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DATA MODELING · STEP 3 DEEP DIVE

정규화 심화

함수...

2026-11-04T03:35:38Z

새 문서: <div style="background:linear-gradient(135deg,#7a3e0c 0%,#c0620f 55%,#e67e22 100%);color:#ffffff;padding:30px 36px;border-radius:14px;margin-bottom:24px;box-shadow:0 4px 14px rgba(122,62,12,0.25);"> <div style="font-size:12px;letter-spacing:3px;opacity:0.8;margin-bottom:6px;">DATA MODELING · STEP 3 DEEP DIVE</div> <div style="font-size:28px;font-weight:700;line-height:1.3;">정규화 심화</div> <div style="font-size:15px;opacity:0.92;margin-top:10px;line-height:1.7;">함수...

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<div style="background:linear-gradient(135deg,#7a3e0c 0%,#c0620f 55%,#e67e22 100%);color:#ffffff;padding:30px 36px;border-radius:14px;margin-bottom:24px;box-shadow:0 4px 14px rgba(122,62,12,0.25);">
<div style="font-size:12px;letter-spacing:3px;opacity:0.8;margin-bottom:6px;">DATA MODELING · STEP 3 DEEP DIVE</div>
<div style="font-size:28px;font-weight:700;line-height:1.3;">정규화 심화</div>
<div style="font-size:15px;opacity:0.92;margin-top:10px;line-height:1.7;">함수 종속성 이론부터 BCNF · 4NF · 5NF, 그리고 실무에서의 판단 기준까지</div>
<div style="margin-top:16px;display:flex;flex-wrap:wrap;gap:8px;">
<span style="background:rgba(255,255,255,0.18);border:1px solid rgba(255,255,255,0.35);padding:4px 12px;border-radius:20px;font-size:12px;">선수 학습 · [[데이터 모델링 입문]] 5장</span>
<span style="background:rgba(255,255,255,0.18);border:1px solid rgba(255,255,255,0.35);padding:4px 12px;border-radius:20px;font-size:12px;">커리큘럼 · 7~8주차</span>
<span style="background:rgba(255,255,255,0.18);border:1px solid rgba(255,255,255,0.35);padding:4px 12px;border-radius:20px;font-size:12px;">난이도 · 중급</span>
</div>
</div>

__TOC__

== 1. 정규화를 다시 보다 ==
정규화는 "테이블을 쪼개는 기술"이 아니라 '''하나의 사실(Fact)을 한 곳에만 저장하도록 만드는 원칙'''이다. 쪼개는 것은 결과일 뿐이며, 기준은 언제나 '''함수 종속성'''이다.

<div style="border-left:5px solid #e67e22;background:#fff6ec;padding:14px 20px;margin:16px 0;border-radius:0 8px 8px 0;">
'''핵심 문장''' — "모든 비키 속성은 '''키'''에, '''키 전체'''에, 그리고 '''키 외에는 아무것에도''' 종속되지 않아야 한다."<br/>
<span style="font-size:13px;color:#6b5a4a;">(The key, the whole key, and nothing but the key) — 각각 1NF · 2NF · 3NF에 대응</span>
</div>

== 2. 함수 종속성 이론 ==
=== 2.1 기본 용어 ===
{| class="wikitable" style="width:100%;"
|- style="background:#7a3e0c;color:#fff;"
! 용어 !! 표기 !! 설명
|-
| 함수 종속 || X → Y || X 값이 같으면 Y 값도 반드시 같다
|-
| 완전 함수 종속 || X ⇒ Y || Y가 X 전체에 종속, X의 진부분집합에는 종속되지 않음
|-
| 부분 함수 종속 || (A,B) → C, A → C || 복합키의 일부만으로 C가 결정됨
|-
| 이행 함수 종속 || A → B, B → C ⟹ A → C || 키가 아닌 속성을 거쳐 간접 결정
|-
| 다치 종속 (MVD) || X ↠ Y || X 값 하나에 Y 값의 '''집합'''이 독립적으로 대응
|-
| 조인 종속 (JD) || *(R1, R2, …, Rn) || 분해한 릴레이션들을 조인하면 원래 릴레이션이 복원됨
|}

