관계형 데이터베이스 정규화 과정

관계형 데이터베이스에서 정규화(Normalization)는 데이터의 중복을 최소화하고 무결성을 유지하기 위해 데이터 구조를 체계적으로 구성하는 과정이다. 정규화는 여러 단계로 나누어지며, 각 단계는 특정한 목표를 가지고 있다. 정규화는 주로 다음과 같은 정규형(Normal Form)으로 구분된다: 제1정규형(1NF), 제2정규형(2NF), 제3정규형(3NF), 보이스-코드 정규형(BCNF), 제4정규형(4NF) 등이다.

1. 제1정규형 (1NF)

제1정규형은 모든 속성이 원자값(Atomic Value)을 가져야 함을 요구한다. 즉, 각 속성은 더 이상 분해할 수 없는 단일 값을 가져야 한다. 또한, 각 행은 유일해야 하며, 순서가 없어야 한다.

예시

원래의 Students 테이블은 다음과 같다:

StudentID Name Subjects
1 Alice Math, Science
2 Bob English, History
3 Charlie Math, Science, English

위 테이블은 Subjects 속성이 원자값이 아니므로 제1정규형을 위반한다. 이를 해결하기 위해, Subjects를 분해하여 각 학생에 대한 행을 별도로 생성한다.

변경된 Students 테이블:

StudentID Name Subject
1 Alice Math
1 Alice Science
2 Bob English
2 Bob History
3 Charlie Math
3 Charlie Science
3 Charlie English

2. 제2정규형 (2NF)

제2정규형은 제1정규형을 만족하면서 부분적 종속성(Partial Dependency)을 제거해야 한다. 즉, 기본 키의 일부에만 의존하는 비기본 속성을 제거하여 모든 비기본 속성이 기본 키 전체에 의존하도록 해야 한다.

예시

변경된 Students 테이블에서 StudentID가 기본 키라면, 다음과 같이 학생의 이름이 학생 ID에만 의존하게 된다. 이를 Students와 Subjects 테이블로 분리하여 종속성을 제거한다.

Students 테이블:

StudentID Name
1 Alice
2 Bob
3 Charlie

Subjects 테이블:

StudentID Subject
1 Math
1 Science
2 English
2 History
3 Math
3 Science
3 English

3. 제3정규형 (3NF)

제3정규형은 제2정규형을 만족하면서 이행적 종속성(Transitive Dependency)을 제거해야 한다. 즉, 비기본 속성이 다른 비기본 속성에 의존하지 않도록 한다.

예시

이제 Students 테이블에 StudentID, Name, DepartmentID가 있다고 가정하자. DepartmentID가 다른 테이블에서 부서의 이름을 가져온다고 할 때, DepartmentID가 DepartmentName에 의존할 수 있다. 이는 이행적 종속성이므로, 이를 제거해야 한다.

Students 테이블:

StudentID Name DepartmentID
1 Alice 10
2 Bob 20
3 Charlie 10

Departments 테이블:

DepartmentID DepartmentName
10 Computer Science
20 Humanities

4. 보이스-코드 정규형 (BCNF)

보이스-코드 정규형은 제3정규형을 만족하면서 결정자(Determinator)가 후보 키가 아니면 안 되는 규칙이다. 즉, 모든 결정자가 후보 키여야 한다.

예시

만약 Courses 테이블이 있다면, 각 과정의 교수와 강좌명이 있을 때, 특정 교수는 특정 강좌만 가르칠 수 있다고 가정할 수 있다. 이를 나타내는 테이블은 다음과 같다:

CourseID CourseName ProfessorID
1 Math 101
2 Science 102
3 English 101

이 경우 ProfessorID가 CourseName을 결정할 수 있지만, ProfessorID는 후보 키가 아니므로 BCNF를 위반한다. 이를 해결하기 위해 Courses와 Professors를 분리한다.

Courses 테이블:

CourseID CourseName
1 Math
2 Science
3 English

Professors 테이블:

ProfessorID CourseID
101 1
101 3
102 2

5. 제4정규형 (4NF)

제4정규형은 다치 종속성(Multi-Valued Dependency)을 제거하는 것이다. 즉, 한 속성이 두 개 이상의 독립적인 다치 종속성을 가질 수 없도록 해야 한다.

예시

예를 들어, 학생이 여러 과목을 수강하고 여러 동아리에 가입할 수 있다고 가정하자. 원래 테이블은 다음과 같을 수 있다:

StudentID Subjects Clubs
1 Math Chess
1 Science Drama
2 English Debate

이 경우 Subjects와 Clubs는 독립적이며, 이 둘을 분리해야 한다.

StudentSubjects 테이블:

StudentID Subject
1 Math
1 Science
2 English

StudentClubs 테이블:

StudentID Club
1 Chess
1 Drama
2 Debate

결론

정규화는 데이터베이스 설계를 통해 데이터의 중복을 최소화하고 무결성을 높이는 데 필수적이다. 각 정규형은 데이터의 특정한 종속성을 다루며, 이를 통해 체계적이고 효율적인 데이터베이스 구조를 구축할 수 있다. 따라서, 정규화 과정은 데이터베이스 설계의 기초가 되며, 데이터베이스 관리 시스템(DBMS)에서 데이터를 효과적으로 관리하고 운영하는 데 중요한 역할을 한다.