Database Normalization

Normalization

• 관계형 데이터베이스의 설계에서 중복을 최소화하게 데이터를 구조화하는 프로세스이다.
• 데이터베이스 정규화의 목표는 이상(Anomaly)이 있는 관계를 재구성하여 작고 잘 조직된 관계를 생성하는 것에 있다.

목적

• 중복을 배제하여 삽입, 삭제, 갱신 이상의 발생을 방지한다.
• 각 릴레이션에 중복된 종속성을 여러 개의 릴레이션에 분할한다.
• 어떠한 릴레이션이라도 데이터베이스 내에서 표현 가능하게 한다.
• 데이터 삽입 시 릴레이션을 재구성할 필요성을 감소시킨다.
• 효과적인 검색 알고리즘을 생성 가능하게 한다.

Anomaly, 이상

• 충분히 정규화되지 않은 테이블에서 테이블을 수정(갱신, 삽입, 삭제)시, 원치 않던 부작용이 발생하는 것이다.

Update Anomaly, 갱신 이상

• 튜플 수정 시 중복된 데이터의 일부만 수정되어 일어나는 데이터 불일치 현상이다.

Insertion Anomaly, 삽입 이상

• 튜플 삽입 시 특정 속성에 해당하는 값이 없어 NULL을 입력해야 하는 현상이다.

Deletion Anomaly, 삭제 이상

• 튜플 삭제 시 같이 저장된 다른 정보까지 연쇄적으로 삭제되는 현상이다.

과정

• 비공식적으로 “관계형 데이터베이스 테이블(컴퓨터 공학적 표현으로는 관계)이 제 3정규(3NF)화가 되었으면 정규화 되었다.”라고 한다.
• 일반적으로 2002년에 소개된 6NF는 정규화 대상에서 제외된다.

1NF

Customer ID	First Name	Surname	Telephone Number
123	Pooja	Singh	555-861-2025, 192-122-1111
456	San	Zhang	(555) 403-1659 Ext. 53; 182-929-2929
789	John	Doe	555-808-9633

• 위의 도표에서 Telephone Number는 한 컬럼에 단일 값(원자값)이 아니다.

Customer ID	First Name	Surname	Telephone Number1	Telephone Number2
123	Pooja	Singh	555-861-2025	192-122-1111
456	San	Zhang	(555) 403-1659 Ext. 53	182-929-2929
789	John	Doe	555-808-9633

• 컬럼을 분리하여 단일 값이 들어가도록 수정하였다.

2NF

Manufacturer	Model	Model full name	Manufacturer country
Forte	X-Prime	Forte X-Prime	Italy
Forte	Ultraclean	Forte Ultraclean	Italy
Dent-o-Fresh	EZbrush	Dent-o-Fresh EZbrush	USA
Brushmaster	SuperBrush	Brushmaster SuperBrush	USA
Kobayashi	ST-60	Kobayashi ST-60	Japan
Hoch	Toothmaster	Hoch Toothmaster	Germany
Hoch	X-Prime	Hoch X-Prime	Germany

• 기본 키를 Model full name으로 지정했더라도 다른 후보 키인 Manufacturer, Model이 있기 때문에 2NF를 위반한다.

Manufacturer	Manufacturer country
Forte	Italy
Dent-o-Fresh	USA
Brushmaster	USA
Kobayashi	Japan
Hoch	Germany
Electric	toothbrush models

Manufacturer	Model	Model full name
Forte	X-Prime	Forte X-Prime
Forte	Ultraclean	Forte Ultraclean
Dent-o-Fresh	EZbrush	Dent-o-Fresh EZbrush
Brushmaster	SuperBrush	Brushmaster SuperBrush
Kobayashi	ST-60	Kobayashi ST-60
Hoch	Toothmaster	Hoch Toothmaster
Hoch	X-Prime	Hoch X-Prime

• 테이블을 두 개로 분리하여 부분적 함수 종속을 제거한다.

3NF

Tournament	Year	Winner	Winner’s date of birth
Indiana Invitational	1998	Al Fredrickson	21 July 1975
Cleveland Open	1999	Bob Albertson	28 September 1968
Des Moines Masters	1999	Al Fredrickson	21 July 1975
Indiana Invitational	1999	Chip Masterson	14 March 1977

• 복합 키 (Tournament, Year)는 행을 고유하게 식별 할 수 있는 테이블의 후보 키이다.
• Winner’s date of birth가 Winner에 의존한다는 사실은 동일한 사람이 다른 기록에 생년월일이 다르게 기입되는 것을 막을 수 없기 때문에 테이블이 논리적 불일치에 취약하게 만들어 3NF를 위반한다.

Tournament	Year	Winner
Indiana Invitational	1998	Al Fredrickson
Cleveland Open	1999	Bob Albertson
Des Moines Masters	1999	Al Fredrickson
Indiana Invitational	1999	Chip Masterson

Winner	Date of birth
Chip Masterson	14 March 1977
Al Fredrickson	21 July 1975
Bob Albertson	28 September 1968

• 테이블을 두 개로 분리하여 Winner의 Date of birth가 다르게 기입이 불가능하므로, 이행적 함수 종속을 제거한다.