=== 2.2 암스트롱 공리 (Armstrong's Axioms) ===
함수 종속으로부터 새로운 종속을 추론하는 규칙. 후보키 도출과 정규형 판정의 근거가 된다.
{| class="wikitable" style="width:100%;"
|- style="background:#fbeee0;"
! 구분 !! 규칙 !! 내용
|-
| rowspan="3" | 기본 규칙
| 반사 (Reflexivity) || Y ⊆ X 이면 X → Y
|-
| 첨가 (Augmentation) || X → Y 이면 XZ → YZ
|-
| 이행 (Transitivity) || X → Y, Y → Z 이면 X → Z
|-
| rowspan="3" | 유도 규칙
| 합집합 (Union) || X → Y, X → Z 이면 X → YZ
|-
| 분해 (Decomposition) || X → YZ 이면 X → Y, X → Z
|-
| 의사이행 (Pseudo-transitivity) || X → Y, WY → Z 이면 WX → Z
|}

=== 2.3 속성 폐포(Closure)로 후보키 찾기 ===
<syntaxhighlight lang="text">
릴레이션 R(A, B, C, D, E)
FD = { A → B, B → C, CD → E }

{A}+ = {A, B, C} → 후보키 아님
{A,D}+ = {A, D, B, C, E} → 모든 속성 포함 ⇒ 후보키
{B,D}+ = {B, D, C, E} → A 미포함

∴ 후보키 = {A, D}
- 2NF 위반: A → B (키의 일부에 종속)
- 3NF 위반: B → C (비키 → 비키)
</syntaxhighlight>

<div style="border:1px solid #f0d9b5;background:#fffaf0;padding:12px 18px;border-radius:8px;margin:14px 0;">
💡 '''요령''' — FD의 '''오른쪽에 한 번도 나오지 않는 속성'''은 반드시 후보키에 포함된다. 위 예에서 A와 D가 그렇다.
</div>

== 3. 정규형 상세 ==
<div style="display:flex;flex-wrap:wrap;gap:8px;margin:14px 0;">
<div style="flex:1 1 120px;background:#2b7bb9;color:#fff;border-radius:8px;padding:10px;text-align:center;">'''1NF'''<br/><span style="font-size:12px;">원자값</span></div>
<div style="flex:1 1 120px;background:#16a085;color:#fff;border-radius:8px;padding:10px;text-align:center;">'''2NF'''<br/><span style="font-size:12px;">부분 종속 ✕</span></div>
<div style="flex:1 1 120px;background:#e67e22;color:#fff;border-radius:8px;padding:10px;text-align:center;">'''3NF'''<br/><span style="font-size:12px;">이행 종속 ✕</span></div>
<div style="flex:1 1 120px;background:#8e44ad;color:#fff;border-radius:8px;padding:10px;text-align:center;">'''BCNF'''<br/><span style="font-size:12px;">결정자 = 후보키</span></div>
<div style="flex:1 1 120px;background:#5d6d7e;color:#fff;border-radius:8px;padding:10px;text-align:center;">'''4NF'''<br/><span style="font-size:12px;">다치 종속 ✕</span></div>
<div style="flex:1 1 120px;background:#34495e;color:#fff;border-radius:8px;padding:10px;text-align:center;">'''5NF'''<br/><span style="font-size:12px;">조인 종속 ✕</span></div>
</div>

=== 3.1 제1정규형 (1NF) — 흔한 위반 패턴 ===
{| class="wikitable" style="width:100%;"
|- style="background:#fbeee0;"
! 위반 패턴 !! 예 !! 해결
|-
| 다중값 컬럼 || <code>전화번호 = '010-1111, 02-2222'</code> || 고객연락처 엔터티로 분리
|-
| 반복 컬럼 || <code>전화1, 전화2, 전화3</code> || 행으로 전환 (연락처유형코드 + 번호)
|-
| 복합 의미 컬럼 || <code>주소 = '서울시 강남구 …'</code>를 시·구 단위로 조회 || 업무상 조회 단위라면 분리
|-
| JSON/CSV 저장 || <code>태그 = 'DB,ORACLE,RAC'</code> || 태그 매핑 엔터티 (M:N 해소)
|}

