[DB] 정규화(Normalization)

1. 정규화의 개요

- 정규화란 함수적 종속성 등의 종속성 이론을 이용하여 잘못 설계된 관계형 스키마를 더 작은 속서의 세트로 쪼개어 바람직한 스키마로 만들어가는 과정이다.

- 하나의 종속성이 하나의 릴레이션에 표현될 수 있도록 분해해가는 과정이라 할 수 있다.

- 정규형에는 제1정규형, 제2정규형, 제3정규형, BCNF형, 제4정규형, 제5정규형이 있으며, 차수가 높아질수록 만족시켜야 할 제약 조건이 늘어난다.

- 정규화는 데이터베이스의 논리적 설계 단계에서 수행한다.

- 정규화는 논리적 처리 및 품질에 큰 영향을 미친다.

2. 정규화의 목적

- 데이터 구조의 안정성을 최대화한다.

- 어떤 릴레이션이라도 데이터베이스 내에서 표현 가능하게 만든다.

- 효과적인 검색 알고리즘을 생성할 수 있다.

- 중복을 배제하여 삽입, 삭제, 갱신 이상의 발생을 방지한다.

- 데이터 삽입 시 릴레이션을 재구성할 필요성을 줄인다.

3. Anomaly(이상)의 개념 및 종류

- 정규화(Normalization)를 거치지 않으면 데이터베이스 내에 데이터들이 불필요하게 중복되어 릴레이션 조작 시 예기치 못한 곤란한 현상이 발생하는데, 이를 이상(Anomaly)이라 하며 다음과 같이 삽입 이상, 삭제 이상, 갱신 이상이 있다.

- 삽입 이상(Insertion Anomaly) : 릴레이션에 데이터를 삽입할 때 의도와는 상관없이 원하지 않은 값들도 함께 삽입되는 현상

- 삭제 이상(Deletion Anomaly) : 릴레이션에서 한 튜플을 삭제할 때 의도와는 상관없는 값들도 함께 삭제되는 연쇄 삭제 이상이 일어나는 현상

- 갱신 이상(Update Anomaly) : 릴레이션에서 튜플에 있는 속성값들을 갱신할 때 일부 튜플의 정보만 갱신되어 정보에 모순이 생기는 현상

4. 정규화의 원칙

- 정보의 무손실 표현, 즉 하나의 스키마를 다른 스키마로 변환할 때 정보의 손실이 있어서는 안된다.

- 분리의 원칙, 즉 하나의 독립된 관계성은 하나의 독립된 릴레이션으로 분리시켜 표현해야 한다.

- 데이터의 중복성이 감소되어야 한다.

5. 정규화 과정

1) 1NF(제1정규형)

- 1NF는 릴레이션에 속한 모든 도메인이 원자값만으로 되어 있는 릴레이션이다.

- 릴레이션의 모든 속성이 단순 영역에서 정의된다.

2) 2NF(제2정규형)

- 2NF는 릴레이션 R이 1NF이고, 키가 아닌 모든 속성이 기본키에 대하여 완전 함수적 종속 관계를 만족한다.

- 함수적 종속 관계 예시 : '학번'에는 항상 같은 이름이 대응된다. '학번'에 따라 '이름'이 결정될 때 '이름'을 '학번'에 함수 종속적이라고 하며 '학번 -> '이름'과 같이 쓴다.

- 완전 함수적 종속 관계 예시 : '성적'은 (학번, 과목명)에는 함수 종속적이지만, (학번)이나 (과목명)에는 함수 종속이 아니다.

3) 3NF(제3정규형)

- 릴레이션 R이 2NF이고, 키가 아닌 모든 애트리뷰트가 기본키에 대해 이행적 종속 관계를 이루지 않도록 제한한 관계형이다.

- 무손실 조인 또는 종속성 보존을 저해하지 않고도 항상 3NF 설계를 얻을 수 있다.

4) BCNF(Boyce-Codd 정규형)

- 릴레이션 R에서 결정자가 모두 후보키인 관계형이다.

- 3NF에서 후보키가 많고 서로 중첩되는 경우에 적용하는, 강한 제3정규형이라고도 한다.

- 모든 BCNF가 종속성을 보존하는 것은 아니다.

- BCNF의 제약 조건

- 키가 아닌 모든 속성은 각 키에 대하여 완전 종속해야 한다.

- 키가 아닌 모든 속성은 그 자신이 부분적으로 들어가 있지 않은 모든 키에 대하여 완전 종속해야 한다.

- 어떤 속성도 키가 아닌 속성에 대해서는 완전 종속할 수 없다.

5) 4NF(제4정규형)

- 릴레이션 R에 A->->B가 성립하는 경우 R의 모든 속성이 A에 함수적 종속이면 이 릴레이션 R은 제4정규형에 속한다.

- 다치 종속 : A, B, C 세 개의 속성을 가진 릴레이션 R에서 어떤 복합 속성(A, C)에 대응하는 B 값의 집합이 A 값에만 종속되고 C 값에는 무관할 때 다치 종속이 존재한다.(A->->B)

6) 5NF(제5정규형)

- 릴레이션 R의 모든 조인 종속성(JD)의 만족이 R의 후보키를 통해서만 만족될 때 그 릴레이션 R은 제5정규형 또는 PJ/NF에 속한다.

- 조인 종속(JD) : 어떤 릴레이션 R이 자신의 Projection에 대한 조인의 결과가 자신과 같을 때 조인종속은 R의 속성 집합의 부분집합이다.

7) 정규화 과정 정리

- 비정규 릴레이션

- (도메인이 원자값)

- 1NF

- (부분적 함수 종속 제거)

- 2NF

- (이행적 함수 종속 제거)

- 3NF

- (결정자이면서 후보키가 아닌 것 제거)

- BCNF

- (다치 종속)

- 4NF

- (조인 종속성 이용)

- 5NF