정규화(Normalization)

정규화(Normalization)

- 논리적 설계 단계에서 발생할 수 있는 종속으로 인한 이상(Anomaly) 현상의 문제점을 해결하기 위해, 속성들 간의 종속 관계를 분석하여 여러 개의 릴레이션으로 분해하는 과정.

- 종류 : 제1정규형, 제2정규형, 제3정규형, BCNF, 제4정규형, 제5정규형

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정규형의 종류

1) 제1정규형(1NF : First Normal Form)

- 한 릴레이션을 구성하는 모든 도메인이 원자값(Atomic Value)만으로 구성되도록 하는 정규형을 말한다.

ex)
- 데이터베이스에서는 검색, 삽입, 삭제 등 여러 가지 작업이 튜플 단위로 이루어지기 때문에 '박순신' 회원과 '김길동' 회원과 같이 튜플을 하나로 합쳐서 표현하면 원할하게 수행되지 못한다.

회원 테이블
회원번호	성명	연락처	수강과목	수강료
10010	박순신	123-4567	POP글씨	40,000
			지점토공예	40,000
20020	이감찬	234-1122	펜글씨	30,000
20030	김길동	321-4321	지점토공예	40,000
			기타	50,000

- 따라서 위 [회원] 테이블이 각각의 튜플로 구성되도록 회원 정보를 나타내는 [회원] 테이블과 수강과목에 대한 정보를 나타내는 [강좌] 테이블로 분해하면 다음과 같다.

회원 테이블				강좌 테이블
회원번호	성명	연락처		수강과목	수강료
10010	박순신	123-4567		POP글씨	40,000
20020	이감찬	234-1122		지점토공예	40,000
20030	김길동	321-4321		펜글씨	30,000
				기타	50,000

- 이와 같이 모든 도메인이 각각의 튜플로 구성되도록, 즉 원자값만으로 구성되도록 분해하는 과정을 제1정규형(1NF)이라고 한다.

 

2) 제2정규형(2NF : Second Normal Form)

- 제1정규형을 만족하면서 릴레이션을 구성하는 모든 속성이 기본키에 완전 함수 종속이 되도록 분해하는 과정을 말한다.

- 제2정규형에서는 릴레이션에 존재하는 부분 함수 종속을 제거하고 모든 속성이 기본키에 완전 함수 종속이 되도록 한다.

ex)
[제2정규형 적용 전]
- 고객주문 테이블에서 고객번호, 제품번호가 조합된 합성키가 기본키가 된다.
고객주문(고객번호, 제품번호, 제품명, 주문량)
완전 함수 종속 : (고객번호, 제품번호) -> 주문량
부분 함수 종속 : 제품번호 -> 제품명

- 따라서 이와 같이 부분 함수 종속 관계가 있는 테이블을 기본키에 완전 함수 종속이 되도록 분해한다.
[제2정규형 적용 후]
주문량(고객번호, 제품번호, 주문량) => 완전 함수 종속 : (고객번호, 제품번호) -> 주문량
제품(제품번호, 제품명) => 완전 함수 종속 : 제품번호 -> 제품명

- 이렇게 속성 주문량, 제품명은 각 테이블의 기본키에 완전 함수 종속이 되어 제2정규형(2NF)을 만족하게 된다.

 

3) 제3정규형(3NF : Third Normal Form)

- 제2정규형을 만족하면서 릴레이션을 구성하는 속성들 간에 이행적 함수 종속 관계를 분해하여 비이행적 함수 종속이 되도록 하는 과정을 말한다.

ex)
[제3정규형 적용 전]
수강(학번, 전공, 담당교수)
이행적 함수 종속 : 학번 -> 전공, 전공 -> 담당교수, 학번 -> 담당교수

- 따라서 이행적 함수 종속 관계가 있는 수강 테이블을 분해하면 다음과 같이 분해할 수 있다.
[제3정규형 적용 후]
학생(학번, 전공)
교수(전공, 담당교수)

- 이와 같이 수강 테이블을 학생 테이블, 교수 테이블로 분해하면 각 테이블이 기본키에 완전 함수 종속 관계로 유지되면서 이행적 함수 종속 관계도 해결되어 제3정규형(3NF)을 만족하게 된다.

