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고관계형 데이터베이스의 구조

관계형 데이터베이스의 개요

개체(Entity)나 관계(Relationship)를 릴레이션(Relation)이라는 표로 표현
릴레이션에는 개체 릴레이션, 관계 릴레이션이 있음
장점 : 간결하고 타 DB로의 변환이 용이
단점 : 성능 다소 저하

관계형 데이터베이스의 Relation 구조

릴레이션은 릴레이션 스키마와 릴레이션 인스턴스로 구성

튜플(Tuple)

릴레이션의 각 행
속성의 모임으로 구성
파일 구조에서의 레코드에 해당
튜플의 수를 카디널리티(Cardinality) 혹은 기수, 대응수라고 함

속성(Attribute)

데이터베이스를 구성하는 가장 작은 논리적 단위
파일 구조에서의 데이터 항목 또는 데이터 필드에 해당
개체의 특성을 기술
속서으이 수를 디그리(Degree) 혹은 차수라고 함

도메인(Domain)

하나의 속성이 취할 수 있는 같은 원자(Atomic)들의 집합
속성 값의 합법 여부 검사에도 이용

릴레이션의 특징

한 릴레이션의 튜플은 모두 다름
한 릴레이션의 튜플 사이 순서는 없음
튜플의 삽입 삭제 등으로 릴레이션은 변함
릴레시면 스키마 속성 간 순서 중요하지 않음
속성의 명칭은 유일해야하나, 값은 동일할 수 있음
릴레이션 속성들의 부분집합을 키(Key)로 설정
속성의 값은 더 쪼갤 수 없는 원자값만을 저장

관계형 데이터베이스의 제약 조건

- 정확성을 위해 키를 이용하여 입력 데이터 제한

키(Key)의 개념 및 종류

튜플을 찾거나 정렬할 때, 튜플의 기준이 되는 애트리뷰트(속성)

후보키(Candidate Key)

기본키로 사용할 수 있는 속성
릴레이션에는 반드시 하나 이상 존재
릴레이션의 튜플에 대해 유일성과 최소성 만족
- 유일성 (Unique) : 하나의 키 값으로 하나의 튜플 식별
- 최소성 (Minimality) : 식별에 꼭 필요한 속성으로 구성

기본키(Primary Key)

후보키 중 선택한 키
릴레이션에서 튜플을 구별하는 속성
Null값을 못가짐
동일한 값 중복저장 불가

대체키(Alternate Key)

후보키가 둘 이상일 때 기본키를 제외한 후보키
보조키라고도 함

슈퍼키(Super Key)

릴레이션 내 속성의 집합으로 구성된 키
유일성을 만족하나, 최소성은 만족 못함

외래키(Foreign Key)

관계를 맺는 릴레이션 R1,R2에서 R1이 참조하는 'R2의 기본키와 같은 속성'
릴레이션 간 참조관계 표현
외래키로 지정되면 참조 릴레이션의 기본키에 없는 값은 삽입불가

무결성

개체 무결성

기본키를 구성하는 속성은 널(NULL) 값이나 중복값 불가능

참조 무결성

외래키 값은 NULL이거나 참조한 릴레이션의 기본키 값들과 값아야함. 즉 참조할 수 없는 값은 외래키 값을 가질 수 없음
외래키와 참조 테이블의 기본키는 도메인과 속성 개수가 같아야 함

관계대수 및 관계해석

관계대수의 개요

관계형 데이터베이스에서 정보 검색 방법을 기술하는 절차적 언어
연산자와 연산규칙을 제공, 피연산자가 릴레이션이고, 결과도 릴레이션
연산의 순서 명시
순수 관계 연산자 : Select Project, Join, Division
일반 집합 연산자 : UNION(합집합), INTERSECTION(교집합), DIFFERENCE(차집합), CARTESIAN PRODUCT(교차곱)

순수 관계 연산자

Select

선택 조건을 만족하는 튜플의 부분집합으로 새 릴레이션 반환
릴레이션의 행(가로)에 해당하는 튜플을 구하므로 수평 연산이라고도 함
표기 형식 : 시그마. [σ<조건>(R)]

Project

속성 List에 제시된 Attribute만을 추출
릴레이션의 열(세로)에 해당하는 속성을 추출하므로 수직 연산이라고도 함
표기형식 : 파이. [π <속성리스트> (R)]

Join

공통 속성을 중심으로 두 릴레이션을 합쳐 새 릴레이션을 만드는 연산
표기 형식 : R ⋈ 키속성r=키속성s S
(키속성r은 릴레이션 R의 속성, 키속성s는 릴레이션 S의 속성)

Division

X ⊃ Y 인 두 릴레이션 R(X), S(Y)에서 R의 속성이 S의 속성값은 모두 가질 때, S의 속성을 제외한 속상을 구하는 연산
표기 형식 : R [속성r ÷ 속성s] S

일반 집합 연산자

- 수학적 집합에서 사용하는 연산을 릴레이션 연산에 적용

합집합, 교집합, 차집합은 합병 조건이가능
합병 조건 : 두 릴레이션 간 속성 수가 같고, 속성이 가질 수 있는 도메인의 범위가 같음
합병 가능 릴레이션 R, S이 있을 때, 연산의 특징

