Databasenormalisatie: een complete gids en stapsgewijze voorbeelden

Informatic Digital » databases » Databasenormalisatie: een complete gids en stapsgewijze voorbeelden

Efficiënt databeheer is een fundamentele pijler van elke digitale organisatie. Als je ooit te maken hebt gehad met tabellen vol dubbele, inconsistente of moeilijk te relateren data, heb je je waarschijnlijk afgevraagd hoe je deze chaos kunt voorkomen. Dit is waar de sleutel ligt. Databasenormalisatie is een techniek die, hoewel het misschien academisch klinkt, een directe en praktische impact heeft op de dagelijkse bedrijfsvoering.

Het standaardiseren van een database is niet alleen een kwestie van het volgen van een trend of een technische richtlijn: het gaat om het ontwerpen van databases die eenvoudig te onderhouden zijn, bestand zijn tegen wijzigingen en kunnen groeien zonder dat het een nachtmerrie wordt. In dit artikel gaan we dieper in op alles wat u moet weten over standaardisatie: waaruit het bestaat, wat de doelstellingen zijn, welke stappen er nodig zijn en er staan ​​praktische voorbeelden in. Zo begrijpt u na het lezen hoe u het kunt toepassen op uw eigen projecten.

Wat is databasenormalisatie?

Databasenormalisatie is een gestructureerd proces waarbij informatie in verschillende tabellen en relaties opnieuw wordt georganiseerd. om redundanties te elimineren, inconsistenties te vermijden en de integriteit van opgeslagen gegevens te waarborgen. Deze techniek is gebaseerd op een reeks regels toepassen die bekend staan ​​als 'normaalvormen' die stap voor stap een grote, rommelige tafel transformeren in een aantal kleine, gespecialiseerde tafels die perfect met elkaar verbonden zijn.

Hoewel er veel wordt gesproken over relationele databases – waar dit concept vandaan komt – is de waarheid dat De principes van standaardisatie kunnen in veel contexten worden toegepast waarbij gegevensbeheer en consistentie belangrijk zijn.

Het fundamentele doel van normalisatie is ervoor te zorgen dat alle gegevens slechts één keer op de juiste plaats worden opgeslagen, maar wel overal beschikbaar zijn waar ze nodig zijn. Hiermee voorkomt u conflicterende versies, bespaart u ruimte en maakt u het bijwerken en opvragen eenvoudiger.

Wat is het doel van databasenormalisatie?

Het normaliseren van een database is niet alleen een goed idee: het is een noodzaak om ervoor te zorgen dat de gegevens voldoen aan de belangrijkste kenmerken voor elke digitale onderneming. De belangrijkste voordelen en bruikbaarheid van het proces worden hieronder beschreven:

• Eliminatie van ontslagen: Dubbele gegevens nemen ruimte in beslag en, erger nog, veroorzaken verwarring en fouten wanneer ze niet synchroon lopen. Normalisatie elimineert deze duplicaten.
• Verbeterde gegevensintegriteit: Doordat alle gegevens op één plek zijn opgeslagen, wordt het risico op tegenstrijdigheden en verlies van relevante informatie verkleind.
• Vergemakkelijkt het onderhoud: Goed genormaliseerde databases zijn veel gemakkelijker aan te passen en uit te breiden. Het toevoegen van nieuwe gegevens of het wijzigen van relaties gaat sneller en is minder foutgevoelig.
• Opslag optimalisatie: Door onnodige gegevens te beperken, kunt u hardwarebronnen efficiënter gebruiken. Dit is essentieel in grote systemen of bij het beheer van miljoenen records.
• Verbeter de queryprestaties: Hoewel er nuances zijn, zijn query's naar genormaliseerde databases over het algemeen sneller en nauwkeuriger, omdat het ontwerp is geoptimaliseerd om de exacte gezochte informatie te vinden.
• Update-anomalieën voorkomen: Wanneer gegevens niet goed georganiseerd zijn, kan het gebeuren dat een update in de ene tabel niet wordt weergegeven in een andere tabel, wat leidt tot mismatches. Normalisatie voorkomt dit soort situaties.

