02 관계 데이터 모델

1. 관계 데이터 모델

1. 관계 데이터 모델 (Relational Data Model)

• 데이터를 2차원 테이블(릴레이션, Relation) 형태로 표현
• 각 행(Row)은 튜플(Tuple), 각 열(Column)은 속성(Attribute)을 의미
• 데이터 간 관계를 키(Key)를 통해 연결
• 수학의 집합 이론(Set Theory)과 관계 대수(Relational Algebra)에 기초

2. 릴레이션

1. 릴레이션

• 릴레이션 = 데이터가 저장되는 논리적 테이블 구조
• 각 릴레이션은 속성(Attribute)들의 집합으로 구성됨
• 릴레이션의 행(Row) 하나는 데이터 한 건(튜플, Tuple)에 해당

2. 용어정리

• 학생 릴레이션

    | 학번      | 이름  | 전공    | 학년 |
    | ------- | --- | ----- | -- |
    | 2024001 | 김유진 | 컴퓨터공학 | 3  |
    | 2024002 | 이현우 | 경영학   | 2  |
    | 2024003 | 박지연 | 컴퓨터공학 | 4  |
  

• 용어

용어	의미	예시 설명
릴레이션 (Relation)	데이터를 저장하는 테이블 전체	위의 Student 테이블 전체가 하나의 릴레이션
튜플 (Tuple)	테이블의 한 행(Row), 하나의 레코드(객체)를 의미	(2024001, 김유진, 컴퓨터공학, 3)
속성 (Attribute)	테이블의 열(Column), 데이터의 항목 또는 특성	학번, 이름, 전공, 학년
차수 (Degree)	테이블에 포함된 속성(열)의 개수	4 (학번, 이름, 전공, 학년)
카디널리티 (Cardinality)	테이블에 포함된 튜플(행)의 개수	3 (학생이 세 명이므로)
도메인 (Domain)	각 속성이 가질 수 있는 값의 범위 또는 타입	예: 학년 속성의 도메인 = {1, 2, 3, 4}

3. 릴레이션의 특성

구분	내용
중복된 튜플 없음	동일한 행이 존재할 수 없음 (집합 이론 기반)
튜플의 순서 무의미	행(Row)의 순서는 데이터 의미에 영향 없음
속성의 순서 무의미	열(Column)의 순서 또한 의미 없음
속성 값은 원자적	하나의 속성에는 더 이상 분해되지 않는 단일 값(Atomic Value)만 저장
모든 튜플은 동일한 속성 구조	각 행은 동일한 컬럼 구조를 가짐

4. note

• 관계 데이터 모델(Relational Model)은 수학의 ‘집합(Set)’ 이론을 기반으로 만들어졌기 때문에, “집합에는 동일한 원소가 2개 이상 존재할 수 없다”는 특성을 그대로 따름.
• 현실의 데이터베이스(SQL 기반 시스템)는 집합(set)이 아니라 ‘멀티셋(multiset, bag)’ 구조로 구현됨
  • 실용성 : 중복을 완전히 금지하려면 모든 입력마다 DB가 모든 행을 비교해야 함 → 성능 저하. 그래서 DBMS는 기본적으로 중복을 허용하고, 필요한 경우에만 제약 조건(PK 등)으로 막게 설계됨.
  • 현실 데이터의 중복 존재 가능성 : 완전히 동일한 데이터가 업무적으로 의미 있을 때도 있음. 예: “로그 기록”, “결제 내역”, “상품 조회 기록” 등은 동일한 값이 여러 번 등장 가능.

2. 무결성 제약조건

1. 키

구분	설명	예시
슈퍼키(Super Key)	튜플을 유일하게 구분할 수 있는 모든 속성의 조합	{학번}, {학번, 이름}
후보키(Candidate Key)	튜플을 유일하게 구별할 수 있는 최소 속성의 집합	학번, 주민번호
기본키(Primary Key)	후보키 중에서 대표로 선택된 키	학번
대체키(Alternate Key)	기본키로 선택되지 않은 후보키	주민번호
외래키(Foreign Key)	다른 릴레이션의 기본키를 참조하는 속성	수강 테이블의 학번 (→ 학생 테이블 학번 참조)

