정규화 Normalization

Intro::

테이블 정규화에 대해 알아보자.

정규화란?

💡

데이터베이스 설계에서 정규화(Normalization)는 데이터의 중복을 최소화하고, 데이터 구조를 체계화하여 효율적으로 데이터를 관리할 수 있도록 돕는 과정입니다. 정규화의 주된 목표는 데이터베이스의 무결성과 일관성을 유지하면서 삽입, 삭제, 갱신 이상(insertion, deletion, update anomalies)을 방지하는 것입니다.

제1정규형(1NF)

테이블의 모든 컬럼은 원자값을 가져야 하며, 각 컬럼의 값들은 그 컬럼의 도메인에 속하는 단일 값이어야 합니다. 즉, 각 컬럼에는 반복되는 그룹이나 배열을 포함할 수 없습니다.

문제 상황: 한 테이블에 여러 항목이 한 컬럼에 배열 또는 리스트로 저장되어 있음.

테이블 (비정규형):


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사용자ID | 이름      | 주문번호
--------|---------|----------------
1       | 홍길동    | 101, 102
2       | 이순신    | 103

정규형 적용 후 (1NF):


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사용자ID | 이름      | 주문번호
--------|---------|-------
1       | 홍길동    | 101
1       | 홍길동    | 102
2       | 이순신    | 103

각 행과 컬럼이 하나의 데이터만 가지고 있으므로 제1정규형을 만족합니다.

제2정규형(2NF)

제1정규형을 만족하며, 모든 비주요 속성이 기본키에 완전히 함수적으로 종속되어야 합니다. 즉, 부분적 종속이 제거되어야 합니다. 부분적 종속이란 복합 키의 일부에만 종속된 속성을 의미합니다.

문제 상황: 복합 키를 사용할 때, 일부 속성이 키의 일부분에만 의존함.

테이블 (1NF, but not 2NF):


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학생ID | 과목    | 교수       | 점수
------|-------|----------|-----
1     | 수학    | 김교수     | 95
1     | 영어    | 이교수     | 89
2     | 수학    | 김교수     | 88
2     | 영어    | 이교수     | 92

정규형 적용 후 (2NF):

학생과 과목 간의 점수 관리


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학생ID | 과목    | 점수
------|-------|-----
1     | 수학    | 95
1     | 영어    | 89
2     | 수학    | 88
2     | 영어    | 92

과목과 교수 간의 관리


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과목    | 교수
-------|-------
수학    | 김교수
영어    | 이교수

교수는 과목에 종속되므로 별도로 분리하여 제2정규형을 만족합니다.

제3정규형(3NF)

제2정규형을 만족하며, 모든 비주요 속성이 기본키에 이행적으로 종속되지 않아야 합니다. 이행적 종속이란 한 속성이 다른 속성에 간접적으로 종속되는 것을 의미합니다.

문제 상황: 비주요 속성이 다른 비주요 속성에 종속되어 있음.

테이블 (2NF, but not 3NF):


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고객ID | 주문번호 | 고객 주소       | 도시
------|-------|--------------|-----
1     | 101   | 서울시 강남구    | 서울
2     | 102   | 부산시 해운대구  | 부산

정규형 적용 후 (3NF):

고객 정보


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고객ID | 고객 주소       | 도시
------|--------------|-----
1     | 서울시 강남구    | 서울
2     | 부산시 해운대구  | 부산

주문 정보


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고객ID | 주문번호
------|-------
1     | 101
2     | 102

도시는 고객 주소에 종속되므로 고객 정보에서 관리하고, 주문 정보는 고객ID에 따라 관리하여 제3정규형을 만족합니다.

보이스-코드 정규형(BCNF)

제3정규형을 만족하며, 모든 결정자가 후보키 집합에 속해야 합니다. BCNF는 3NF보다 더 엄격한 조건을 요구하며, 모든 종속이 후보 키에 대한 종속만을 허용합니다.

문제 상황: 제3정규형을 만족하지만, 후보 키가 아닌 결정자에 의해 결정되는 종속성 존재.

