정규화

  • 데이터 중복을 최소화하고 데이터 무결성을 유지하기 위한 데이터베이스 설계 기법
  • 데이터를 구조적으로 체계화하여 이상 발생을 방지함

필요성

  • 데이터 중복 제거
  • 데이터 무결성 유지
  • 데이터베이스 저장 공간 최적화
  • 삽입, 갱신, 삭제 이상 방지

정규형(Normal Forms)

제1정규형(1NF: First Normal Form)

  • 하나의 칸에는 하나의 값만
  • 모든 컬럼이 원자값(Atomic Value)을 가져야 함

정규화 전

고객ID 이름 전화번호
1 홍길동 010-1234-5678, 02-9876-5432

1NF 변환

고객ID 이름 전화번호
1 홍길동 010-1234-5678
1 홍길동 02-9876-5432

제2정규형(2NF: Second Normal Form)

  • 중요한 정보는 자기 테이블에
  • 1NF를 만족하면서, 부분 함수 종속 제거

1NF

주문ID 고객ID 고객이름 상품ID 상품명
101 1 홍길동 A1 모니터
102 2 이순신 B2 키보드

2NF (고객과 주문 테이블 분리)

고객ID 고객이름
1 홍길동
2 이순신
주문ID 고객ID 상품ID
101 1 A1
102 2 B2
상품ID 상품명
A1 모니터
B2 키보드

제3정규형(3NF: Third Normal Form)

  • 중간 정보는 따로 정리
  • 2NF를 만족하면서, 이행적 함수 종속 제거

2NF (고객 주소 테이블 분리)

주문ID 고객ID 고객주소
101 1 서울시 강남구
102 2 부산시 해운대구

3NF

고객ID 고객주소
1 서울시 강남구
2 부산시 해운대구
주문ID 고객ID
101 1
102 2

BCNF(Boyce-Codd Normal Form)

  • 3NF를 만족하면서 모든 결정자가 후보 키

3NF

교수ID 강의실 과목
P1 R101 수학
P1 R102 물리
P2 R201 화학

관계 1. 교수ID → 과목

관계 2. 강의실 → 교수ID

특정 강의실에서 특정 교수만 강의한다는 제약이 있다고 할 때, 강의실은 기본 키가 아님에도 결정자 역할을 한다.

왜 분리해야 할까?

  • 강의실이 결정자 역할을 하지만 후보 키가 아님
  • BCNF 규칙에 위반됨

BCNF

강의 배정 테이블

교수ID 과목
P1 수학
P1 물리
P2 화학

강의실 배정 테이블

강의실 교수ID
R101 P1
R102 P1
R201 P2

강의실 → 교수ID 종속성 제거

모든 결정자가 후보 키.

제4정규형(4NF: Fourth Normal Form)

  • BCNF를 만족하면서 다중 값 종속 제거

다중 값 종속

  • 한 개의 키 속성이 두 개 이상의 독립적인 속성과 다대다 관계를 가질 때 발생
  • 한 테이블에서 한 속성이 특정되었을 때, 다른 속성이 독립적으로 여러 값을 가질 수 있는 경우 문제가 됨

BCNF + 다중 값 종속

학생ID 수강 과목 동아리
S1 수학 축구
S1 수학 야구
S1 영어 축구
S1 영어 야구

관계 1. 학생ID → 수강 과목 (한 학생이 여러 과목을 수강 가능)

관계 2. 학생ID → 동아리 관계도 있음 (한 학생이 여러 동아리 가입 가능)

수강 과목과 동아리는 서로 관계x. 만약 학생이 동아리를 변경하면 수강 과목까지 함께 수정해야 함

4NF

학생-수강 과목 테이블

학생ID 수강 과목
S1 수학
S1 영어

학생-동아리 테이블

학생ID 동아리
S1 축구
S1 야구

학생ID → 수강 과목 / 학생ID → 동아리가 독립적으로 관리

제5정규형(5NF: Fifth Normal Form)

  • 다대다 관계가 여러 개 얽힌 경우
  • 조인으로 인한 불필요한 중복 제거
  • 조인을 줄이고 불필요한 분해를 방지해서 최적의 테이블 구조를 찾기

조인 종속

  • 하나의 릴레이션을 여러개의 릴레이션으로 분해하였다가, 다시 조인했을 때 데이터 손실이 없는 것
  • 조인 종속성이 만족되면, 데이터를 분해한 후 다시 조인해도 원래 데이터를 복원할 수 있음

5NF가 필요한 이유

4NF까지 진행하면 모든 다중 값 종속이 제거되어 중복이 최소화되지만 테이블이 과하게 분해되면서, 조인 시 불필요한 중복이 발생할 수 있음

강의 배정 시스템 (4NF + 조인 중복 발생)

학생ID 과목ID 교수ID
S1 C1 P1
S1 C1 P2
S1 C2 P1
S2 C1 P1
S2 C2 P2
  • 학생(S) → 과목(C),
  • 학생(S) → 교수(P),
  • 과목(C) → 교수(P)

테이블 분리

  1. 학생 - 과목

    학생ID 과목ID
    S1 C1
    S1 C2
    S2 C1
    S2 C2

  2. 과목 - 교수

    과목ID 교수ID
    C1 P1
    C1 P2
    C2 P1
    C2 P2

  3. 학생 - 교수

    학생ID 교수ID
    S1 P1
    S1 P2
    S2 P1
    S2 P2
  • S1이 C1을 P1에게 듣는 것인지 P2에게 듣는 것인지 알 수 없음
  • 학생이 어떤 교수에게 어떤 과목을 듣는지 정보가 유실

결과적으로, 원래 테이블 구조에서 조인으로 인한 중복 문제를 해결하는 5NF로 데이터 분해가 필요

학생ID 과목ID 교수ID
S1 C1 P1
S1 C1 P2
S1 C2 P1
S2 C1 P1
S2 C2 P2

https://superohinsung.tistory.com/111

https://velog.io/@wg_cat/%EC%A0%9C-15%EC%A0%95%EA%B7%9C%ED%99%94-%EA%B8%B0%EB%B2%95

https://velog.io/@wisdom-one/%EC%A0%95%EA%B7%9C%ED%99%94Normalization

https://www.geeksforgeeks.org/difference-between-4nf-and-5nf/