 

4) 보이스-코드 정규형(BCNF : Boyce-Codd Normal Form)

- 제3정규형을 만족하면서, 릴레이션에서 모든 결정자가 후보키가 되도록 하는 과정을 말한다.

결정자 : 속성 A, B 중에서 속성 A가 속성 B의 값을 결정한다면, 즉 A->B의 종속 관계에 있을 때 A를 결정자라 한다. B는 종속자가 된다.
후보키 : 릴레이션에서 각 튜플을 유일하게 식별할 수 있는 속성이나 속성의 집합을 말한다.

ex)
[BCNF 적용 전]
회원등록(회원번호, 수강과목, 강사)
- 등록 테이블에서 한 명의 회원이 여러 과목을 수강할 수 있으므로 회원번호 하나의 속성으로는 후보키가 될 수 없다.

- 후보키 (회원번호, 수강과목)과 (회원번호, 강사) 중 기본키를 (회원번호, 수강과목)으로 지정하면 다음과 같은 종속 관계가 성립된다.
(회원번호, 수강과목) -> 강사

- 또한 등록 테이블에서는 한 과목을 여러 명의 강사가 강의할 수 있음을 알 수 있다.
- 이때 강사 속성은 후보키가 아님에도 수강과목을 결정하는 결정자 역할을 하고 있는 것이다.
강사 -> 수강과목

- 회원등록 테이블의 강사 속성을 외래키로 지정하여 강사 테이블을 참조한다.
회원등록(회원번호, 강사)
강사(강사, 수강과목)

- 이와 같이 등록 테이블을 회원등록 테이블과 강사 테이블로 분해하면 모든 결정자가 후보키가 되어 BCNF를 만족하게 된다.

 

5) 제4정규형(4NF : Fourth Normal Form)

- 릴레이션에서 다치 종속(MVD : Multivalued Dependency) 관계가 성립되는 경우 분해하는 정규형을 말한다.

- 함수 종속은 A->B인 경우 A의 속성값은 B의 속성값 하나를 결정하게 된다.

- 다치 종속(MVD)은 함수 종속과는 달리 하나의 속성값이 대응되는 속성의 집합을 결정하는 종속 관계를 말하며, 릴레이션의 속성이 3개 이상일 때 존재한다.

- 다치 종속의 표기법 : A ->> B : A의 속성값은 B의 속성값의 집합을 결정하게 된다.

ex)
[제4정규형 적용 전]
강좌(과목명, 강사, 교재)
다치 종속 : 과목명 ->> 강사, 과목명 ->> 교재
- 이와 같이 하나의 속성값과 여러 개의 속성값이 종속된 관계를 다치 종속(MVD)이라고 한다.

[제4정규형 적용 후]
강사(과목명, 강사)
교재(과목명, 교재)

 

6) 제5정규형(5NF : Fifth Normal Form)

- 릴레이션에 존재하는 조인 종속(Join Dependency)이 후보키를 통해서만 성립이 되도록 하는 정규형을 말한다.

- 조인 종속(Join Dependency)은 원래의 릴레이션을 분해한 뒤 자연 조인한 결과가 원래의 릴레이션과 같은 결과가 나오는 종속성을 말한다.

정규화 진행 과정

순서	정규형	설명
1	제1정규형(1NF)	- 모든 도메인은 원자값이 되도록 분해.
2	제2정규형(2NF)	- 부분 함수 종속 -> 완전 함수 종속.
3	제3정규형(3NF)	- 이행적 함수 종속 -> 비이행적 함수 종속.
4	BCNF	- 후보키가 아닌 결정자 관계 제거.
5	제4정규형(4NF)	- 다치 종속 관계 제거.
6	제5정규형(5NF)	- 후보키를 통하지 않은 조인 종속 관계 제거.

외울 때 1NF(도) - 2NF(부) - 3NF(이) - BCNF(결) - 4NF(다) - 5NF(조) 로 외우는 것을 추천.