Möchte man eine bestehende Datenbank optimieren, so lohnt es sich, sie durch die sogenannten Normalformen umzuformen.

Jede der drei Normalformen beschreibt jeweils eine Anforderung an die Datenbank.

Erste Normalform (1NF)

Eine Tabelle befindet sich in der ersten Normalform, wenn alle Attribute einen atomaren Wertebereich haben. 1

Ein Wertebereich ist atomar, wenn man einen Wert nicht mehr in kleinere herunterbrechen kann.

Ein Beispiel für einen nicht-atomaren Wertebereich:

SchülerId Kurse Schwerpunkte Trakte
1  Deutsch, Englisch sprachlich, sprachlich S, S
2 Englisch, Kunst sprachlich, künstlerisch S, K

Mit atomarem Wertebereich:

 SchülerId  Kurs Schwerpunkt Trakt
1  Deutsch sprachlich S
1  Englisch sprachlich S
2  Englisch sprachlich S
2  Kunst künstlerisch K

In der umgeformten Tabelle kann man besser suchen, da jeder Wert einzeln gelistet ist.

Zweite Normalform (2NF)

Ein Datenbankschema ist in der zweiten Normalform, wenn es in der 1NF ist und zusätzlich jedes Nichtschlüsselattribut vom Primärschlüssel voll funktional abhängig ist und nicht bereits von einem Teil der Schlüsselattribute. 1

Ein Attribut B ist vom Attribut A voll funktional abhängig, wenn B allein durch A bestimmt wird.

Im obigen Beispiel ist das Attribut Schwerpunkt voll funktional abhängig vom Attribut Kurs: Der Schwerpunkt eines Kurses hängt nur vom Kurs ab.
Möchte man diese funktionale Abhängigkeit vermeiden, so lagert man sie in eine zweite Tabelle aus.

 SchülerId  ↑Kurs
1  Deutsch
1  Englisch
2  Englisch
2  Kunst
 Kurs  Schwerpunkt Trakt
 Deutsch sprachlich S
 Englisch sprachlich S
 Kunst künstlerisch K

Dritte Normalform (3NF)

Ein Datenbankschema ist in der dritten Normalform, wenn es in der 2NF ist und es zusätzlich kein Nichtschlüsselattribut gibt, das transitiv abhängig von einem Schlüsselattribut ist. Es darf also keine funktionalen Abhängigkeiten zwischen Nichtschlüsselabhängigkeiten geben. 1

Ein Attribut C ist vom Attribut A transitiv abhängig, wenn es voll funktional abhängig von einem Attribut B ist und B voll funktional abhängig ist von A und A nicht funktional abhängig von B ist.

Im obigen Beispiel ist das Attribut Trakt transitiv abhängig vom Schlüsselattribut Kurs: Der Trakt ist allein vom Schwerpunkt abhängig, und der Schwerpunkt allein vom Kurs.

Um die Tabelle ohne transitive Abhängigkeiten zu speichern, müssen die Informationen über die Schwerpunkte in eine neue Tabelle extrahiert werden:

 Kurs  ↑Schwerpunkt
 Deutsch sprachlich
 Englisch sprachlich
 Kunst künstlerisch
Schwerpunkt Trakt
sprachlich S
künstlerisch K

TL;DR

Die drei Normalformen beschreiben Anforderungen, die eine gut strukturierte Datenbank erfüllen sollte.

Die 1NF verbessert die Durchsuchbarkeit der Daten, indem sie alle Werte auf den kleinst-sinnvollen Bereich verkleinert.
2NF sowie 3NF eliminieren Redundanzen, indem sie die Abhängigkeit der Werte vom Schlüsselattribut untersuchen.