Belangrijkste principes en concepten vóór standaardisatie

Voordat u met normalisatie aan de slag gaat, is het belangrijk dat u enkele basisconcepten van relationele databases begrijpt. Deze concepten komen voortdurend terug tijdens het proces:

• Databank: Een reeks onderling verbonden tabellen waarin informatie is opgeslagen.
• Tafel: Structuur die bestaat uit rijen (ook wel tupels of records genoemd) en kolommen (kenmerken of velden).
• Primaire sleutel: Een kenmerk of combinatie van kenmerken waarmee elk record in een tabel eenduidig ​​wordt geïdentificeerd.
• Vreemde sleutel: Veld(en) in een tabel die verwijzen naar de primaire sleutelwaarde in een andere tabel, zodat er relaties kunnen worden gelegd.
• Samengestelde sleutel: Primaire sleutel gevormd door twee of meer kolommen.
• Functionele afhankelijkheid: Relatie tussen velden waarbij de waarde van één veld volledig afhankelijk is van de waarde van een ander veld of een andere set velden.
• Atoomvelden: Die welke slechts één ondeelbare waarde per cel bevatten.

Wat zijn de doelstellingen van standaardisatie?

Het normalisatieproces is ontworpen om een ​​aantal terugkerende uitdagingen in de meeste databases aan te pakken:

• Elimineer dubbele gegevens en redundantiefouten.
• Voorkom dat er afwijkingen optreden bij het invoegen, bijwerken of verwijderen.
• Verbeter de kwaliteit en toegankelijkheid van gegevens.
• Optimaliseer het gebruik van opslagruimte.
• Maak verbinding met andere systemen of applicaties.
• Verbeter de beveiliging door precies te weten waar welke gegevens zijn opgeslagen.

Fasen van normalisatie: normaalvormen

Normalisatie verloopt via opeenvolgende stadia, die normaalvormen worden genoemd. Elke vorm bouwt voort op de vorige en voegt extra eisen toe. Hoewel er tot wel zes standaardvormen zijn, stopt het proces in de praktijk meestal bij het derde of vierde niveau, omdat het bestrijken van meer niveaus de structuur vaak compliceert zonder duidelijke voordelen voor de meeste toepassingen.

Eerste normaalvorm (1NF)

Het hoofddoel van 1NF is om gegevens atomair te maken. Dat wil zeggen dat elke cel in de tabel slechts één ondeelbare waarde bevat en dat er geen herhaalde groepen zijn. Om dit te bereiken, moeten enkele belangrijke principes worden gevolgd:

• Herhalende groepen verwijderen (kolommen zoals Telefoon1, Telefoon2…)
• Maak een structuur waarin elke kolom één gegevenstype en één waarde per record heeft.
• Vermijd dubbele rijen en zorg dat er een identificeerbare primaire sleutel bestaat.
• Het aantal kolommen mag niet variëren.

voorbeeld: Als u een klantentabel hebt waarin een veld een door komma's gescheiden lijst met telefoonnummers bevat, staat de tabel niet in 1NF. Om deze aan te passen, moet u een nieuwe rij voor elk telefoonnummer of een aparte tabel voor telefoonnummers maken.

Voordelen van 1NF: Het vergemakkelijkt de toegang tot gegevens en de verwerking ervan, standaardiseert tabellen en effent de weg voor volgende fasen.

Tweede normaalvorm (2NF)

In 2NF worden gedeeltelijke afhankelijkheden gevonden en geëlimineerd. Dit houdt in dat alle niet-sleutelkenmerken functioneel afhankelijk moeten zijn van de gehele primaire sleutel, en niet slechts van een deel ervan (in het geval van een samengestelde sleutel).

• De tabel stond eerder in 1NF.
• Mogelijke afhankelijkheden van slechts een deel van de primaire sleutel detecteren (wanneer er meerdere kolommen zijn).
• Maak aparte tabellen voor gegevens die alleen van een deel van de samengestelde sleutel afhankelijk zijn.

voorbeeld: Als u een factuurtabel hebt waarvan de primaire sleutels 'factuurnummer' en 'factuurregel' zijn, maar de klantnaam alleen afhankelijk is van het factuurnummer en niet van de regel, moet u de klantgegevens scheiden in een andere, gerelateerde tabel.

