[DB] 🕵️ 데이터 정규화와 이상현상

정규화

릴레이션에 데이터의 삽입, 삭제, 갱신 시 발생하는 이상 현상이 발생하지 않도록 릴레이션을 보다 작은 릴레이션으로 표현하는 과정 -> 쉽게 말해 간단하게 표현하는 과정..

정규화의 목적

1. 데이터 구조의 안정성을 최대화한다.
2. 중복 데이터를 최소화한다.
3. 수정 및 삭제 시 이상 현상을 최소화한다.
4. 테이블 불일치 위험을 간소화한다.

관계 스키마 설계의 원칙

1. 필요한 개체, 속성, 관계성을 식별하여 릴레이션을 구성한다.
2. 불필요한 데이터의 중복과 종속이 발생하지 않도록 설계한다.
3. 속성 사이의 관계성과 데이터의 종속성을 고려하여 설계한다.
4. 효율적인 데이터 처리와 일관성 유지 방법 등을 고려하여 설계한다.

이상 현상(Anomaly)

삽삭갱 -> 삽살개로 외우자..~~

1. 삽입 이상 : 데이터를 삽입했을 때 불필요한 데이터가 삽입되는 현상
2. 삭제 이상 : 릴레이션의 한 튜플을 삭제함으로써 연쇄 삭제로 인해 정보의 손실을 발생시키는 현상
3. 갱신 이상 : 튜플 중에서 일부 속성을 갱신함으로써 정보의 모순성이 발생하는 현상

정규형의 종류

• 제1정규형(1NF) : 원자값 구성, 부분함수종속 존재
• 제2정규형(2NF) : 부분함수종속 제거, 이행함수종속 존재
• 제3정규형(3NF) : 이행함수종속 제거
• 보이스-코드 정규형(BCNF) : 릴레이션 아래 모든 결정자가 후보키

1. 제1정규형
   릴레이션에 속하는 속성의 값이 모두 원자값(Atomic Value)만으로 구성되어야 한다.
   *원자값? 더 이상 쪼개질 수 없는 단위
   
   예를 들어 위처럼 릴레이션이 이루어져 있다면, 제1정규형을 만족하지 못한다. 학번이 100인 학생의 과목번호와 성적이 2개로 이루어져 있기 때문이다. 따라서 제1정규형이 되려면 아래와 같이 속성 값을 분리해주어야 한다.
   
   제1정규형에서 발생할 수 있는 이상현상

• 삽입 이상 : 학생이 새 과목을 수강 신청할 때 반드시 학생의 학과와 지도교수를 알아야 한다. (불필요한 정보)
• 삭제 이상 : 300번 학생이 C400 과목을 취소하면, 해당 과목에 대한 정보가 모두 사라진다. (정보 손실)
• 갱신 이상 : 100번 학생이 지도교수를 변경할 때, P1인 행을 모두 찾아서 변경해주어야 한다.
  
  이상현상이 발생하는 이유
  기본키가 아닌 속성들이 기본키에 완전 함수 종속되지 못하고 부분 함수 종속이 되어있기 때문 즉, 기본키의 일부 속성에만 의존하고 있기 때문
  
  기본키는 학번, 과목 번호이고, 지도교수와 학과가 부분 함수 종속 되어있다.

2. 제2정규형
   제1정규형이면서, 기본키에 속하지 않은 속성 모두가 기본키에 완전 함수 종속인 정규형
   
   위 그림처럼 각 속성들이 모두 완전 함수 종속이 되도록 릴레이션을 분리시켜준다. 따라서 아래와 같이 릴레이션이 형성된다.
   
   그러나 제2정규형에도 여전히 이상현상이 존재한다.
   
   제2정규형에서 발생할 수 있는 이상현상

• 삽입 이상 : 지도교수가 학과에 소속되어 있음을 추가할 때 반드시 지도 학생이 있어야 한다. (불필요한 정보)
• 삭제 이상 : 300번 학생이 자퇴하는 경우, P3 교수의 학과 정보도 함께 사라진다. (연쇄 삭제로 인한 정보 손실)
• 갱신 이상 : 지도교수의 학과가 변경되는 경우 모두 찾아서 변경시켜주어야 한다. (지도교수가 동일한 학생이 여러명 있는 경우 매우 불편..)
  
  이상현상이 발생하는 이유
  이행 함수 종속 때문!
  이행 함수 종속은 속성이 A->B이고, B->C이면서 A->C의 관계에 있는 것
  
  위 예시에서는 학번 -> 지도교수, 지도교수 -> 학과, 학번 -> 학과의 관계가 존재한다.
  따라서 지도교수의 학과를 추가하기 위해서 지도 학생까지 필요하게 되고, 학생이 자퇴할 경우 지도교수의 학과 정보가 사라지는 문제점이 발생하게 되는 것이다.

3. 제3정규형
   제2정규형이면서, 이행적 함수 종속성을 제거한 정규형
   즉, 기본키에 속하지 않은 모든 속성이 기본키에 이행적 함수 종속이 아닐 때 => 기본키 이외의 속성이 그 외 다른 속성을 결정 X !!
   
   이렇게 이행적 함수 종속 관계에 있는 속성을 분리한다. 테이블로 나타내면 아래와 같다.
   

4. BCNF(Boyce and Codd Normal Form)
   제3정규형을 조금 더 강화시킨 개념으로, 강한 제3 정규형이라고도 함
   아래와 같은 제3정규형을 만족하는 릴레이션이 있을 때, 한 교수당 하나의 수업만 맡는다고 가정한다.
   
   이렇게 되면 제3정규형을 만족한다. 이 경우에는 어떤 이상현상이 생길까?
   
   BCNF에서 발생할 수 있는 이상현상

• 삽입 이상 : 새로운 교수가 특정 과목을 담당한다는 새로운 정보를 추가할 수 없다. 적어도 한 명 이상의 수강 학생이 있어야지만 가능함..
• 삭제 이상 : 학번이 100인 학생이 C234과목을 취소하면, P2가 C234 과목을 담당한다는 정보도 함께 삭제된다.
• 갱신 이상 : P1의 과목이 변경되면 P1인 행을 모두 찾아 변경시켜주어야 한다.
  
  이러한 이상현상이 생기는 이유는, 결정자가 후보키로 취급되고 있지 않기 때문이다. 후보키는 슈퍼키중에서 최소성을 갖는 키이므로 이 릴레이션에서는 (학번, 과목명)이나 (학번, 담당 교수)가 후보키가 된다. 담당 교수만으로는 후보키가 될 수 없다.
  
  하지만, 후보키가 아님에도 과목명을 결정할 수 있기 때문에 담당 교수는 결정자에 속한다.
  
  이 이상현상을 해결하기 위해서 모든 결정자는 항상 후보키가 되도록 릴레이션을 분해해주면 강한 제3 정규형, 즉 BCNF를 만족하게 된다.
  

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Reference
출처