데이터베이스 정규화 편집하기

[[분류:데이터베이스]]
[[분류:정보처리기사]]

;;Database Normalization

==[[데이터베이스 이상 현상|이상(Anomaly) 현상]]==

*정규화를 거치지 않은 데이터베이스에서 발생할 수 있는 현상
*데이터들이 불필요하게 중복되어 릴레이션 조작에 예기치 못한 문제 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 알고리즘 생성 가능


==정규화 과정==
===1NF===

;First Normal Form

1NF를 만족하려면 '''도메인이 원자값'''이어야 한다.

*'''1NF를 만족하지 않는 릴레이션'''

:{| class="wikitable"
!수강과목
!수강자
|-
|수학
|홍길동
|-
|과학
|임꺽정, 신사임당
|-
|사회
|홍길동, 임꺽정
|}
{| class="wikitable"
|+
!수강과목
!신청자1
!신청자2 
!신청자3
|-
|국어
|홍길동
|
|
|-
|수학
|신사임당
|홍길동
|
|-
|영어
|고길동
|신사임당
|홍길동
|}:*수강자 속성이 원자값이 아니다.
:*유사한 속성이 중복, 반복되는 경우도 정규화의 대상이 된다

* '''발생할 수 있는 이상(Anomaly)의 예'''
**'''갱신 이상''': 홍길동이 사회과목을 '역사'로 바꾸었다. 그럼 임꺽정이 듣고 있는 사회 과목도 바뀌어버린다.
*** UPDATE 과목 SET 수강과목 = '역사' WHERE 수강과목 = '사회' AND 수강자 = '홍길동'
**'''삭제 이상''': 임꺽정이 '과학' 과목을 수강취소했다. 그럼 신사임당의 수강 정보도 삭제된다.
***DELETE FROM 과목 WHERE 수강과목 = '과학' AND 수강자 = '임꺽정'
*'''1NF를 만족시키는 릴레이션'''

:{| class="wikitable"
!수강과목
!수강자
!일련번호 
|-
|수학
|홍길동
|1
|-
|과학
|임꺽정
|2
|-
|과학
|신사임당
|3
|-
|사회 
|홍길동
|4
|-
|사회
|임꺽정
|5
|}
:* 가장 간단한 것은 원자값으로 분해해 튜플로 구분하고 다른 키를 추가하는 것이다.
:*실제로 복잡한 테이블은 이렇게 단순하게 분해해버리면 다른 중복 문제들이 많이 생겨 테이블 구조를 따져봐야한다.

===2NF===

;Second Normal Form
;2NF를 만족하려면 '''부분적 함수 종속'''을 제거해야 한다.

*즉 완전 함수 종속이 되도록 해야 한다.
*'''2NF를 만족하지 않는 릴레이션'''

:{| class="wikitable"
!학번
!이름
!소속학과
!학과장
|-
|1901
|홍길동
|컴퓨터과
|김교수
|-
|1845
|임꺽정
|전자과
|박교수
|-
|1706
|신사임당
|기계과
|천교수
|-
| 1925
|장영실
|컴퓨터과
|김교수
|}
:*학번 <-> 이름+소속+학과장은 종속 관계가 있다.(한 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 중복적재 될것이다.

*'''발생할 수 있는 이상(Anomaly)의 예'''
**삽입 이상: 컴퓨터과, 전자과, 기계과 학생을 추가하고자 할 경우 중복 정보인 학과장 정보가 삽입되어야 한다.
**갱신 이상: 컴퓨터과의 학과장이 변경될 경우, 하나만 변경하면 모순이 발생하므로 다 찾아서 변경해야 한다.
**삭제 이상: 신사임당이 자퇴해서 삭제하고자 한다. 이 삭제로 인해 기계과 학과장의 정보가 사라져 버린다.
*'''2NF를 만족시키는 릴레이션'''

:{| class="wikitable"
!학번
!이름
!소속학과
|-
|1901
|홍길동
|컴퓨터과
|-
|1845
|임꺽정 
|전자과
|-
|1706
| 신사임당
|기계과
|-
|1925
|장영실
|컴퓨터과 
|}
:{| class="wikitable"
!학과
! 학과장
|-
|컴퓨터과
|김교수
|-
|전자과
|박교수
|-
| 기계과 
|천교수
|}
:*이와 같이 릴레이션을 구분하는 것이 바람직하다.

===3NF===

;Third Normal Form
;3NF를 만족하려면 이행적 함수 종속을 제거해야 한다.

*이행적 함수 종속: A→B 이고 B→C 일 때 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.

