[DB] 정규화 (Normalization)

정규화 (Normalization)

정규화란?

• 데이터 중복과 이상현상(삽입, 갱신, 삭제)를 최소화하기 위해 데이터를 정규형(normal form - NF)에 맞도록 구조화하는 프로세스
• 정규화 단계: 제1정규형 → 제2정규형 → 제3정규형 → BCNF → 제4정규형 → 제5정규형
• 보통 실무에서는 3정규형, BCNF형까지 많이 쓴다고 알려짐

제 1 정규형 (1NF)

• 테이블에 속한 모든 속성의 도메인(domain)이 원자값(atomic value)만으로 구성되어있으면 제1정규형
  • 도메인: 속성 하나가 가질 수 있는 모든 값의 집합

제 1 정규형을 만족하지 못하는 테이블

학생ID	학생이름	수강과목
1	홍길동	수학, 과학
2	이몽룡	영어, 사회, 과학

• 수강과목 컬럼이 복합값(수학, 과학)으로 구성되어 있어 원자값의 조건을 충족하지 못함

제 1 정규형을 만족하는 테이블로 변경

학생ID	학생이름	수강과목
1	홍길동	수학
1	홍길동	과학
2	이몽룡	영어
2	이몽룡	사회
2	이몽룡	과학

• 모든 컬럼 값이 원자값으로 구성되어 있어 제 1 정규형을 만족

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제 2 정규형 (2NF)

• 테이블이 제1정규형에 속하고, 기본키가 아닌 모든 속성이 기본키에 완전 함수적 종속되면 제2정규형
• 부분 함수적 종속를 제거해야함
• 즉, 기본키의 일부에만 종속된 속성을 제거해야함

제 2 정규형을 만족하지 못하는 테이블

고객ID(PK)	이벤트ID(PK)	당첨여부	등급	할인율
apple	E001	Y	gold	10%
apple	E005	N	gold	10%
apple	E010	Y	gold	10%
banana	E002	N	vip	20%
banana	E005	Y	vip	20%
carrot	E003	Y	gold	10%
carrot	E007	Y	gold	10%
orange	E004	N	silver	5%

• 기본키: (고객ID, 이벤트ID)
• 문제점:
  • 등급, 할인율은 고객ID에만 종속 (부분 함수적 종속)
  • 고객ID → 등급, 고객ID → 할인율

제 2 정규형을 만족하는 테이블로 변경

1. 고객 릴레이션

고객ID(PK)	등급	할인율
apple	gold	10%
banana	vip	20%
carrot	gold	10%
orange	silver	5%

2. 이벤트참여 릴레이션

고객ID(PK)	이벤트ID(PK)	당첨여부
apple	E001	Y
apple	E005	N
apple	E010	Y
banana	E002	N
banana	E005	Y
carrot	E003	Y
carrot	E007	Y
orange	E004	N

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제 3 정규형 (3NF)

• 테이블이 제2정규형에 속하고, 기본키가 아닌 모든 속성이 기본키에 이행적 함수적 종속이 되지 않으면 제3정규형

제 3 정규형을 만족하지 못하는 테이블

고객ID(PK)	등급	할인율
apple	gold	10%
banana	vip	20%
carrot	gold	10%
orange	silver	5%

• 문제점:
  • 등급은 고객ID에 종속 (고객ID → 등급)
  • 할인율은 등급에 종속 (등급 → 할인율)
  • 따라서, 고객ID → 등급 → 할인율의 이행적 함수적 종속(고객ID → 할인율)이 발생

제 3 정규형을 만족하는 테이블로 변경

1. 고객 릴레이션

고객ID(PK)	등급(FK)
apple	gold
banana	vip
carrot	gold
orange	silver

2. 등급 릴레이션

등급(PK)	할인율
gold	10%
vip	20%
silver	5%

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BCNF (Boyce-Codd Normal Form)

• 테이블이 제3정규형에 속하고, 모든 결정자가 후보키가 되도록 하는 정규형
  • 후보키: 테이블에서 각 행(row)을 고유하게 식별할 수 있는 속성 또는 속성들의 집합
  • 결정자: (A -> B) 함수적 종속 관계에서 A가 결정자