=== 3.2 제2정규형 (2NF) ===
'''조건''' 1NF이며 모든 비키 속성이 기본키에 '''완전 함수 종속'''.<br/>
단일 컬럼 PK인 테이블은 1NF만 만족하면 자동으로 2NF이다. 2NF 문제는 '''복합키'''에서만 발생한다.

{| class="wikitable" style="width:100%;font-size:13px;"
|+ 수강 (위반)
|- style="background:#fdecea;"
! <u>학번</u> !! <u>과목코드</u> !! 성적 !! 과목명 !! 학점수
|-
| S01 || DB101 || A || 데이터베이스 || 3
|}
→ <code>과목코드 → 과목명, 학점수</code> (부분 종속) ⟹ '''수강(학번, 과목코드, 성적)''' + '''과목(과목코드, 과목명, 학점수)'''

=== 3.3 제3정규형 (3NF) ===
'''조건''' 2NF이며 비키 속성 간 '''이행 종속'''이 없음.<br/>
형식적 정의: 모든 비자명 FD X → A 에 대해 '''X가 슈퍼키'''이거나 '''A가 주요 속성(후보키의 일부)'''이다.

{| class="wikitable" style="width:100%;font-size:13px;"
|+ 사원 (위반)
|- style="background:#fdecea;"
! <u>사원번호</u> !! 사원명 !! 부서코드 !! 부서명 !! 부서위치
|-
| E01 || 홍길동 || D10 || 개발팀 || 판교
|}
→ <code>사원번호 → 부서코드 → 부서명, 부서위치</code> ⟹ '''사원''' + '''부서''' 분리

=== 3.4 BCNF (Boyce-Codd Normal Form) ===
'''조건''' 모든 결정자가 '''후보키'''이다. 3NF에서 "A가 주요 속성이면 허용"하던 예외를 없앤 강화된 형태.

'''대표 예제 — 특강 신청'''
* 업무 규칙: 학생은 과목별로 한 교수에게만 수강한다. '''교수는 한 과목만 담당'''한다.
{| class="wikitable" style="width:100%;font-size:13px;"
|+ 특강신청 — PK(학번, 과목)
|- style="background:#fdecea;"
! <u>학번</u> !! <u>과목</u> !! 교수
|-
| S01 || 데이터베이스 || 김교수
|-
| S02 || 데이터베이스 || 이교수
|-
| S01 || 운영체제 || 박교수
|}
* FD: (학번, 과목) → 교수, '''교수 → 과목'''
* 교수는 결정자인데 후보키가 아님 → '''BCNF 위반''' (3NF는 만족: 과목이 주요 속성이므로)
* 이상현상: 김교수가 담당 과목을 바꾸면 여러 행 수정 필요, 신청자가 없는 교수의 담당 과목 기록 불가

'''분해 결과'''
<div style="display:flex;flex-wrap:wrap;gap:12px;">
<div style="flex:1 1 200px;">
{| class="wikitable" style="width:100%;font-size:13px;"
|+ 수강교수
|- style="background:#f5eefa;"
! <u>학번</u> !! <u>교수</u>
|-
| S01 || 김교수
|-
| S02 || 이교수
|-
| S01 || 박교수
|}
</div>
<div style="flex:1 1 200px;">
{| class="wikitable" style="width:100%;font-size:13px;"
|+ 교수과목
|- style="background:#f5eefa;"
! <u>교수</u> !! 과목
|-
| 김교수 || 데이터베이스
|-
| 이교수 || 데이터베이스
|-
| 박교수 || 운영체제
|}
</div>
</div>