{| class="wikitable"
! 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'''
**'''삽입 이상''': 컴퓨터과, 전자과 학생을 추가하고자 할 경우 더이상 불필요한 중복정보인 대학 정보가 삽입되어야 한다.
**'''갱신 이상''': 컴퓨터과의 소속 대학이 'IT대학'으로 변경되었다. 하나만 변경하면 모순이 발생하므로 다 찾아서 변경해야 한다.
**'''삭제 이상''': 홍길동이 자퇴해서 삭제하고자 한다. 이 삭제로 인해 컴퓨터과의 대학 정보가 사라져 버린다.
*3NF를 만족시키는 릴레이션

{| class="wikitable"
!학번
!이름
!소속학과
|-
|1901
|홍길동
|컴퓨터과
|-
|1845
|임꺽정
|전자과 
|-
|1706 
|신사임당
|경제
|-
|1925
|장영실
|경영
|}
{| class="wikitable"
!소속학과
!대학 
|-
|컴퓨터과
|공대
|-
| 전자과
|공대
|-
|경제
|경상
|-
|경영
|경상
|}

===BCNF===

;Boyce and Codd Normal Form
;BCNF를 만족하려면 결정자이면서 후보 키가 아닌 속성을 제거해야 한다.

*BCNF를 만족하지 않는 릴레이션

{| class="wikitable"
|+
! 학번
!과목
!교수
|-
|100
|데이터베이스
|홍길동
|-
|100
|자료구조
|임꺽정
|-
|200
|네트워크 
|장영실
|-
|300
|네트워크 
|장영실 
|-
|300
|인공지능
|유관순
|}

*제약사항
**한 학생은 동일한 과목에 대해 한 교수에게만 수강 가능
**각 교수는 하나의 과목만 담당
**한 과목은 여러 교수가 담당 가능
*후보 키: (학번, 과목)
*함수적 종속성
**(학번, 과목) → 교수
**교수 → 과목

*'''발생할 수 있는 이상(Anomaly)의 예'''
**'''삽입 이상''': 200 학생이 데이터베이스를 수강하고자 할 경우, 현재 불필요한 홍길동 교수 정보가 한번 더 삽입된다.
**'''갱신 이상''': 장영실 교수의 담당 과목이 알고리즘으로 변경되면, 장영실 교수의 과목을 수강하는 모든 학생들의 튜플도 검색해서 수정해야 한다.
**'''삭제 이상''': 300 학생이 자퇴해서 삭제하고자 한다. 이 삭제로 인해 인공지능 과목을 유관순 교수가 담당하고 있다는 정보가 사라진다.
*BCNF 분해 방법
**함수적 종속성 Z → X가 있으며 Z가 후보 키가 아닌 경우, (R - X)와 ZX로 릴레이션을 분리
**예시. 함수적 종속성 (교수 → 과목)이 있으며, 교수가 후보 키가 아니기 때문에, (학번, 교수), (교수, 과목)으로 분리
*BCNF 분해의 특징
**무손실 조인 분해
**종속성 유지가 불가능할 수 있음(예시의 경우 함수적 종속성 "(학번, 과목) → 교수"를 유지할 수 없음)
*BCNF를 만족시키는 릴레이션
**삽입 이상 해결: 200 학생이 데이터베이스를 수강하기 위해, 홍길동 교수의 정보가 삽입될 필요가 없어진다.
**갱신 이상 해결: 장영실 교수의 담당 과목을 변경하기 위해 다른 튜플들을 검색해서 수정할 필요가 없다.
**삭제 이상 해결: 300 학생이 자퇴하면, 300 학생의 수강 정보만 삭제하면 된다.

{| class="wikitable"
!학번
!교수
|-
|100
|홍길동
|-
|100
|임꺽정
|-
|200
|장영실
|-
|300
|장영실
|}
{| class="wikitable"
!과목
! 교수
|-
|데이터베이스
|홍길동
|-
|자료구조
|임꺽정
|-
|네트워크
|장영실
|}

===4NF===

;Fourth Normal Form
;4NF를 만족하려면 다치 종속성을 제거해야 한다.

*4NF를 만족하지 않는 릴레이션
*'''발생할 수 있는 이상(Anomaly)의 예'''
* 4NF를 만족시키는 릴레이션

===5NF===

;Fifth Normal Form
;5NF를 만족하려면 조인 종속성 제거해야 한다.

*5NF를 만족하지 않는 릴레이션
*'''발생할 수 있는 이상(Anomaly)의 예'''
*5NF를 만족시키는 릴레이션