BCNF

Court	Start time	End time	Rate type
1	09:30	10:30	SAVER
1	11:00	12:00	SAVER
1	14:00	15:30	STANDARD
2	10:00	11:30	PREMIUM-B
2	11:30	13:30	PREMIUM-B
2	15:00	16:30	PREMIUM-A

• 모든 속성은 어떤 후보 키에 속하므로 2NF와 3NF를 모두 준수한다.

Rate type	Court Member	flag
SAVER	1	Yes
STANDARD	1	No
PREMIUM-A	2	Yes
PREMIUM-B	2	No

Member flag	Court	Start time	End time
Yes	1	09:30	10:30
Yes	1	11:00	12:00
No	1	14:00	15:30
No	2	10:00	11:30
No	2	11:30	13:30
Yes	2	15:00	16:30

• 첫 테이블의 후보키는 Rate type 혹은 복합키인 (Court Member, flag)이다.
• 다음 테이블의 후보키는 복합키인 (Court, Start time) 혹은 (Court, End time)이다.
• Rate type이 첫 테이블의 키인 경우, 두 개의 다른 Court와 연결할 수 없으므로 결정자이면서 후보키가 아닌 것이 제거된다.

4NF

Restaurant	Pizza Variety	Delivery Area
A1 Pizza	Thick Crust	Springfield
A1 Pizza	Thick Crust	Shelbyville
A1 Pizza	Thick Crust	Capital City
A1 Pizza	Stuffed Crust	Springfield
A1 Pizza	Stuffed Crust	Shelbyville
A1 Pizza	Stuffed Crust	Capital City
Elite Pizza	Thin Crust	Capital City
Elite Pizza	Stuffed Crust	Capital City
Vincenzo’s Pizza	Thick Crust	Springfield
Vincenzo’s Pizza	Thick Crust	Shelbyville
Vincenzo’s Pizza	Thin Crust	Springfield
Vincenzo’s Pizza	Thin Crust	Shelbyville

• 테이블의 키가 Restaurant, Pizza Variant, Delivery Area뿐이므로 BCNF까지의 모든 정규 형식을 충족한다.
• 레스토랑이 제공하는 피자 품종이 배달 지역의 영향을 받지 않는다고 가정한다면 4NF를 충족하지 않는다.

Restaurant	Pizza Variety
A1 Pizza	Thick Crust
A1 Pizza	Stuffed Crust
Elite Pizza	Thin Crust
Elite Pizza	Stuffed Crust
Vincenzo’s Pizza	Thick Crust
Vincenzo’s Pizza	Thin Crust

Restaurant	Delivery Area
A1 Pizza	Springfield
A1 Pizza	Shelbyville
A1 Pizza	Capital City
Elite Pizza	Capital City
Vincenzo’s Pizza	Springfield
Vincenzo’s Pizza	Shelbyville

• 한 음식점에서 제공하는 피자 품종이 배달 지역마다 완전히 다르다면(다치 종속 관계를 제거한다면), 4NF를 만족시킬 것이다.

5NF

Traveling Salesman	Brand	Product Type
Jack Schneider	Acme	Vacuum Cleaner
Jack Schneider	Acme	Breadbox
Mary Jones	Robusto	Pruning Shears
Mary Jones	Robusto	Vacuum Cleaner
Mary Jones	Robusto	Breadbox
Mary Jones	Robusto	Umbrella Stand
Louis Ferguson	Robusto	Vacuum Cleaner
Louis Ferguson	Robusto	Telescope
Louis Ferguson	Acme	Vacuum Cleaner
Louis Ferguson	Acme	Lava Lamp
Louis Ferguson	Nimbus	Tie Rack

• 기본 키는 복합키인 (Traveling Salesman, Brand, Product Type)이며, 다치 종속성이 없기 때문에 4NF를 만족한다.

Traveling Salesman	Product Type
Jack Schneider	Vacuum Cleaner
Jack Schneider	Breadbox
Mary Jones	Pruning Shears
Mary Jones	Vacuum Cleaner
Mary Jones	Breadbox
Mary Jones	Umbrella Stand
Louis Ferguson	Telescope
Louis Ferguson	Vacuum Cleaner
Louis Ferguson	Lava Lamp
Louis Ferguson	Tie Rack

Traveling Salesman	Brand
Jack Schneider	Acme
Mary Jones	Robusto
Louis Ferguson	Robusto
Louis Ferguson	Acme
Louis Ferguson	Nimbus

Brand	Product Type
Acme	Vacuum Cleaner
Acme	Breadbox
Acme	Lava Lamp
Robusto	Pruning Shears
Robusto	Vacuum Cleaner
Robusto	Breadbox
Robusto	Umbrella Stand
Robusto	Telescope
Nimbus	Tie Rack

• 위 세 테이블 기반으로 보면 후보키를 통해서 조인 관계가 성립하므로, Louis Ferguson은 Acme가 만든 Vacuum Cleaner 뿐 아니라 Robusto가 만든 Vacuum Cleaner도 판매할 수 있다.

Reference

• Wiki-Database_normalization
• Wiki-First_normal_form
• Wiki-Second_normal_form
• Wiki-Third_normal_form
• WIki-Boyce–Codd_normal_form
• Wiki-Fourth_normal_form
• Wiki-Fifth_normal_form