[DB]관계형 모델(2)

📚논리적 데이터 모델링

ER 모델은 개념적 데이터 모델이라 DBMS에 바로 적용할 수 없습니다. 따라서 개념적 모델을 DBMS에 맞는 논리적 데이터 모델로 변환하는 작업이 필요합니다.

📄ER 다이어그램의 관계형 모델 변환

ER 다이어그램(ERD)에 포함된 개제 집합과 관계 집합 등을 관계형 모델의 릴레이션으로 변환하는 작업이 필요합니다. ER 모델의 속성은 릴레이션의 컬럼, 개체 집합은 릴레이션, 개체는 레코드에 각각 대응됩니다.

ERD의 모든 표현은 훼손 없이 관계형 모델의 스키마로 변환되어야 합니다.

1. 개체 집합: 개체 집합은 릴레이션으로 변환되고 키 속성 중 하나를 기본키로 지정합니다.
2. 약한 개체 집합: 혼자 존재할 수 없는 개체 집합이라 지배 개체인 강한 개체 집합의 키 속성을 포함 시킵니다. 강한 개체는 독자적으로 존재할 수 있는 개체입니다.
3. 일대일 관계: 일대일의 연결되는 이항 관계는 관계 집합에 참여하는 두 릴레이션 중 어느 하나를 다른 릴레이션의 기본키를 참조하는 외래키 컬럼으로 변환합니다.
4. 일대다 혹은 다대일 관계: 다 쪽 릴레이션의 외래키 컬럼으로 변환하고, 일 쪽의 기본키를 참조하도록 외래키를 지정합니다.
5. 다대다 관계: 관계 릴레이션을 별도로 생성하고 관계에 참여하는 릴레이션의 기본키를 각각 참조하는 외래키로 복합키 형태의 컬럼을 구성합니다.
6. 다중값 속성: 기본키와 다중값 속성을 별도의 릴레이션으로 구성하고 새로운 릴레이션의 기본키로 지정합니다.
7. 관계 집합의 속성: 각각의 속성을 외래키가 위치한 릴레이션의 컬럼으로 삽입합니다.
8. n항 관계: 관계에 참여하는 n개의 릴레이션의 키들로 구성되는 관계 릴레이션으로 변환합니다. 관계 릴레이션의 컬럼들은 참여 릴레이션의 기본키를 참조하는 외래키와 관계 컬럼으로 구성합니다.

📚데이터 조작

데이터 모델은 데이터의 구조와 제약, 데이터 조작을 위한 연산의 정의를 포함하고 있습니다. 관계형 모델은 스키마로부터 특정 데이터를 추출하는 데이터 연산 방법을 관계 대수를 통해 제공합니다.

📄관계 대수의 이해

SQL은 질의에 필요한 데이터와 데이터에 대한 조건만 기술하는 선언적 언어인 반면 관계 대수는 질의 처리 과정을 단계적으로 표현하는 절차적 언어입니다. DBMS는 관계 대수를 실행 엔진의 내부 언어로 사용합니다.

📄기본연산자

• 셀렉트
  셀렉트(select) 연산자는 릴레이션에서 조건을 만족하는 레코드들을 선택합니다. 검색 조건에 =, ≠, >, ≥, <, ≤ 관계 연산자를 사용할 수 있습니다. 또한 두 개 이상의 조건은 논리 연산자 AND(∧), OR(∨), NOT(¬)을 이용하여 결합할 수 있습니다.

\[\sigma_{조건}(입력 \; 릴레이션)\]

• 프로젝트
  프로젝트(project) 연산자는 입력된 릴레이션의 특정 컬럼만 추출하여 새로운 릴레이션으로 재구성합니다. 결과에 포함시킬 컬럼을 파이 뒤에 아래첨자로 나열하고 입력 릴레이션은 소괄호 내부에 위치시킵니다.

\[\Pi_{A_{1}, A_{2}, ..., A_{n}}(입력 \; 릴레이션)\]

• 집합 연산자
  집합 연산자는 호환 가능한 릴레이션 사이에만 사용할 수 있습니다. 릴레이션 R과 S에서 집합 연산자를 사용하기 위한 조건은 아래와 같습니다.
  
  
  1. 릴레이션 R과 S가 가지고 있는 컬럼 수가 같아야 한다.
  2. 모든 i에 대해 릴레이션 R의 i번째 컬럼의 도메인과 릴레이션 S의 i번째 컬럼의 도메인이 같아야 한다.
     
