정의
관계형 데이터베이스 설계에서 중복을 최소화하기 위해 데이터를 구조화하는 프로세스
목적
- 테이블 간 중복 데이터 허용하지 않음으로써 데이터 무결성 유지
- 논리적 데이터 모델링 단계에서 데이터의 중복과 종속으로 인한 이상 현상을 방지
- 크고 제대로 조직되지 않은 테이블들과 관계들을 작고 잘 조직된 테이블과 관계들로 나눔
이상 현상 Anomaly
불필요한 데이터 중복으로 인해 릴레이션에 대한 데이터 삽입, 수정, 삭제 연산을 수행할 때 발생할 수 있는 부작용
종류
- 삽입 이상: 새 데이터를 삽입하기 위해 불필요한 데이터도 함께 삽입해야 하는 문제
- 갱신 이상: 중복 튜플 중 일부만 변경하여 데이터가 불일치하게 되는 모순의 문제
- 삭제 이상: 튜플을 삭제하면 꼭 필요한 데이터까지 함께 삭제되는 데이터 손실의 문제
함수 종속 Functional Dependency (FD)
데이터베이스의 릴레이션 R에서 X와 Y를 R이 부분집합이라고 할 때, X의 값 각각에 대해 Y의 값이 오직 하나로 결정될 때 Y는 X에 종속된다.
- 일반적으로 기본키와 후보키는 릴레이션의 다른 모든 속성들을 함수적으로 결정한다. (결정자의 역할)
- 기본키나 후보키가 아니어도 다른 속성값을 유일하게 결정하는 속성은 종속 관계에서 결정자가 될 수 있다.
- 함수 종속은 제2 정규형부터 BCNF까지 적용된다.
- 정규화가 잘 된 테이블일수록 결정자 X는 PK로 한 개이고 종속자가 여러 개인 구조를 가진다.
1. 부분 함수 종속 Partial FD
- 기본키가 복합키일 경우 기본키를 구성하는 속성 중 일부에게 종속된 경우
| 학생 번호(pk) | 강좌 이름(pk) | 학생 이름 | 성적 |
|---|---|---|---|
| 1 | 데이터베이스 | 신예찬 | 4.0 |
| 2 | 데이터베이스 | 조원상 | 3.5 |
| 3 | 운영체제 | 신광일 | 3.0 |
| 1 | 운영체제 | 신예찬 | 4.5 |
{학생 번호} → 학생 이름
{학생 번호, 강좌 이름} → 성적
학생 이름은 {학생 번호, 강좌 이름}의 일부분인 {학생 번호}에 종속되어 있다.
⇒ 학생 이름은 {학생 번호, 강좌 이름}에 부분 함수 종속이다.
2. 완전 함수 종속 Full FD
- 종속자가 기본키에만 종속되며 기본키가 여러 속성으로 구성되어 있을 경우
- 릴레이션 R에서 속성 집합 Y가 속성 집합 X에 함수적으로 종속되어 있지만, 속성 집합 X의 일부분에는 종속되지 않음
| 학생 번호(pk) | 강좌 이름(pk) | 성적 |
|---|---|---|
| 1 | 데이터베이스 | 4.0 |
| 2 | 데이터베이스 | 3.5 |
| 3 | 운영체제 | 3.0 |
| 1 | 운영체제 | 4.5 |
{학생 번호, 강좌 이름} → 성적
3. 이행 함수 종속 Transitive FD
- X, Y, Z라는 3개의 속성이 있을 때, X→Y→Z의 종속 관계가 있고 X →Z가 성립
- X를 알면 Y를 알고 이를 통해 Z를 알 수 있는 경우
정규화 종류
정규형 Normal Form (NF)
- 릴레이션이 정규화된 정도
- 각 정규형마다 제약조건이 존재하고, 차수가 높아질수록 조건이 많아지고 엄격해진다.
제1 정규형 (1NF)
모든 속성은 반드시 하나의 원자값(atomic value)만 가져야 한다.
- 제1 정규형을 만족해야 RDB의 릴레이션이 될 자격이 있다.
- 정규화 전
학생 번호(pk) 강좌 이름(pk) 학생 이름 성적 학부 학부 전화번호 1 데이터베이스, 운영체제 신예찬 4.0, 4.5 컴퓨터공학부 123-4567 2 데이터베이스 조원상 3.5 전자공학부 098-7654 3 운영체제 신광일 3.0 철학과 567-1234 4 자료구조 최상엽 4.5 컴퓨터공학부 123-4567 - 정규화 후
학생 번호(pk) 강좌 이름(pk) 학생 이름 성적 학부 학부 전화번호 1 데이터베이스 신예찬 4.0 컴퓨터공학부 123-4567 2 데이터베이스 조원상 3.5 전자공학부 098-7654 3 운영체제 신광일 3.0 철학과 567-1234 1 운영체제 신예찬 4.5 컴퓨터공학부 123-4567 4 자료구조 최상엽 4.5 컴퓨터공학부 123-4567 - 제1 정규형을 만족하는 릴레이션
- 이상 현상
- 학생 이름이 {학생 번호, 강좌 이름}이 아닌 학생 번호에만 종속되는 부분 함수 종속이 발생한다.
