Datenbanktheorie

Datenbanktheorie ist ein Teilgebiet der Informatik, das sich mit den formal-theoretischen Grundlagen von Datenbanksystemen befasst. Sie untersucht Modelle zur Repräsentation von Daten, Operationen auf Daten und Integritätsrestriktionen sowie die Formalisierung von Abfragen. Ziel ist es, die Ausdruckskraft von Abfragesprachen, die Komplexität von Abfragen und Transaktionen sowie Korrektheit und Konsistenz in Datenhaltungssystemen zu analysieren.

Eine zentrale Leistung ist das relationale Modell, eingeführt von E. F. Codd in den 1970er Jahren, das Daten in Relationen kapselt und Abfragen über relationale Algebra und relationale Kalküle definiert. Neben dem relationalen Modell haben sich weitere Modelle entwickelt, darunter objektdatenbanken, graphbasierte Modelle und dokumentenorientierte Ansätze; semistrukturierte Daten gewinnen ebenfalls an Bedeutung.

Kernkonzepte umfassen Modelle, Integritätsbedingungen, Schlüssel, Abhängigkeiten (funktionale Abhängigkeiten), Normalformen (von 1NF bis BCNF und darüber hinaus) zur Redundanzvermeidung, sowie Transaktionsmodelle mit ACID-Eigenschaften. Die Planung von Schemas, Datendefinition, Datenunabhängigkeit und Schema-Design sind zentrale Themen.

Auf theoretischer Seite untersucht die Datenbanktheorie auch die Ausdruckskraft und Grenzen von Abfragensprachen, Komplexitätsklassen der Abfrageauswertung, Beweisführung von Korrektheit sowie Optimierungstechniken. Formale Methoden wie Kalküle, Kalkül, Graph- und Kategorie-Theorien dienen der formalen Spezifikation von Abfragen und Migrationen.

In der Praxis bilden relationale DBMS, SQL und Validierungs- und Optimierungstechniken die Grundlage moderner Informationssysteme. Die Forschung reicht von fortgeschrittenen Themen wie temporale Datenbanken, probabilistische Datenbanken, verteilte und grafbasierte Systeme bis zu Data-Governance und Big-Data-Kontexten.