Derde normaalvorm (3NF)

3NF elimineert transitieve functionele afhankelijkheden. Dat wil zeggen dat een niet-sleutelkenmerk niet afhankelijk mag zijn van een niet-sleutelkenmerk; het mag alleen afhankelijk zijn van de primaire sleutel.

• Zet de tabel in 2NF.
• Zoek naar afhankelijkheden waarbij één veld afhankelijk is van een ander veld dat geen sleutel is.
• Splits deze gegevens op in nieuwe tabellen die via externe sleutels aan elkaar zijn gekoppeld.

voorbeeld: Als u een tabel met medewerkers hebt waarin de afdelingsnaam en de naam van de manager zijn opgeslagen, en de naam van de manager is afhankelijk van de afdeling en niet van de medewerker, dan moet u een tabel voor afdelingen maken die beide gegevens koppelt en ernaar verwijst vanuit de tabel met medewerkers.

Andere normaalvormen: BCNF, 4NF en 5NF

BCNF (Boyce-Codd Normaalvorm): Het is een uitbreiding van 3NF die complexe afhankelijkheidsgevallen oplost, vooral wanneer er meerdere kandidaatsleutels zijn.

4NF (Vierde Normaalvorm): Alle niet-triviale meerwaardige afhankelijkheden verdwijnen hier. Dit gebeurt wanneer een kenmerk onafhankelijk van meerdere kenmerken afhankelijk is.

5NF (vijfde normaalvorm): Het richt zich op het splitsen van tabellen die in kleinere delen kunnen worden opgedeeld zonder informatieverlies. Het is een zeer geavanceerde methode die zelden wordt gebruikt buiten extreem complexe applicaties.

Hoe een database te normaliseren: praktische stapsgewijze voorbeelden

Om het makkelijker te begrijpen, bekijken we het normalisatieproces door de eerste drie normaalvormen toe te passen op een eenvoudig voorbeeld, vergelijkbaar met situaties die u in het echte leven tegen kunt komen:

Stap 1: Niet-genormaliseerde tabel

Stel je een tabel ‘Facturen’ voor, zoals hieronder:

Factuurnummer	Datum	Klant	Adres	Artikel1	Artikel2	Artikel3
101	2024-02-15	Juan Perez	Calle Sol 7	toetsenbord	muis
102	2024-02-16	Lucía Gómez	Av. Luna 3	Scherm

problemen: Artikelen worden over meerdere kolommen verspreid en klantgegevens worden herhaald als er meerdere facturen zijn.

Stap 2: Breng 1NF aan

Herhaling wordt geëlimineerd en atomariteit wordt gegarandeerd:

Factuurnummer	Datum	Klant	Adres	Artikel
101	2024-02-15	Juan Perez	Calle Sol 7	toetsenbord
101	2024-02-15	Juan Perez	Calle Sol 7	muis
102	2024-02-16	Lucía Gómez	Av. Luna 3	Scherm

Stap 3: Breng 2NF aan

Klantgegevens zijn alleen afhankelijk van het factuurnummer. Daarom wordt hiervoor een specifieke tabel aangemaakt:

Factuurtabel:

Factuurnummer	Datum	Klant	Adres
101	2024-02-15	Juan Perez	Calle Sol 7
102	2024-02-16	Lucía Gómez

Tabel met factuurposten:

Factuurnummer	Artikel
101	toetsenbord
101	muis
102	Scherm

Stap 4: Breng 3NF aan

Er wordt een tabel gemaakt voor de bijgewerkte klanten en relaties:

Klanten tabel:

Klant	Adres
Juan Perez	Calle Sol 7
Lucía Gómez	Av. Luna 3

Facturentabel (met bijgewerkte gegevens):

Factuurnummer	Datum	Klant
101	2024-02-15	Juan Perez
102	2024-02-16	Lucía Gómez

Praktische overwegingen en uitzonderingen bij standaardisatie

In de praktijk is het toepassen van boeknormalisatie niet altijd de meest efficiënte manier. Er zijn situaties waarin het pragmatischer is om bepaalde redundanties te handhaven omwille van de prestaties. Dit geldt met name voor extreem grote systemen of wanneer bepaalde query's zo vaak voorkomen dat het raadzaam is om bepaalde gegevens te dupliceren (gecontroleerde denormalisatie).