2. 무결성

제약조건	의미	예시
개체 무결성(Entity Integrity)	기본키는 NULL이면 안 되고, 중복될 수도 없음	학생 테이블의 학번은 중복 불가
참조 무결성(Referential Integrity)	외래키는 참조하는 테이블의 기본키 값 중 하나이거나, NULL이어야 함	수강 테이블의 학번은 반드시 존재하는 학생 학번이어야 함
도메인 무결성(Domain Integrity)	속성 값은 정의된 도메인(값의 범위) 내에 있어야 함	성별 = ‘M’ 또는 ‘F’
사용자 정의 무결성(User-defined Integrity)	사용자가 정의한 비즈니스 규칙	나이는 0 이상, 수강 학점은 0.5~4.5 사이

1. 참조 무결성 제약조건의 옵션

옵션	의미	예시 상황 (학생–수강 관계)
CASCADE	부모가 삭제되거나 수정되면, 자식도 같이 삭제 또는 수정됨	학생 2024001이 삭제되면, 해당 학번의 수강 내역도 함께 삭제
SET NULL	부모가 삭제되거나 수정되면, 자식의 외래키 값을 NULL로 변경	학생 2024001이 삭제되면, 수강 테이블의 학번이 NULL로 됨
SET DEFAULT	부모가 삭제되거나 수정되면, 자식의 외래키 값을 기본값으로 변경	기본 학번(예: ‘9999999’)으로 설정
NO ACTION	부모가 삭제/수정되어도 자식 테이블은 변경되지 않음 (기본값)	학생을 삭제하려 하면, 참조 중이면 오류 발생
RESTRICT	NO ACTION과 유사하지만, 즉시 제약 확인 (일부 DB 차이 있음)	학생 삭제 시, 수강 내역이 존재하면 삭제 불가

3. 관계 연산 (Relational Operations)

1. 관계대수

1. 관계대수

• 관계대수(Relational Algebra)는 관계형 데이터베이스에서 데이터를 어떻게 처리할지를 절차적으로 기술하는 언어
• “무엇을”이 아니라 “어떻게 구할 것인가”를 명시

2. 언어적 관점

구분	설명	예시
절차적 언어 (Procedural Language)	데이터를 얻기 위한 처리 과정(순서) 을 기술	관계대수(Relational Algebra), Relational Calculus 일부
비절차적 언어 (Non-Procedural Language)	무엇을 얻고 싶은지 만 명시, 처리 절차는 DBMS가 수행	SQL (SELECT ~ WHERE ~), 관계해석(Relational Calculus)

3. 연산 종류

• 순수 관계 연산
  • 관계 데이터 모델에서만 정의되는, 릴레이션 고유의 연산
  • 주로 튜플(행)과 속성(열)을 기준으로 조작
  • 종류

  연산	기호	설명	SQL 유사 표현
  셀렉션	σ	조건을 만족하는 튜플(행)만 선택	SELECT * FROM 테이블 WHERE 조건;
  프로젝션	π	특정 속성(열)만 추출	SELECT 열1, 열2 FROM 테이블;
  조인	⋈	두 릴레이션을 공통 속성 기준으로 결합	SELECT * FROM A INNER JOIN B ON A.공통컬럼 = B.공통컬럼;
  디비전	÷	특정 속성의 모든 값을 만족하는 튜플 추출	SQL에서는 NOT EXISTS 또는 GROUP BY + HAVING으로 구현 가능

• 일반 집합 연산
  • 관계형 데이터 모델이 아닌 일반 집합 이론에서 차용된 연산
  • 릴레이션을 집합으로 보고 수행
  • 종류

  연산	기호	설명	SQL 유사 표현
  합집합	∪	두 릴레이션의 모든 튜플을 합침 (중복 제거)	UNION
  교집합	∩	두 릴레이션 모두에 존재하는 튜플	INTERSECT
  차집합	−	첫 릴레이션에는 있지만 두 번째에는 없는 튜플	EXCEPT / MINUS
  카티션 프로덕트	×	두 릴레이션의 모든 튜플 조합 생성	CROSS JOIN

2. 연산들

1. 종류

• 셀렉션(Selection, σ)
• 프로젝션(Projection, π)
• 집합 연산 (Union, Difference, Intersection, Cartesian Product)
• 조인(Join)
• 디비전(Division)

2. Note

• 2025.10.15. 책으로 대략적인 흐름만 파악하고 통과!