[Database] 정규화(Normalization)

 

정규화란?

 

Attribute 간의 종속성으로 인한 이상현상이 발생하는 릴레이션을 분해하여 재디자인함으로써 이상현상을 없애는 과정

데이터의 중복 방지, 무결성을 충족하기 위해 데이터베이스를 설계하는 방법

---

정규화가 생겨난 배경

 

한 릴레이션(Relation)에 여러 엔티티의 속성을 혼합하면 정보가 중복 저장되며 저장 공간을 낭비하게 된다.

또 중복된 정보로 인해 '이상 현상'이 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 정규화 과정을 거치는 것이다. 

---

정규화의 3가지 원칙

 

- 정보의 무손실 : 분해된 릴레이션이 표현하는 정보는 분해되기 전의 정보를 모두 포함해야 한다.

- 최소 데이터 중복 : 이상 현상을 제거, 데이터 중복을 최소화

- 분리의 원칙 : 하나의 독립된 관계성은 하나의 독립된 릴레이션으로 분리해서 표현

 

---

정규화의 장단점

 

장점

-  중복된 데이터를 최소화하여 데이터의 일관성과 정확성을 향상시킨다. => 용량 줄이기

-  데이터 조작에 효율적이다. 데이터의 삽입, 갱신, 삭제, 조회 등의 작업이 단순화되고 복잡한 조인 연산을 최소화할 수 있다.

- 릴레이션에서 발생하는 이상현상을 해결한다.

 

단점

릴레이션의 분해로 인해 릴레이션간의 연산이 많아져 응답 시간이 오히려 느려질 수도 있다.

 

이러한 경우 반정규화(De-normalization)을 통해서 성능을 향상시킬 수 있다.

* 반정규화:  데이터베이스의 성능을 향상시키거나 쿼리의 간결성을 위해 정규화된 데이터 모델에서 일부 정규화 규칙을 무시하거나 조정하는 과정

---

정규화 단계

제 1정규화 (1NF)

 

테이블의 컬럼이 원자값(Atomic Value, 하나의 값)을 갖도록 테이블을 분해하는 것.

 

교수명	담당 과목
박교수	사회
이교수	국어
김교수	음악, 체육
최교수	수학

해당 테이블에서 김교수의 담당 과목은 음악과 체육이다.

테이블의 컬럼(담당 과목)이 여러 개의 값을 가지고 있으므로 제1 정규형에 위배된다.

 

⭕제1 정규화를 만족하는 테이블

교수명	담당 과목
박교수	사회
이교수	국어
김교수	음악
김교수	체육
최교수	수학

김교수의 담당 과목을 분리하여 제1 정규화를 만족시킨다.

 

제2 정규화 (2NF)

 

제1 정규화를 진행한 테이블에 대해 완전 함수 종속을 만족하도록 테이블을 분해하는 것 (부분 함수 종속성 제거)

 

🤔완전 함수 종속이란?

기본키의 부분 집합이 결정자가 되어선 안된다는 것

 

(과목과 지도교수는 일대일 관계이다)

학번	강의	지도 교수	성적
B810	데이터베이스	이교수	4.0
B710	데이터베이스	이교수	3.5
B610	자료구조	박교수	3.5
B810	운영체제	최교수	3.8

위의 테이블의 기본키는 (학번, 강의)은 성적을 결정하고 있는 복합키이다.

하지만 여기서 지도교수는 강의에 의해 결정된다.

기본키(학번, 강의)의 부분키인 강의가 지도 교수를 결정하는 결정자이므로 제2 정규형에 위배된다.

 

⭕제2 정규화를 만족하는 테이블

학번	강의	성적
B810	데이터베이스	4.0
B710	데이터베이스	3.5
B610	자료구조	3.5
B810	운영체제	3.8

 

 

강의	지도 교수
데이터베이스	이교수
데이터베이스	이교수
자료구조	박교수
운영체제	최교수

 

제3 정규화(3NF)

 

제2 정규화를 진행한 테이블에 대해 이행적 종속을 없애도록 테이블을 분해하는 것

 

🤔이행적 함수 종속이란?

A -> B, B -> C가 성립할  때 A -> C가 성립되는 것

 

고객 ID	등급	할인율
101	VIP	50%
201	GOLD	30%
301	SILVER	20%

고객 ID를 통해서 등급을 알 수 있고 등급을 통해서 할인율을 알 수 있다.

따라서 고객 ID를 통해서 할인율을 알 수 있다.

 

 

⭕제3 정규화를 만족하는 테이블

 

고객 ID	등급
101	VIP
201	GOLD
301	SILVER

 

등급	할인율
VIP	50%
GOLD	30%
SILVER	20%

 

 

BCNF (Boyce-Codd Normal Form)

 

제3 정규화를 진행한 테이블에 대해 모든 결정자가 후보키가 되도록 테이블을 분해하는 것

 

(교수는 한 강의만 맡을 수 있고 다른 교수와의 강의 중복은 허용한다.)

학번	강의	지도 교수
B810	자료구조	박교수
B710	안드로이드 개발	김교수
B610	자료구조	최교수
B810	안드로이드 개발	김교수

해당 테이블을 살펴보면 기본키는 (학번, 강의)이다.

학생은 같은 이름의 강의를 여러 번 들을 수 없기 때문에 학번과 강의가 사용 언어를 결정한다.

지도 교수는 오로지 한 강의만 맡을 수 있으므로 지도 교수가 강의를 결정한다.

 

지도 교수가 강의를 결정하는 결정자이지만 후보키는 아니다. (중복 가능하기 때문)

 

⭕BCNF 정규화를 만족하는 테이블

 

학번	지도 교수
B810	박교수
B710	김교수
B610	최교수
B810	김교수

 

지도 교수	강의
박교수	자료구조
김교수	안드로이드 개발
최교수	자료구조
김교수	안드로이드 개발

 

---

함수 종속성 (Functional Dependency)

 

함수 종속성이란?

 

어떤 속성 A의 값을 알면 다른 속성 B의 값이 유일하게 정해지는 관계

 

💡표기방법

A -> B

 

- A는 B를 결정한다. (B의 결정자)

- B는 A에 종속된다. (A의 종속자)

 

함수 종속성의 종류

 

- 완전 함수 종속: 기본키를 구성하는 모든 속성에 종속되는 경우

- 부분 함수 종속: 기본키를 구성하는 속성의 일부에 종속되거나, 기본키가 아닌 다른 속성에 종속되는 경우

- 이행적 함수 종속: A, B, C 세 속성이 있고, A -> B, B -> C 종속 관계가 있을 때, A -> C가 성립하는 경우

 

 

 

Reference

[Database] 정규화(Normalization) 쉽게 이해하기

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

[DB] 7. 정규화 & 함수 종속성 & 이상현상