Chapter 02. 관계 데이터 모델

 

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국민대학교에서 "오라클로 배우는 데이터베이스 개론과 실습(2판)" 을 이용한
신인수 교수님의 강의 교안을 이용하여 수업 내용을 정리하였습니다

 

 

1. 관계 데이터 모델의 개념

 

릴레이션

 

릴레이션(relation) : 행과 열로 구성된 테이블

 

관계(relationship) 

 

=> 1. 릴레이션 내에서 생성되는 관계 : 릴레이션 내 데이터들의 관계
(각각의 열(=집합) 에서 원소 한 개씩을 선택하여 하나의 행이 만들어진 것으로 이 원소들이 관계를 맺고 있음)

 

=> 2. 릴레이션 간에 생성되는 관계 : 릴레이션 간의 관계

 

릴레이션 스키마와 인스턴스

 

 

• 스키마의 요소
  
  
  • 속성(attribute) : 릴레이션 스키마의 열
    
    
  • 도메인(domain) : 속성이 가질 수 있는 값의 집합 (가질 수 있는 값의 범위 등)
    
    
  • 차수(degree) : 속성의 개수
    
    
• 스키마의 표현
  
  
  • 릴레이션 이름(속성1 : 도메인1, 속성2 : 도메인2, 속성3 : 도메인3 ...)
    
    EX. 도서 (도서번호 : integer, 도서이름 : char(40), 출판사 : char(40)) => 도메인 포함 
    
    
• 인스턴스 요소
  
  
  • 투플(tuple) : 릴레이션의 행
    
    
  • 카디날리티(cardinality) : 투플의 수

투플이 가지는 속성의 개수는 릴레이션 스키마의 차수와 동일하고, 릴레이션 내의 모든 투플들은 서로 중복 X 

 

 

릴레이션의 특징

 

 

 

1. 속성은 단일 값을 가진다

 

=> 각 속성의 값은 도메인에 정의된 값만을 가지며, 그 값은 모두 단일 값이여야 함

 

2. 속성은 서로 다른 이름을 가진다

 

=> 속성은 한 릴레이션에서 서로 다른 이름을 가져야만 함

 

3. 한 속성의 값은 모두 같은 도메인 값을 가진다

 

=> 한 속성에 속한 열은 모두 그 속성에서 정의한 도메인 값만 가질 수 있음

 

4. 속성의 순서는 상관없다

 

=> 속성의 순서가 달라도 릴레이션 스키마는 같음

(릴레이션 스키마에서 (이름, 주소) 순으로 속성을 표시하거나 (주소, 이름) 순으로 표시하여도 상관 X)

 

5. 릴레이션 내의 중복된 투플은 허용하지 않는다

 

=> 하나의 릴레이션 인스턴스 내에서는 서로 중복된 값을 가질 수 없음 (모든 투플은 서로 값이 달라야 함)

 

6. 투플의 순서는 상관없다

 

=> 투플의 순서가 달라도 같은 릴레이션임

(관계 데이터 모델의 투플은 실제적인 값을 가지고 있으며 이 값은 시간이 지나면서 데이터의 삽입, 삭제, 수정에 따라 순서가 바뀔 수 있음)

 

관계 데이터 모델

관계 데이터 모델은 데이터를 2차원 테이블 형태인 릴레이션으로 표현함

 

=> 릴레이션에 대한 제약조건(constraints)과 관계 연산을 위한 관계대수(relational algebra)를 정의함

 

 

 

2. 무결성 제약조건

 

키

 

key는 특정 투플을 식별할 때 사용하는 속성 혹은 속성의 집합이다

 

=> 릴레이션은 중복된 투플을 허용하지 않기 때문에 각각의 투플에 포함된 속성들 중 어느 하나(혹은 하나 이상)는 값이 달라야함 즉, 키가 되는 속성(혹은 속성의 집합)은 반드시 값이 달라서 투플들을 서로 구별할 수 있어야 함

 

=> 키는 릴레이션 간의 관계를 맺는 데도 사용!