<div style="border-left:5px solid #c0392b;background:#fdf1ef;padding:12px 18px;margin:14px 0;border-radius:0 8px 8px 0;">
⚠ '''BCNF 분해의 대가''' — 위 분해에서는 "학생은 과목별로 한 교수에게만 수강"이라는 FD (학번, 과목) → 교수가 '''어느 한 테이블에서도 키로 보장되지 않는다'''. 즉 BCNF 분해는 '''종속성 보존'''을 잃을 수 있다. 실무에서는 3NF에서 멈추고 제약조건(트리거·애플리케이션)으로 보완하는 선택도 흔하다.
</div>

=== 3.5 제4정규형 (4NF) — 다치 종속 ===
'''조건''' BCNF이며 자명하지 않은 다치 종속 X ↠ Y가 있다면 X는 슈퍼키이다.<br/>
서로 '''독립적인 다중값 사실 두 개'''를 한 테이블에 넣으면 발생한다.

{| class="wikitable" style="width:100%;font-size:13px;"
|+ 사원역량 (위반) — 보유기술과 사용언어는 서로 무관
|- style="background:#fdecea;"
! <u>사원</u> !! <u>기술</u> !! <u>언어</u>
|-
| 홍길동 || Oracle || 한국어
|-
| 홍길동 || Oracle || 영어
|-
| 홍길동 || Python || 한국어
|-
| 홍길동 || Python || 영어
|}
→ 사원 ↠ 기술, 사원 ↠ 언어. 기술 하나 추가 시 언어 수만큼 행 추가 ⟹ '''사원기술(사원, 기술)''' + '''사원언어(사원, 언어)'''

=== 3.6 제5정규형 (5NF / PJNF) — 조인 종속 ===
'''조건''' 모든 조인 종속이 후보키에 의해서만 함축된다.<br/>
3개 이상의 엔터티가 '''순환적 업무 규칙'''으로 묶일 때 문제가 된다.

* 예: "공급업체 S가 부품 P를 공급하고, 프로젝트 J가 부품 P를 사용하며, S가 J에 납품한다면 → S는 J에 P를 공급한다" 라는 규칙이 성립하는 경우
* 이 경우 (S, P, J) 3원 테이블은 '''(S,P), (P,J), (S,J)''' 세 개로 분해 후 조인해도 정확히 복원된다 → 분해 대상
* 규칙이 성립하지 않으면 3원 관계 자체가 의미 있는 사실이므로 분해하면 '''거짓 튜플(Spurious Tuple)'''이 생긴다

<div style="border:1px solid #f0d9b5;background:#fffaf0;padding:12px 18px;border-radius:8px;margin:14px 0;">
💡 '''실무 감각''' — 현업 모델에서 4NF·5NF 위반은 대부분 "M:N 관계 두 개를 하나의 교차 엔터티에 몰아넣은 경우"다. 교차 엔터티를 만들 때 '''"이 세 속성은 동시에 하나의 사실인가?"'''를 질문하면 대부분 예방된다.
</div>

== 4. 분해의 두 가지 원칙 ==
{| class="wikitable" style="width:100%;"
|- style="background:#7a3e0c;color:#fff;"
! 원칙 !! 의미 !! 위반 시
|-
| '''무손실 조인''' (Lossless Join) || 분해된 테이블을 조인하면 원래 데이터가 정확히 복원된다. 공통 속성이 한쪽의 키여야 한다 || 거짓 튜플 발생 — '''절대 위반 불가'''
|-
| '''종속성 보존''' (Dependency Preservation) || 원래의 모든 FD가 분해된 어느 테이블 안에서 검사 가능하다 || 업무 규칙을 조인·트리거로 검증해야 함
|}
* 3NF까지는 두 원칙을 '''항상 동시에''' 만족하는 분해가 존재한다.
* BCNF는 무손실은 보장되지만 종속성 보존은 보장되지 않는다.