- 학생 이름이 {학생 번호, 강좌 이름}이 아닌 학생 번호에만 종속되는 부분 함수 종속이 발생한다.
제2 정규형 (2NF)
부분적 함수종속 제거, 모든 속성은 반드시 모든 기본키에 종속되어야 한다.
-
정규화 전
학생 번호(pk) 강좌 이름(pk) 학생 이름 성적 학부 학부 전화번호 1 데이터베이스 신예찬 4.0 컴퓨터공학부 123-4567 2 데이터베이스 조원상 3.5 전자공학부 098-7654 3 운영체제 신광일 3.0 철학과 567-1234 1 운영체제 신예찬 4.5 컴퓨터공학부 123-4567 4 자료구조 최상엽 4.5 컴퓨터공학부 123-4567 -
정규화 후
학생 번호(pk) 강좌 이름(pk) 성적 1 데이터베이스 4.0 2 데이터베이스 3.5 3 운영체제 3.0 1 운영체제 4.5 4 자료구조 4.5 학생 번호(pk) 학생 이름 학부 학부 전화번호 1 신예찬 컴퓨터공학부 123-4567 2 조원상 전자공학부 098-7654 3 신광일 철학과 567-1234 4 최상엽 컴퓨터공학부 123-4567 - 제2 정규형을 만족하는 릴레이션
- 이상 현상
- 모든 속성이 기본키에 완전 함수 종속되도록 분해
- 이행함수 종속이 발생한다.
- 학생번호 → 학부 → 학부 전화번호
- ex> 갱신 이상
학생 번호(pk) 학생 이름 학부 학부 전화번호 1 신예찬 컴퓨터공학부 123-4567 2 조원상 전자공학부 098-7654 3 신광일 철학과 567-1234 4 최상엽 컴퓨터공학부 124-5678
- 모든 속성이 기본키에 완전 함수 종속되도록 분해
제3 정규형 (3NF)
이행적 함수종속 제거, 기본키가 아닌 모든 속성 간에는 서로 종속될 수 없다.
- 정규화 전
학생 번호(pk) 학생 이름 학부 학부 전화번호 1 신예찬 컴퓨터공학부 123-4567 2 조원상 전자공학부 098-7654 3 신광일 철학과 567-1234 4 최상엽 컴퓨터공학부 123-4567 - 정규화 후
학생 번호(pk) 학생 이름 학부 1 신예찬 컴퓨터공학부 2 조원상 전자공학부 3 신광일 철학과 4 최상엽 컴퓨터공학부 학부(pk) 학부 전화번호 컴퓨터공학부 123-4567 전자공학부 098-7654 철학과 567-1234 - 제3 정규형을 만족하는 릴레이션
- 이상현상
- 이행적 함수 종속 해결
- 이행적 함수 종속 해결
Boyce-Codd Normal Form (BCNF)
기본키가 아닌 속성이 기본키의 속성을 결정지을 수 없다.
- 한 릴레이션에 여러 개의 후보키가 존재하는 경우 제3 정규형까지 만족해도 이상 현상이 발생할 수 있다.
- strong 3NF(강한 제3정규형), 제3정규형보다 더 엄격한 제약조건
- BCNF에 속한 릴레이션은 제3 정규형에 속하지만, 제3 정규형에 속하는 모든 릴레이션이 BCNF에 속하는 것은 아니다.
- 정규화 전
-
후보키: {학생 번호, 강좌 이름}, {학생 번호, 교수}
-
제3 정규형을 만족하지만 BCNF를 만족하지 않는 릴레이션
학생 번호(pk) 강좌 이름(pk) 교수 1 데이터베이스 이승협 2 데이터베이스 이승협 3 운영체제 유회승 1 운영체제 유회승 4 자료구조 김지호 -
함수 종속 관계에서 모든 결정자가 후보키가 아니다.
- {교수}가 후보키가 아니지만 강좌 이름 속성을 결정한다.
- {교수}가 후보키가 아니지만 강좌 이름 속성을 결정한다.
-
- 정규화 후
학생 번호(pk) 강좌 이름(pk) 1 데이터베이스 2 데이터베이스 3 운영체제 1 운영체제 4 자료구조 교수(pk) 강좌 이름 이승협 데이터베이스 유회승 운영체제 김지호 자료구조 - 후보키가 아닌 결정자를 제거/릴레이션 분해
- 후보키가 아닌 결정자를 제거/릴레이션 분해
제4 정규형, 제5 정규형
- 제4 정규형: BCNF를 만족하면서 함수 종속이 아닌 다치 종속(Multi Valued Dependency)을 제거
- 제5 정규형: 제4 정규형을 만족하면서 후보키를 통하지 않는 조인 종속(Join Dependency)을 제거
정리
