제3정규형

3. "키, 전체 키, 그리고 키 외에는 아무것도 아닌 것"

빌 켄트는 정규형 중 하나인 3NF의 정의를 법정에서의 전통적인 맹세에 비유하여 다음과 같이 표현했다: "[모든] 비키(non-key) 속성은 키(the key), 전체 키(the whole key), 그리고 키 외에는 아무것도 아닌 것(nothing but the key)에 대한 사실을 제공해야 한다".^[7] 이는 "코드님, 도와주세요"라는 맹세를 덧붙여 변형되기도 한다.^[8]

이 표현은 3NF를 이해하는 데 도움을 준다.

• "키"의 존재를 요구하는 것은 테이블이 1NF을 만족해야 함을 의미한다.
• 비키 속성이 "전체 키"에 의존해야 한다는 요구는 2NF을 만족해야 함을 의미한다. 즉, 복합 키의 일부가 아닌 전체에 종속되어야 한다.
• 비키 속성이 "키 외에는 아무것도 아닌 것"에 의존해야 한다는 추가 요구는 3NF를 만족해야 함을 의미한다. 이는 키가 아닌 속성에 종속되어서는 안 된다는 뜻이다(즉, 전이 종속성이 없어야 한다).

이 테이블에서 각 행은 특정 연도의 토너먼트 우승자를 나타내므로, {토너먼트, 연도}는 행을 고유하게 식별하는 후보 키이다. 그러나 이 테이블은 3NF를 위반한다. 왜냐하면 비키 속성인 '우승자 생년월일'이 후보 키 {토너먼트, 연도}에 직접 종속되지 않고, 다른 비키 속성인 '우승자'를 통해 전이적으로 종속되기 때문이다. 즉, {토너먼트, 연도} → 우승자 → 우승자 생년월일의 종속 관계가 성립한다. 이러한 구조는 '우승자 생년월일' 정보가 '우승자' 정보에 따라 중복 저장될 수 있으며, 만약 동일한 우승자의 생년월일이 잘못 입력될 경우 데이터의 논리적 불일치가 발생할 수 있다.

3NF를 만족시키면서 동일한 정보를 표현하려면 테이블을 두 개로 분할해야 한다.

이렇게 테이블을 분할하면 '우승자 생년월일' 테이블에서 '우승자' 속성이 후보 키가 되므로, 각 우승자에 대해 단 하나의 생년월일만 저장할 수 있게 된다. 이를 통해 데이터 중복 및 업데이트 이상 문제를 해결하고 데이터 무결성을 유지할 수 있다.

4. 제3 정규형 (3NF) 예제

다음은 2NF는 만족하지만 3NF는 만족하지 못하는 테이블과 이를 3NF로 분해한 예시이다.

위 테이블을 3NF로 변형하면 다음과 같이 두 개의 테이블로 분해된다.

4. 1. 3NF 위반 예시

이 테이블은 2NF를 만족한다. 모든 주요 속성이 아닌 속성("우승자", "우승자 생년 월일")은 후보 키 {대회, 연도} 전체에 완전 함수 종속되기 때문이다. 즉, {대회, 연도} → 우승자, {대회, 연도} → 우승자 생년 월일 관계가 성립한다.

하지만 이 테이블은 3NF를 만족하지 못한다. 주요 속성이 아닌 속성 간의 종속성, 즉 전이적 종속성이 존재하기 때문이다. "우승자 생년 월일"은 후보 키 {대회, 연도}에 직접 종속되지 않고, 후보 키가 아닌 속성 "우승자"에 함수 종속된다. ({대회, 연도} → 우승자 이고, 우승자 → 우승자 생년 월일)

이러한 전이적 종속성은 데이터 중복 및 갱신 이상 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들어, Al Fredrickson의 생년월일이 변경되면 해당 정보가 포함된 모든 행을 수정해야 하는 번거로움이 발생한다.

이 테이블을 3NF로 변형하려면 전이적 종속성을 제거해야 하며, 이는 종속 관계에 따라 테이블을 분해함으로써 가능하다.

위와 같이 테이블을 분해하면 각 테이블은 3NF를 만족하게 된다. 첫 번째 테이블에서는 {대회, 연도}가 기본 키이고, 두 번째 테이블에서는 {우승자}가 기본 키이다. "우승자 생년 월일"은 이제 "우승자" 테이블에서 기본 키인 "우승자"에 직접 종속되므로 전이적 종속성이 제거되었다.

4. 2. 3NF 만족 예시

이 테이블에서 전이적 종속성을 제거하여 3NF를 만족시키기 위해서는 테이블을 분리해야 한다. '우승자'와 '우승자 생년 월일' 간의 함수 종속성을 별도의 테이블로 분리하면 다음과 같이 3NF를 만족하는 두 개의 테이블로 나눌 수 있다.

5. 3NF 정규화

관계형은 항상 제3정규형(3NF)으로 분해될 수 있다. 이 분해 과정은 함수적 종속성을 보존하며, 다항 시간 내에 계산 가능하다.^[10]

5. 1. 정규화 과정

6. 3NF의 한계 및 추가 정규화

대부분의 제3정규형 테이블은 데이터 갱신, 삽입, 삭제 시 발생하는 이상 현상이 없다. 하지만 드물게 특정 유형의 3NF 테이블에서는 이러한 이상 현상이 나타날 수 있다. 이는 해당 테이블이 보이스-코드 정규형 (BCNF)을 만족하지 못하거나, BCNF를 만족하더라도 더 높은 수준의 정규형인 4차 정규형 (4NF) 또는 5차 정규형 (5NF)을 만족하지 못하기 때문이다.

참조

_[1] 서적 Further Normalization of the Data Base Relational Model
_[2] 간행물 Further Normalization of the Data Base Relational Model
_[3] 서적
_[4] 서적
_[5] 논문 A New Normal Form for the Design of Relational Database Schemata 1982-09
_[6] 서적 Database System Concepts http://www.db-book.c[...]
_[7] 논문 A Simple Guide to Five Normal Forms in Relational Database Theory http://www.bkent.net[...] 1983-02
_[8] 서적 Database Management Scott, Foresman 1989
_[9] 서적 An Introduction to Database Systems Addison Wesley 2000
_[10] 서적 Foundations of Databases http://webdam.inria.[...] Addison-Wesley 1995
_[11] 웹사이트 Decomposition, 3NF, BCNF https://faculty.ksu.[...]
_[12] 뉴스 Comparisons between Data Warehouse modelling techniques – Roelant Vos http://roelantvos.co[...] 2013-02-12
_[13] 웹사이트 Hadoop Data Modeling Lessons https://infocus.dell[...] Dell EMC Services 2014-09-23
_[14] 논문 Tidy Data https://doi.org/10.1[...] 2014-09-12