테이블 (3NF but not BCNF):


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학번       | 과목 코드 | 성적 | 교수
---------|--------|----|----
2010001  | CS101  | A  | 김교수
2010002  | CS101  | B  | 김교수
2010003  | EE101  | A  | 이교수

정규형 적용 후 (BCNF):

성적 테이블 (학번과 과목 코드는 성적을 유일하게 결정)


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학번       | 과목 코드 | 성적
---------|--------|----
2010001  | CS101  | A
2010002  | CS101  | B
2010003  | EE101  | A

과목 교수 테이블 (과목 코드만으로 교수를 결정)


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과목 코드 | 교수
--------|----
CS101  | 김교수
EE101  | 이교수

💡

보통 정규화는 1 ~ BCNF 까지만 적용하는 경우가 많다.

제4정규형(4NF)

제3정규형을 만족하며, 다치 종속(multi-valued dependency)을 제거합니다. 다치 종속은 한 속성이 다른 속성에 대해 두 개 이상의 독립된 값을 가질 수 있는 경우를 말합니다.

문제 상황: 다치 종속(multi-valued dependency)이 존재.

테이블 (BCNF but not 4NF):


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학생ID | 취미     | 언어
------|-------|-----
1     | 독서    | 한국어
1     | 요리    | 한국어
1     | 독서    | 영어
1     | 요리    | 영어

정규형 적용 후 (4NF):

학생 취미 테이블


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학생ID | 취미
------|-----
1     | 독서
1     | 요리

학생 언어 테이블


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학생ID | 언어
------|-----
1     | 한국어
1     | 영어

제5정규형(5NF)

모든 조인 종속이 후보 키를 통해서만 만족되어야 합니다.

문제 상황: 조인 종속성이 존재하여 여러 테이블로 분리 후 다시 조합했을 때 원래의 정보를 잃어버리는 상황.

테이블 (4NF but not 5NF):


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출판사 | 저자    | 책 제목
-----|------|---------
A    | 김작가  | 책1
A    | 이작가  | 책2
B    | 김작가  | 책3

정규형 적용 후 (5NF): 출판사, 저자, 책 제목 간의 관계가 더 이상 분리될 수 없는 상태로, 위 테이블은 이미 5NF일 수 있습니다. 조인 종속이 후보 키에만 의존하는 경우, 추가적인 분리가 불필요합니다.

References::

[DB] 정규화(Normalization)란? 정규화 예시, 1NF, 2NF, 3NF, BCNF

정규화(Normalization)란? 정규화는 이상현상이 있는 릴레이션을 분해하여 이상현상을 없애는 과정이다. 이상현상이 존재하는 릴레이션을 분해하여 여러 개의 릴레이션을 생성하게 된다. 이를 단계별로 구분하여 정규형이 높아질수록 이상현상은 줄어들게 된다. 정규화의 장점 데이터베이스 변경 시 이상 현상(Anomaly)을 제거할 수 있다. 정규화된 데이터베이스 구조에서는 새로운 데이터 형의 추가로 인한 확장 시, 그 구조를 변경하지 않아도 되거나 일부만 변경해도 된다. 데이터베이스와 연동된 응용 프로그램에 최소한의 영향만을 미치게 되어 응용프로그램의 생명을 연장시킨다. 정규화의 단점 릴레이션의 분해로 인해 릴레이션 간의 JOIN연산이 많아진다. 질의에 대한 응답 시간이 느려질 수도 있다. 데이터의 중복 속..

https://code-lab1.tistory.com/48

[DB 이론] 데이터베이스 정규화란? (이상 문제, 함수적 종속, 정규화 과정)

데이터베이스 정규화란? 이상 문제를 해결하기 위해 속성들 끼리의 종속 관계를 분석하여 여러개의 릴레이션으로 분해하는 과정 입니다. 일반적으로 테이블을 여러개로 분해하면 속도는 상대적으로 느려질 수 있지만, 분해하지 않으면 이상 문제들이 발생 합니다. 이상 문제 삽입 이상 : 데이터를 저장할 때 원하지 않는 정보가 함께 삽입되는 경우 삭제 이상 : 튜플을 삭제함으로써 유지되어야 하는 정보 까지도 연쇄적으로 삭제되는 경우 갱신 이상 : 중복된 튜플 중 일부의 속성만 갱신 시킴 으로써 정보의 모순성이 발생하는 경우 예를들어 아래와 같은 테이블이 있을 경우 이상 문제가 발생할 수 있습니다. 삽입 이상 : 신입 학생이 입학하여 학번과 학년 등을 입력하려 했으나 아직 과목이 정해지지 않았거나, 시험을 보지 않아 성..

https://nirsa.tistory.com/107