 

 

 

1. 슈퍼키 (super key) : 투플을 유일하게 식별할 수 있는 하나의 속성 혹은 속성의 집합 (유일성)

 

투플을 유일하게 식별할 수 있는 값이면 모두 슈퍼키가 될 수 있다

 

EX. (주민번호), (주민번호, 이름), (주민번호, 이름, 주소), (주민번호, 이름, 핸드폰),
       (고객번호), (고객번호, 이름, 주소), (고객번호, 이름, 주민번호, 주소, 핸드폰) 등

 

2. 후보키 (candidate key) : 투플을 유일하게 식별할 수 있는 속성의 최소 집합 (유일성, 최소성)

 

고객번호와 도서번호 모두 단독으로는 후보키가 될 수 없음

 

=> 주문 릴레이션의 후보키는 2개의 속성을 합한 (고객번호, 도서번호)가 됨

(이렇게 2개 이상의 속성으로 이루어진 키를 복합키(composite key)라고 함)

 

3. 기본키 (primary key) : 여러 후보키 중 하나를 선정하여 대표로 삼는 키

 

후보키가 하나뿐이라면 그 후보키를 기본키로 사용하면 되고 여러 개라면 릴레이션의 특성을 반영하여 하나를 선택!

 

• 기본키 선정 시 고려사항
  
  
  • 릴레이션 내 투플을 식별할 수 있는 고유한 값을 가져야 함
    
    
  • NULL 값은 허용하지 않음
    
    
  • 키 값의 변동이 일어나지 않아야 함
    
    
  • 최대한 적은 수의 속성을 가진 것이여야 함
    
    
  • 향후 키를 사용하는 데 있어서 문제 발생 소지가 없어야 함
    
    
• 릴레이션 스키마를 표현할 때 기본키는 밑줄(실선)을 그어 표시함
  
  
  • 릴레이션 이름(속성1, 속성2, ... 속성N)
    
    EX. 고객(고객번호, 이름, 주민번호, 주소, 핸드폰)

4. 대리키 (surrogate key)

 

기본키가 보안을 요하거나, 여러 개의 속성으로 구성되어 복잡하거나, 마땅한 기본 키가 없을 때는

일련번호 같은 가상의 속성을 만들어 기본키로 삼는 경우가 있음

 

=> 이러한 키를 대리키 혹은 인조키(artificial key)라고 함

 

대리키는 DBMS나 관련 소프트웨어에서 임의로 생성하는 값으로 사용자가 직관적으로 그 값의 의미를 알 수 없음

 

5. 대체키 (alternate key) : 대체키는 기본키로 선정되지 않은 후보키를 말함

 

EX. 고객 릴레이션의 경우 고객번호와 주민번호 중 고객번호를 기본키로 정하면 주민번호가 대체키가 됨

 

6. 외래키 (foreign key) :다른 릴레이션의 기본키를 참조하는 속성을 말함

 

다른 릴레이션의 기본키를 참조하여 관계 데이터 모델의 특징인 릴레이션 간의 관계(relationship)를 표현함

 

릴레이션 스키마를 표현할 때 외래키는 밑줄(점선)을 그어 표시함!

 

 

• 외래키의 특징
  
  
  • 관계 데이터 모델의 릴레이션 간의 관계를 표현함
    
    
  • 다른 릴레이션의 기본키를 참조하는 속성임
    
    
  • 참조하고(외래키) 참조되는(기본키) 양쪽 릴레이션의 도메인은 서로 같아야 함
    
    
  • 참조되는(기본키) 값이 변경되면 참조하는(외래키) 값도 변경됨
    
    
  • NULL 값과 중복 값 등이 허용됨
    
    
  • 자기 자신의 기본키를 참조하는 외래키도 가능함
    
    
  • 외래키가 기본키의 일부가 될 수 있음

 

 

무결성 제약조건

 

 

1. 데이터 무결성

 

=> 데이터베이스에 저장된 데이터의 일관성과 정확성을 지키는 것을 말함

 

2. 도메인 무결성 제약조건

 