     
  • 합집합
    합집합 연산은 두 릴레이션의 모든 레코드를 포함한 릴레이션이 결과가 됩니다. 합집합 연산자는 기호 ∪로 나타냅니다.
    합집한 연산의 결과에서 양쪽 릴레이션에 존재하는 중복된 레코드는 한 번만 표현합니다.(레코드의 유일성)
    
    
  • 차집합
    차집합 연산자는 기호 -로 나타냅니다. 차집합 연산은 한 릴레이션에는 포함되지만 다른 릴레이션에는 포함되지 않는 레코드를 가지는 릴레이션을 반환하는 연산자입니다.
    
    
  • 교집합
    교집합 연산자는 기호 ∩로 나타냅니다. 교집합 연산은 양쪽 릴레이션 동시에 포함되는 리코드의 집합을 생성합니다.

• 리네임 연산자
  리네임(Rename) 연산은 관계 대수식에 새로운 이름을 부여하는 연산자입니다. 관계 대수의 결과로 생성된 릴레이션은 이름을 가지고 있지 않기 때문에 이를 재사용하기 위해 참조할 목적으로 리네임 연산자를 사용하여 이름을 부여합니다.

\[\rho_{부여할 \; 이름}(입력 \; 릴레이션)\]

• 카티션 프로덕트
  카티션 프로덕트(Cartesian Product)는 서로 다른 릴레이션 간의 관계성을 이용하는 연산자로서 앞서 살펴본 연산자들에 비해 좀 더 복잡합니다. 카티션 프로덕트 연산은 두 릴레이션 레코드 간에 모든 조합을 취하여 결합한 레코드를 생산합니다. 또한 기호 ✕로 표시합니다.

\[R \times S = \{(rs)|r \in R \wedge s \in S\}\]

• 조인
  조인(join) 연산은 두 릴레이션으로부터 서로 관련된 레코드만 결합하여 결과에 포함시킵니다. 조인 연산은 특정 조건을 만족하는 레코드 조합만 결과에 포함시킨다는 점에서 카티션 프로덕트와 다릅니다. 조인 연산 중 하나인 세타 조인은 관계연산자 \(\theta\)로 정의되는 조인조건을 가집니다. \(\theta\)는 =, ≠, >, ≥, <, ≤ 관계 연산자 중 하나가 되는데 ‘=’인 경우 동등 조인이라고 합니다.

\[R⋈_{A\theta B}S = \sigma_{A \theta B}(R \times S)\]

📄확장 연산자

기본 연산자만 사용한 관계 대수식으로 질의를 표현할 경우 표현식이 복잡해져 가독성이 떨어지는 단점 있습니다. 하지만 확장 연산자를 사용하면 이런 문제를 해결할 수 있습니다.

• 자연 조인 연산자
  자연 조인은 동등 조인을 간결할게 표현할 수 있는 연산자입니다. R⋈_nS에 대해 3단계 연산 과정이 이뤄집니다.
  
  
  1. R과 S에 대한 카티션 프로덕트 생성
  2. R과 S에 동일한 이름의 컬럼 값이 같은 레코드만 선택
  3. 중복되는 컬럼을 한 번만 표현한 결과를 반환

• 할당 연산자
  할당 연산자는 관계 대수식의 결과를 임시적으로 릴레이션 변수에 저장시키는 연산자입니다. 할당 연산자는 기호 ←로 나타냅니다. 특정 릴레이션 변수로 할당된 중간 생성물은 다른 관계 대수식에서 하나의 릴레이션처럼 사용될 수 있습니다.

\[temp1 \leftarrow 학생 ⋈ 계좌\]

• 집계 함수 연산
  특정 릴레이션에 대해 여러 통계학 수치를 필요로할 때가 있습니다. 이를 위해 \(\mathcal{G}\)(caligraph G)로 표기되는 집계 함수를 사용합니다. 집계 함수는 집계를 통하여 얻은 수치를 릴레이션에 포함시킵니다.

  집계 함수	역할
  sum	값의 총합을 반환
  avg	값의 평균값을 반환
  count	집합을 구성하는 원소들의 개수를 반환
  max	집합 내 가장 큰 값을 반환
  min	집합 내 가장 작은 값을 반환