연산자	기능 및 수학적 표현	카디널리티
합집합 UNION ∪	- 두 릴레이션 튜플의 합집합 (중복 튜플 제거) - R ∪ S = { t \| t ∈ R ∨ t ∈ S } (t 는 두 릴레이션에 모두 존재하는 튜플)	- \|R∪S\| ≤ \|R\| + \|S\| - 두 릴레이션 카디널리티 합보다 작거나 같음
교집합 INTERSECTION ∩	- 두 릴레이션 튜플의 교집합 - R ∩ S = { t \| t ∈ R ∧ t ∈ S } (t 는 두 릴레이션에 모두 존재하는 튜플)	- \|R∩S\| ≤ MIN{\|R\|, \|S\|} - 카디널리티가 적은 릴레이션의 카디널리티보다 작거나 같음
차집합 DIFFERENCE -	- 두 릴레이션 튜플의 차집합 - R - S = { t \| t ∈ R ∧ t ∉ S } (t 는 릴레이션 R에는 존재하고 S에 없는 튜플)	- \|R-S\| ≤ \|R\| - 릴레이션 R의 카디널리티보다 작거나 같음
교차곱 CARTESIAN PRODUCT ×	- 두 릴레이션 튜플의 순서쌍 - R × S = { r * s \| r ∈ R ∧ s ∉ S } (r은 R에 존재하는 튜플, s는 S에 존재하는 튜플)	- \|R×S\| = \|R\| ×\|S\| - 두 릴레이션의카디널리티 곱

관계해석

관계 데이터의 연산 표현법, 정보 정의를 위해 계산 수식 사용
정보가 무엇이냐만 정의하는 비절차적 특성
튜플 관계해석과 도메인 관계해석
관계해석과 관계대수는 DB 처리 기능면에서 동등, 관계대수식을 관계해석으로 표현가능
질의어 표현

정규화

정규화의 개요

잘못 설계된 관계형 스키마를 더 작은 속성의 세트로 쪼개 고치는 과정
릴레이션 마다 종속성이 표현되도록 분해
정규형의 차수가 높아질수록 제약조건 증가
논리적 설계 단계에서 수행
논리적 처리 및 품질에 영향

정규화의 목적

데이터 구조 안정성
릴레이션을 데이터베이스 내에서 표현 가능
효과적 검색 알고리즘 생성
중복 배제를 통한 삽입,삭제,갱신 이상 발생 방지
데이터 삽입시 릴레이션 재구성 필요 감축

Anomaly(이상)의 개념 및 종류

- 데이터 중복과 릴레이션 조작 이상

삽입 이상(Insertion Anomaly) : 삽입의도와 별개로 원하지 않은 값의 삽입 현상
삭제 이상(Deletion Anomaly) : 삭제 의도와는 상관없는 값도 삭제되는 연쇄 삭제 현상
갱신 이상(Update Anomaly) : 속성값 갱신 시 일부 튜플의 정보만 갱신되어 정보에 모순이 발생하는 현상

정규화의 원칙

스키마 변환 시 정보의 무손실 표현
독립된 관계성은 독립된 릴레이션으로 분리
데이터 중복성 감소

정규화 과정

1NF(제1정규형)

릴레이션의 모든 도메인이 원자값(Atomic Value)으로 구성
릴레이션의 모든 속성이 단순 영역에서 정의

2NF(제2정규형)

릴레이션 R이 1NF, 모든 속성이 기본키에 대해 완전 함수적 종속관계 만족

함수적 종속 관계 : 릴레이션(학번, 이름, 과목명)에서 '학번'이 결정되면 항상 같은 '이름'이 대응

완전 함수적 종속 관계 : 속성 A가 다른 속성들의 집합 B전체에 대해 함수적 종속이지만, B의 진부분 집합에 대해서는 종속이 아님. ; 릴레이션 (학번, 과목명, 성적)에서 '성적'이 (학번, 과목명)에는 함수 종속이나 '학번'이나 '과목명'에는 아님.

3NF(제3정규형)

릴레이션 R이 2NF, 키가 아닌 모든 속성이 기본키에 대해 이행적 종속관계 (A→B 이고 B→C일 때, A→C인 관계)를이루지 않도록 제한

- 종속성을 보존하며 설계를 얻을 수 있음

BCNF(Boyce-Codd 정규형)

릴레이션 R의 결정자가 모두 후보키 (결정자 : '학번'에 따라 '이름'이 결정될 때, '학번' : 결정자, '이름' : 종속자)
3NF에서 후보키가 많고 서로 중첩되는 경우 적용
모든 경우가 종속성을 보존하진 않음
제약 조건
- 모든 속성은 각 키에 대해 종속
- 모든 속성은 자신이 들어가지 않은 모든 키에 대해 완전 종속
- 키가 아닌 속성에 대해 완전 종속 불가

4NF(제4정규형)

릴레이션 R에 A-≫B가 성립할 때, R의 모든 속성이 A에 함수적 종속 (A-≫B : 다치 종속)

5NF(제5정규형)

릴레이션 R의 모든 조인 종속성(JD)의 만족이 R의 후보키를 통해만 만족 될 경우

정규화 과정 정리

비정규 릴레이션 →(도메인이 원자값) 1NF →(부분적 함수 종속 제거) 2NF →(이행적 함수 종속제거) 3NF →(결정자이면서 후보키가 아닌 것 제거) BCNF →(다치 종속) 4NF →(조인 종속성 이용) 5NF