=> 도메인 제약(domain constraint)이라고도 하며, 릴레이션 내의 투플들이 각 속성의 도메인에 지정된 값만을 가져야 한다는 조건

 

3. 개체 무결성 제약조건

 

=> 기본키 제약(primary key constraint)이라고도 함

 

=> 릴레이션은 기본키를 지정하고 그에 따른 무결성 원칙 즉, 기본키는 NULL 값을 가져서는 안 되며 릴레이션 내에 오직 하나의 값만 존재해야 한다는 조건임

 

4. 참조 무결성 제약조건

 

외래키 제약(foreign key constraint)이라고도 하며, 릴레이션 간의 참조 관계를 선언하는 제약조건

 

=> 자식 릴레이션의 외래키는 부모 릴레이션의 기본키와 도메인이 동일해야 하며, 자식 릴레이션의 값이 변경될 때 부모 릴레이션의 제약을 받는다는 것임

 

 

무결성 제약조건의 수행

 

 

1. 개체 무결성 제약조건

 

 

 

삽입 : 기본키 값이 같으면 삽입이 금지됨 (중복 X)

 

수정 : 기본키 값이 같거나 NULL로도 수정이 금지됨

 

삭제 : 특별한 확인이 필요하지 않으며 즉시 수행함

 

 

2. 참조 무결성 제약조건

 

 

 

• 삽입
  
  
  • 학과 (부모 릴레이션) : 투플 삽입한 후 수행하면 정상적으로 진행
    
    
  • 학생 (자식 릴레이션) : 참조받는 테이블에 외래키 값이 없으므로 삽입이 금지됨

 

• 삭제
  
  
  • 학과 (부모 릴레이션) : 참조하는 테이블을 같이 삭제할 수 있어서 금지하거나 다른 추가 작업이 필요함
    
    
  • 학생 (자식 릴레이션) : 바로 삭제 가능함

부모 릴레이션에서 투플을 삭제할 경우 참조 무결성 조건을 수행하기 위한 고려사항

1. 즉시 작업을 중지

2. 자식 릴레이션의 관련 투플을 삭제

3. 초기에 설정된 다른 어떤 값으로 변경

4. NULL 값으로 설정

 

 

 

• 수정
  
  
  • 삭제와 삽입 명령이 연속해서 수행됨
  • 부모 릴레이션의 수정이 일어날 경우 삭제 옵션에 따라 처리된 후 문제가 없으면 다시 삽입 제약조건에 따라 처리

 

3. 관계대수

 

관계대수 

 

 

관계대수 (relational algebra) : 릴레이션에서 원하는 결과를 얻기 위해 수학의 대수와 같은 연산을 이용하여 질의하는 방법을 기술하는 언어

 

관계대수와 관계해석(relational calculus) 

 

=> 관계대수 : 어떤 데이터를 어떻게 찾는지에 대한 처리 절차를 명시하는 절차적인 언어이며, DBMS 내부의 처리 언어로 사용됨

 

=> 관계해석 : 어떤 데이터를 찾는지만 명시하는 선언적인 언어로 관계대수와 함께 관계 DBMS의 표준 언어인 SQL의
이론적인 기반을 제공함

 

관계대수와 관계해석은 모두 관계 데이터 모델의 중요한 언어이며 실제 동일한 표현 능력을 가지고 있음

 

 

릴레이션의 수학적 개념

 

 

관계대수식

 

관계대수는 릴레이션 간 연산을 통해 결과 릴레이션을 찾는 절차를 기술한 언어로, 이 연산을 수행하기 위한 식을
관계대수식(relational algebra expression)이라고 함

 

=> 관계대수식은 대상이 되는 릴레이션과 연산자로 구성되며, 결과는 릴레이션으로 반환됨

(반환된 릴레이션은 릴레이션의 모든 특징을 따름)

 

단항 연산자 : 연산자 <조건> 릴레이션
이항 연산자 : 릴레이션1 연산자 <조건> 릴레이션2

 

 

셀렉션과 프로젝션

 

셀렉션(selection)

 

릴레이션의 투플을 추출하기 위한 연산임

 