Bovendien heeft Sommige NoSQL-databases of systemen die sterk op lezen gericht zijn, geven mogelijk de voorkeur aan minder gestandaardiseerde ontwerpen. om de snelheid te maximaliseren. Hoewel standaardformulieren de basis vormen voor een goed ontwerp, is het daarom belangrijk om elk geval te analyseren en de oplossing aan te passen aan de werkelijke behoeften van het bedrijf.

Wanneer is het geschikt om een ​​database te normaliseren?

In de meeste gevallen is normalisatie de aanbevolen route, maar het is de moeite waard om de specifieke situatie te analyseren voordat u de stap zet.

• Ideaal voor: Databases voor bedrijfsbeheer, systemen waarbij integriteit essentieel is, applicaties die in de loop van de tijd aanzienlijk veranderen of die moeten kunnen opschalen zonder de controle over de gegevens te verliezen.
• Vermijdbaar of genuanceerd in: Alleen-lezen analysesystemen, tijdelijke databases, experimentele projecten of wanneer middelen en tijd uiterst beperkt zijn.

Normalisatie zorgt ervoor dat gegevens op de lange termijn georganiseerd, consistent en eenvoudig te beheren blijven. In sommige specifieke gevallen kan een minder genormaliseerd ontwerp echter de voorkeur genieten om de prestaties te verbeteren.

Voordelen en mogelijke nadelen van standaardisatie

Standaardisatie heeft veel voordelen, maar er zijn ook enkele mogelijke nadelen., vooral in bepaalde gevallen:

• Ruimtebesparend en betrouwbaardere gegevens.
• Gemakkelijk updaten en onderhouden.
• Logische en hiërarchische organisatie van gegevens.
• Soms kunnen consulten heel ingewikkeld worden. omdat er meer joins tussen tabellen gemaakt moeten worden.
• Als er veel tabellen tegelijk moeten worden gekruist, kan dit de prestaties beïnvloeden.
• In alleen-lezendatabases of zeer gespecialiseerde databases is het mogelijk niet nodig om normalisatie tot het uiterste door te voeren.

Veelvoorkomende fouten en aanbevolen procedures bij het normaliseren van een database

Tot de meest voorkomende fouten bij normalisatie behoren het niet correct identificeren van afhankelijkheden, het maken van onnodige samengestelde sleutels of het laten staan ​​van meerwaardige velden "voor het gemak". Om deze problemen te voorkomen, is het raadzaam om:

1. Besteed voldoende tijd aan het analyseren van de vereisten en relaties tussen gegevens.
2. Zorg dat primaire en externe sleutels goed gedefinieerd zijn.
3. Sla geen stappen over in het normalisatieproces.
4. Beoordeel het uiteindelijke model met andere gebruikers of ontwikkelaars.
5. Documenteer relaties, beperkingen en ontwerprechtvaardigingen duidelijk.

Door voorzorgsmaatregelen te nemen en deze richtlijnen te volgen, zal normalisatie niet langer een vaag concept zijn uit computerwetenschapsboeken, maar een praktisch hulpmiddel dat uw databaseprojecten daadwerkelijk verbetert.

Na een gedetailleerde beschouwing van wat het is, waarvoor het wordt gebruikt, hoe het wordt uitgevoerd en de meest voorkomende fouten in het standaardisatieproces, is het duidelijk dat Investeren in goed gestandaardiseerde databases is de beste manier om toekomstige problemen te voorkomen, de efficiëntie te verbeteren en een solide informatiebeheer te garanderen in elk bedrijf of elke organisatie die met gegevens op een bepaald niveau werkt.