데이터베이스 정규화와 이상현상

본 게시글은 아래의 게시물을 필사하였습니다.

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데이터베이스 정규화 - IT위키

 

 

 

이상(Anomaly)현상

• 정규화를 거치지 않은 데이터베이스에서 발생할 수 있는 현상
• 데이터들이 불필요하게 중복되어 릴레이션 조작에 예기치 못한 문제가 발생
• 애트리뷰트들의 종속관계를 하나의 릴레이션에 표현하기 때문에 발생

 

 

이상 종류

:삽입할 때 잘못 삽입됨, 갱신할 때 잘못 갱신됨 등의 일반적인 내용이다. 아래 정규화과정에서 예시 참고

• 삽입 이상(Insertion Anomaly)
  • 데이터 삽입 시 의도와 다른 값들도 삽입됨
• 삭제 이상(Delete Anomaly)
  • 데이터 삭제 시 의도와 다른 값들도 연쇄 삭제됨
• 갱신 이상(Update Anomaly)
  • 속성값 갱신 시 일부 튜플만 갱신되어 모순 발생

 

 

정규화 목적

• 중복을 배제하여 삽입, 삭제, 갱신 이상의 발생을 방지
• 각 릴레이션에 중복된 종속성을 여러개의 릴레이션에 분할
• 어떠한 릴레이션이라도 데이터베이스 내에서 표현 가능하게 함
• 데이터 삽입 시 릴레이션을 재구성할 필요성 감소
• 효과적인 검색 알고리즘을 생성 가능

 

 

정규화 과정

1NF : First Normal Form

1NF를 만족하려면 도메인이 원자값이어야 한다.

• 1NF를 만족하지 않는 릴레이션
  • 수강자 속성이 원자값이 아니다.

수강과목	수강자
수학	홍길동
과학	임꺽정, 신사임당
사회	홍길동, 임꺽정

• 발생할 수 있는 이상(Anomaly)의 예
  • 갱신 이상 : 홍길동이 사회과목을 '역사'로 바꾸었다. 그럼 임꺽정이 듣고 있는 사회 과목도 바뀌어 버린다.
    • UPDATE 과목 SET 수강과목 = '역사' WHERE 수강과목 = '사회' AND 수강자 = '홍길동'
  • 삭제 이상 : 임꺽정이 '과목'과목을 수강취소했다. 그럼 신사임당의 수강 정보도 삭제 된다.
    • DELETE FROM 과목 WHERE 수강과목 = '과목' AND 수강자 = '임꺽정'
• 1NF를 만족시키는 릴레이션
  • 가장 간단한 것은 원자값으로 분해해 튜플로 구분하고 다른 키를 추가하는 것이다.
  • 실제로 복잡한 테이블은 이렇게 단순하게 분해해버리면 다른 중복문제들이 많이 생겨 테이블 구조를 따져봐야 한다.

수강과목	수강자	일렬번호
수학	홍길동	1
과학	임꺽정	2
과학	신사임당	3
사회	홍길동	4
사회	임꺽정	5

 

 

2NF : Second Normal Form

2NF를 만족하려면 부분적 함수 종속을 제거해야 한다. 즉 1NF에 속하면서 키본키가 아닌 모든 속성이 기본키에 완전 함수 종속되야한다.

• 즉 완전 함수 종속이 되도록 해야 한다.
• 2NF를 만족하지 않는 릴레이션
  • 학번 <-> 이름 + 소속 + 학과장은 종속 관계가 있다.(학 학과내의 이름은 중복되지 않는다고 가정)
  • 하지만 사실 학과장은 소속학과 하나만에도 종속(소속학과 <-> 학과장)되므로 이는 부분적인 종속관계가 포함되어 있다.
  • 즉 학과장은 꼭 이 릴레이션에 있어야 할 필요도 없고, 이 릴레이션에 있는 순간 '김교수'와 같이 계속 중복적재될것이다.
    
    • 컴퓨터과인 칼럼이 추가될 때하다 김교수는 중복된다는 의미이다.

학번	이름	소속학과	학과장
1901	홍길동	컴퓨터과	김교수
1845	임꺽정	전자과	박교수
1706	신사임당	기계과	천교수
1925	장영실	컴퓨터과	김교수

• 발생할 수 있는 이상(Anomaly)의 예
  • 삽입이상 : 컴퓨터과, 전기과, 기계과 학생을 추가하고자 할 경우 더 이상 불필요한 중복정보인 학과장 정보가 삽입되야 한다.
  • 갱신이상 : 컴퓨터학과의 학과장이 변경될 경우. 하나만 변경하면 모순이 발생하므로 다 찾아서 변경해야 한다.
  • 삭제이상 : 신사임당이 자퇴해서 삭제하고자 한다. 이 삭제로 인해 기계과 학과장의 정보가 사라져버린다.
• 2NF를 만족시키는 릴레이션
  • 아래와 같이 릴레이션을 구분하는 것이 바람직하다.

학번	이름	소속학과
1901	홍길동	컴퓨터과
1845	임꺽정	전자과
1706	신사임당	기계과
1925	장영실	컴퓨터과

학과	학과장
컴퓨터과	김교수
전자과	박교수
기계과	천교수

 

 

3NF : Thrid Normal Form

3NF를 만족하려면 이행적 함수 종속을 제거해야 한다.

• 이행적 함수 종속 : A → B 이고 B → C 일때 A → C 인 관계
• 3NF를 만족하지 않는 릴레이션
  • 소속학과는 특정 대학에 속한다. 즉 대학은 소속학과에 종속된다.
  • 홍길동 → 컴퓨터과이고 컴퓨터과 → 공대일 때, 홍길동 → 공대인 관계가 성립한다.