=> 하나의 릴레이션을 대상으로 하는 단항 연산자이며, 찾고자 하는 투플의 조건을 명시하고 그 조건에 만족하는 투플을 반환함

 

형식 : σ<조건> (R) 

 

 

셀렉션의 확장 

 

형식 : σ<복합조건> (R)

 

(복합 조건을 나타내는 기호에는 ^(and), v(or), ¬(not) 이 있다)

 

 

프로젝션(projection)

 

릴레이션의 속성을 추출하기 위한 연산으로 단항 연산자임

 

형식 : π <속성리스트>(R)

 

 

 

집합연산

 

1. 합집합

 

두 개의 릴레이션을 합하여 하나의 릴레이션을 반환함

(이 때 두 개의 릴레이션은 서로 같은 속성 순서와 도메인을 가져야 함)

 

 

 

2. 교집합

 

합병가능한 두 릴레이션을 대상으로 하며, 두 릴레이션이 공통으로 가지고 있는 투플을 반환함

 

 

 

3. 차집합

 

첫 번째 릴레이션에는 속하고 두 번째 릴레이션에는 속하지 않는 투플을 반환

 

 

4. 카티전 프로덕트(cartesian product)

 

• 두 릴레이션을 연결시켜 하나로 합칠 때 사용함
  
  
• 결과 릴레이션은 첫 번째 릴레이션의 오른쪽에 두 번째 릴레이션의 모든 투플을 순서대로 배열하여 반환함
  
  
• 결과 릴레이션의 차수는 두 릴레이션의 차수의 합이며, 카디날리티는 두 릴레이션의 카디날리티의 곱임

 

 

 

조인

 

• 두 릴레이션의 공통 속성을 기준으로 속성 값이 같은 투플을 수평으로 결합하는 연산임
  
  
• 조인을 수행하기 위해서는 두 릴레이션의 조인에 참여하는 속성이 서로 동일한 도메인으로 구성되어야 함
  
  
• 조인 연산의 결과는 공통 속성의 속성 값이 동일한 투플만을 반환함

 

 

 

세타조인(theta join, θ)

 

조인에 참여하는 두 릴레이션의 속성 값을 비교하여 조건을 만족하는 투플만 반환함

 

=> 세타조인의 조건은 {=, ≠ ,>=, <=, <, >} 중 하나가 됨

 

형식 : R⋈(r 조건 s)S

(R과 S는 릴레이션이며 r은 R의 속성, s는 S의 속성)

 

동등조인(equi join)

 

세타조인에서 = 연산자를 사용한 조인을 말함 (보통 조인 연산이라고 하면 동등조인을 지칭함)

 

형식 : R⋈(r=s)S

 

 

 

자연조인 (natural join)

 

동등조인에서 조인에 참여한 속성이 두 번 나오지 않도록 두 번째 속성을 제거한 결과를 반환함 (속성 중복 제거)

 

형식 : R⋈N(r,s)S

 

 

 

외부조인 (outer join)

 

자연조인 시 조인에 실패한 투플을 모두 보여주되 값이 없는 대응 속성에는 NULL 값을 채워서 반환

 

모든 속성을 보여주는 기존 릴레이션 위치에 따라

=> 왼쪽(left) 외부조인, 오른쪽(right) 외부조인, 완전(full) 외부조인으로 나뉨

 

형식 : R⋈(r,s)S

 

 

세미조인 (semi join)

 

자연조인을 한 후 두 릴레이션 중 한쪽 릴레이션의 결과만 반환하며, 기호에서 닫힌 쪽 릴레이션의 투플만 반환함

 

형식 : R⋉(r,s)S

 

 

디비전

 

릴레이션의 속성 값의 집합으로 연산을 수행함

 

형식 : R ÷ S

 

 

=> 릴레이션 R의 속성 B값과 릴레이션 S의 속성 B값이 서로 동일하게 대응하는 릴레이션 R의 속성 A의 투플을 반환

 

관계대수 예제

 

셀렉션, 프로젝션, 집합연산의 복합 사용

 

 

 

카티전 프로덕트를 사용한 연산과 조인을 사용한 연산