== 5. 실무에서 정규화 판단하기 ==
=== 5.1 정규화가 성능을 높이는 경우 ===
* 갱신 대상 행 수 감소 → '''Redo/Undo 감소''', 락 범위 축소
* 테이블 폭이 줄어 블록당 행 수 증가 → '''Buffer Cache 효율''' 향상, Full Scan 비용 감소
* 중복 컬럼 동기화 트리거·배치 제거

=== 5.2 정규화가 성능을 떨어뜨리는 경우 ===
* 조회 시 다단계 조인이 필수인 대량 범위 조회 (통계·리포트)
* 조인 키 분포가 나빠 NL 조인 랜덤 I/O가 폭증하는 경우

=== 5.3 판단 순서 ===
# 먼저 '''3NF까지 정규화'''한 논리 모델을 만든다. (반정규화는 정규화된 모델에서만 의미가 있다)
# 핵심 SQL과 처리량(TPS, 일 건수, 조회 범위)을 정의한다.
# 인덱스·파티션·Materialized View·클러스터로 해결 가능한지 검토한다.
# 그래도 부족하면 반정규화하고 '''정합성 유지 방안을 문서화'''한다.

== 6. 연습 문제 ==
<div class="mw-collapsible mw-collapsed" style="border:1px solid #f0d9b5;border-radius:10px;padding:12px 18px;margin-bottom:12px;">
'''문제 1.''' R(학번, 이름, 학과코드, 학과명, 과목코드, 성적), FD = {학번 → 이름, 학과코드 / 학과코드 → 학과명 / (학번, 과목코드) → 성적}. 3NF로 분해하라.
<div class="mw-collapsible-content" style="margin-top:8px;color:#5a4a3a;">
'''해설''' 후보키 (학번, 과목코드).
* 부분 종속 제거 → 학생(<u>학번</u>, 이름, 학과코드), 성적(<u>학번</u>, <u>과목코드</u>, 성적)
* 이행 종속 제거 → 학생(<u>학번</u>, 이름, 학과코드), 학과(<u>학과코드</u>, 학과명)
* 최종: '''학생, 학과, 성적''' 3개
</div>
</div>

<div class="mw-collapsible mw-collapsed" style="border:1px solid #f0d9b5;border-radius:10px;padding:12px 18px;margin-bottom:12px;">
'''문제 2.''' R(A, B, C), FD = {AB → C, C → B}. 이 릴레이션은 3NF인가? BCNF인가?
<div class="mw-collapsible-content" style="margin-top:8px;color:#5a4a3a;">
'''해설''' 후보키 {A,B}, {A,C}. B, C 모두 주요 속성.
* C → B: C는 슈퍼키가 아니지만 B가 주요 속성 → '''3NF 만족'''
* 결정자 C가 후보키가 아님 → '''BCNF 위반'''
</div>
</div>

<div class="mw-collapsible mw-collapsed" style="border:1px solid #f0d9b5;border-radius:10px;padding:12px 18px;margin-bottom:12px;">
'''문제 3.''' 상품(상품코드, 색상, 사이즈)에서 색상과 사이즈는 상품별로 독립적으로 제공된다. 어떤 정규형 위반이며 어떻게 분해하는가?
<div class="mw-collapsible-content" style="margin-top:8px;color:#5a4a3a;">
'''해설''' 상품 ↠ 색상, 상품 ↠ 사이즈 → '''4NF 위반'''. 상품색상(<u>상품코드</u>, <u>색상</u>), 상품사이즈(<u>상품코드</u>, <u>사이즈</u>)로 분해. 단, 실제 재고가 색상×사이즈 조합(SKU) 단위로 관리된다면 3원 관계 자체가 사실이므로 분해하지 않는다.
</div>
</div>

<div style="margin-top:30px;padding:14px 20px;border-top:3px solid #7a3e0c;background:#fdf7f1;border-radius:0 0 10px 10px;font-size:13px;color:#5a4a3a;">
'''이전''' ← [[데이터 모델링 입문]]  |  '''다음''' → [[ERD 작성 실습]] · [[Oracle 물리 설계]]
</div>

[[분류:데이터 모델링]]
[[분류:데이터 모델링 정규화]]

데이터 모델링 정규화 심화 - 편집 역사

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