학번	이름	소속학과	대학
1901	홍길동	컴퓨터과	공대
1845	임꺽정	전자과	공대
1706	신사임당	경제	경상
1925	장영실	경영	경상

• 발생할 수 있는 이상(Anomaly)의 예
  • 삽입이상 : 컴퓨터과, 전자과 학생을 추가하고자 할 경우 더 이상 불필요한 중복정보인 대학 정보가 삽입되어야 한다.
  • 갱신이상 : 컴퓨터과의 소속 대학이 'IT대학'으로 변경되었다. 하나만 변경하면 모순이 발생하므로 다 찾아서 변경해야 한다.
  • 삭제이상 : 홍길동이 자퇴해서 삭제하고자 한다. 이 삭제로 인해 컴퓨터과의 대학 정보가 사라져 버린다.

학번	이름	소속학과
1901	홍길동	컴퓨터과
1845	임꺽정	전자과
1706	신사임당	경제
1925	장영실	경영

소속학과	대학
컴퓨터과	공대
전자과	공대
경제	경상
경영	경상

 

 

BCNF : Boyce and Codd Normal Form

BCNF를 만족하려면 결정자이면서 후보키가 아닌 것을 제거해야 한다.

• BCNF를 만족하지 않는 릴레이션

학번	과목	교수
100	데이터베이스	홍길동
100	자료구조	임꺽정
200	네트워크	장영실
300	인공지능	유관순

• 제약사항
  • 한 학생은 동일한 과목에 대해 한 교수에게만 수강가능
  • 각 교수는 하나의 과목만 담당
  • 한 과목은 여려 교수가 담당가능
• 분석
  • ( 학번 + 과목 )은 교수를 결정한다.
  • 교수는 과목을 결정한다.
  • 즉, 교수 또한 결정자인데 교수는 학번을 결정 지을 수 없으므로 후보키가 아니다.
• 발생할 수 있는 이상(Anomaly)의 예
  • 삽입이상 : 200 학생이 데이터베이스를 수강하고자 할 경우, 현재 불필요한 홍길동 교수 정보가 한번 더 삽입된다.
  • 갱신이상 : 홍길동의 담당 과목이 알고리즘으로 바뀌었다. 담당 과목을 변경할 경우, 학생의 수강과목이 변경되어 버린다.
  • 삭제이상 : 300 학생이 자퇴해서 삭제하고자 한다. 이 삭제로 인해 인공지능 과목을 유관순교수가 담당하고 있다는 정보가 사라진다.
• BCNF를 만족시키는 릴레이션

학번	과목코드
100	DB01
100	DS01
200	NW01
300	AI01

과목코드	과목	교수
DB01	데이터베이스	홍길동
DS01	자료구조	임꺽정
NW01	네트워크	장영실
AI01	인공지능	유관순

 

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본 게시글에서는 보이스코드 정규형까지만 나와 있기 때문에 추가로 4, 5정규형도 정리하겠습니다.

 

4NF : Fourth Normal Form

4NF를 만족하려면 다치 종속성을 제거해야한다.

• 다치(multi-valued) 종속성이란 두 개의 독립된 애트리뷰트가 1 : N 관계로 대응하는 관계이다.
• 개발자가 다수의 자격증을 소유할 수 있고, 다수의 노트북을 사용한다면 아래와 같은 릴레이션을 생각할 수 있다.

개발자	자격증	사용 노트북
데니스 리치	정보처리기사	HP
데니스 리치	리눅스마스터	LG Gram
스티브 워즈니악	정보처리기사	Lenovo

• 자격증과 사용 노트북은 독립된 애트리뷰트이므로 개발자에겐 다치 종속에 해당된다. 아래와 같이 정규화를 진행한다.

개발자	자격증
데니스 리치	정보처리기사
데니스 리치	리눅스 마스터
스티브 워즈니악	정보처리기사

개발자	사용 노트북
데니스 리치	HP
데니스 리치	LG Gram
스티브 워즈니악	Lenovo

 

 

5NF : Fifth Normal Form

5NF를 만족하려면 조인 종속성 제거해야 한다.

• 위 제 4정규형을 만족하는 릴레이션을 조인하면 아래와 같은 릴레이션이 나온다.

개발자	자격증	사용 노트북
데니스 리치	정보처리기사	HP
데니스 리치	리눅스 마스터	LG Gram
데니스 리치	정보처리기사	LG Gram
데니스 리치	리눅스마스터	HP
스티브 워즈니악	정보처리기사	Lenovo

• 개발자 <-> 자격증, 자격증 <-> 사용 노트북, 개발자  <-> 사용노트북 각각의 조인 종속을 제거해주면 아래와 같은 릴레이션이 된다.

개발자	자격증
데니스 리치	정보처리기사
데니스 리치	리눅스 마스터
스티브 워즈니악	정보처리기사

자격증	사용 노트북
정보처리기사	HP
리눅스 마스터	LG Gram
정보처리기사	Lenovo

개발자	사용 노트북
데니스 리치	HP
데니스 리치	LG Gram
스티브 워즈니악	Lenovo

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이상으로 정규화와 이상현상에 대해 알아보았습니다.

정규화를 단순하게 암기하기보다는 정규화의 목적을 먼저 살펴보고

각 정규형의 이상현상을 알아보면 왜 정규화를 진행하는지 이해하는데에 훨씬 수월할 것 같습니다.

감사합니다. : )