BCNF를 만족하지 못하는 테이블

학생ID(PK)	과목ID(PK)	강의실	교수ID
S001	C001	R101	P001
S002	C001	R101	P001
S001	C002	R102	P002
S003	C002	R102	P002

• 결정자:
  • 강의실 → 교수ID (강의실에서 담당 교수는 고유)
  • 그러나 강의실은 후보키가 아니므로 BCNF를 만족하지 않음

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BCNF를 만족하는 테이블로 변경

1. 강의실-교수 릴레이션

강의실(PK)	교수ID
R101	P001
R102	P002

2. 학생-과목 릴레이션

학생ID(PK)	과목ID(PK)	강의실(FK)
S001	C001	R101
S002	C001	R101
S001	C002	R102
S003	C002	R102

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제4정규형(4NF)과 제5정규형(5NF)

• 보통 4NF나 5NF는 실무에서 거의 사용하지 않으며, 이론적 측면이 강함

제4정규형

• 테이블이 BCNF정규형에 속하고, 다중값 종속(Multi-Valued Dependency)을 제거한 정규형
• 다중값 종속은 여러 다중값 속성이 서로 독립적으로 존재할 때 발생
• 하나의 다중값 속성만 존재하면, 독립적 가능성이 없으므로 4NF 위반아님

제 4 정규형을 만족하지 못하는 테이블

예시:

• 한 학생이 여러 전화번호와 여러 주소를 가질 때, 전화번호와 주소는 독립적으로 여러 값을 가짐
• 학생ID → 전화번호 (1:N)
• 학생ID → 주소 (1:N)

학생ID	전화번호	주소
1	010-1234	서울시 강남구
1	010-5678	서울시 강남구
1	010-1234	부산시 해운대

제 4 정규형을 만족하는 테이블로 변경

1. 학생-전화번호 릴레이션

학생ID	전화번호
1	010-1234
1	010-5678

2. 학생-주소 릴레이션

학생ID	주소
1	서울시 강남구
1	부산시 해운대

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제5정규형

• 테이블이 제4정규형을 만족하고, 조인 종속(Join Dependency)을 제거한 정규형
• 조인 종속은 테이블을 여러 개로 분해한 후 다시 조인했을 때, 원래의 테이블을 복원할 수 없는 경우에 발생

제 5 정규형을 만족하지 못하는 테이블

1. 학생-전화번호 릴레이션

학생ID	전화번호
1	010-1234
1	010-5678

2. 학생-주소 릴레이션

학생ID	주소
1	서울시 강남구
1	부산시 해운대

문제: 조합 관계

위 두 테이블을 조인하면 다음과 같이 모든 조합이 생성됨:

학생ID	전화번호	주소
1	010-1234	서울시 강남구
1	010-1234	부산시 해운대
1	010-5678	서울시 강남구
1	010-5678	부산시 해운대

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제 5 정규형을 만족하는 테이블로 변경

• 아래 테이블을 조인하면 원래 테이블이 복원됨

1. 학생-전화번호 릴레이션

학생ID	전화번호
1	010-1234
1	010-5678

2. 학생-주소 릴레이션

학생ID	주소
1	서울시 강남구
1	부산시 해운대

3. 전화번호-주소 릴레이션

전화번호	주소
010-1234	서울시 강남구
010-1234	부산시 해운대
010-5678	부산시 해운대

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비정규화 (Denormalization, 역정규화)

• 정규화로 인해 여러 개로 분해된 테이블에서 원하는 정보를 얻으려면 조인을 사용하여 연결해야함
• 자주 조인을 사용하면, 응답 속도가 떨어지므로 정규화에 위배되지만 성능 향상을 위해 다시 테이블을 합침
• 이것을 비정규화 또는 역정규화라고 함

정규화는 데이터 중복과 이상 현상을 제거하여 데이터 무결성을 보장하고, 비정규화는 성능 최적화를 위해 이를 의도적으로 완화하는 작업으로, 상황에 따라 적절히 사용해야함

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Reference

https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3431248&cid=58430&categoryId=58430&expCategoryId=58430