beschreiben
- Schrittweise normalisieren (1NF → 2NF → 3NF)
2. Begründungen geben:
- IMMER begründen WARUM eine Normalform verletzt ist
- Beispiele für Anomalien nennen
- Vorteile der Normalisierung aufzählen
3. Visuell darstellen:
- Tabellen vor/nach Normalisierung zeigen
- ER-Diagramm zeichnen
- Abhängigkeiten aufzeichnen (A → B → C)
4. SQL nicht vergessen:
- CREATE TABLE Statements schreiben
- PRIMARY KEY markieren
- FOREIGN KEY definieren
5. Zeitmanagement:
- Nicht perfektionistisch sein
- Lieber alle Schritte kurz als einen perfekt
- Checkliste durchgehen
Verwandte Konzepte
- 1. Normalform - Erste Normalform (1NF) im Detail
- 2. Normalform - Zweite Normalform (2NF) im Detail
- 3. Normalform - Dritte Normalform (3NF) im Detail
- Anomalien - Datenbank-Anomalien erklärt
- Redundanzen - Datenredundanz vermeiden
- ERM - Entity-Relationship-Modell
- Primary Key - Primärschlüssel
- Foreign Key - Fremdschlüssel
- SQL - Datenbank-Abfragesprache