データベースの正規化について: 効率的で一貫性のあるデータ ストレージの確保

データベースの正規化とは何ですか?

正規化 は、大きなテーブルを小さなテーブルに分割し、テーブル間の関係を定義することによって、リレーショナル データベース内のデータを整理して冗長性と依存性を減らすプロセスです。正規化の主な目的は、データの整合性を確保し、挿入、更新、削除の異常などのデータの異常を最小限に抑えることです。

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正規化の目的

1. 冗長性の削除:
   
   重複したデータをデータベースに保存しないようにすると、ストレージ領域が節約され、不整合が防止されます。

2. データの整合性を確保する:
   
   正規化によりデータを効率的に整理することで、データの正確性、一貫性、信頼性が確保されます。

3. 異常を最小限に抑える:
   
   冗長性を減らすと、次のような問題を防ぐことができます。

   • 挿入異常: 他の関連データが欠落しているため、データを挿入できません。
   • 更新異常: 更新後のデータの不整合。
   • 削除異常: レコードを削除する際の意図しないデータの損失。

4. クエリの最適化:
   
   正規化されたデータは、論理的な関係でデータを構造化することで、より効率的なクエリを実行できます。

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標準形

正規化は、正規形式として知られる段階的に行われます。各正規形には、正規化の次のレベルに進むために従う必要がある特定のルールがあります。主な正規形は次のとおりです:

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1.第一正規形 (1NF)

• ルール:
  
  次の場合、テーブルは 1NF にあります:

  • 各列にはアトミック (分割不可能な) 値のみが含まれます。
  • 各列には単一タイプの値が含まれます。
  • 各レコードは一意である必要があります。

- 例:

1NF の前 (繰り返しグループ):

OrderID	Product	Quantity
1	Apple, Banana	2, 3
2	Orange	1

1NF以降：

OrderID	Product	Quantity
1	Apple	2
1	Banana	3
2	Orange	1

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2.第 2 正規形 (2NF)

• ルール:
  
  次の場合、テーブルは 2NF にあります:

  • 1NFにあります。
  • すべての非キー列は、主キーに完全に依存します。

• 注:
  
  
  部分依存の概念は 2NF では排除されています。これは、すべての非キー列が主キーの一部ではなく全体に依存する必要があることを意味します。

- 例:

2NF より前:

OrderID	Product	CustomerName	Price
1	Apple	John	10
1	Banana	John	5
2	Orange	Jane	8

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ここで、CustomerName は、主キー全体 (OrderID、Product) ではなく、OrderID のみに依存します。

2NF以降:
テーブル:

• 注文 (注文ID、顧客名)
• 注文詳細 (注文ID、製品、価格)

注文テーブル:

OrderID	CustomerName
1	John
2	Jane

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OrderDetails テーブル:

OrderID	Product	Price
1	Apple	10
1	Banana	5
2	Orange	8

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3.第 3 正規形 (3NF)

• ルール:
  
  次の場合、テーブルは 3NF にあります:

  • 2NFにあります。
  • 推移的な依存関係はありません。非キー列は別の非キー列に依存しないでください。

• 例:

3NF より前:

OrderID	Product	Category	Supplier
1	Apple	Fruit	XYZ
2	Carrot	Vegetable	ABC

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ここで、Supplier は Category に依存しており、これは推移的な依存関係です。

3NF以降:
テーブル:

• 注文 (OrderID、製品、カテゴリ)
• カテゴリ (カテゴリ、サプライヤー)

注文テーブル:

OrderID	Product	Category
1	Apple	Fruit
2	Carrot	Vegetable

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カテゴリ表:

Category	Supplier
Fruit	XYZ
Vegetable	ABC

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4.ボイス・コッド正規形 (BCNF)

• ルール:
  
  次の場合、テーブルは BCNF にあります:

  • 3NFにあります。
  • すべての行列式 (別の列を決定する列) は 候補キー です。

• 例:

BCNF の前:

CourseID	Instructor	Room
101	Dr. Smith	A1
101	Dr. Johnson	A2
102	Dr. Smith	B1

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この場合、Instructor は Room を決定しますが、Instructor は候補キーではありません。 BCNF への移行にあたり、インストラクターとルームの関係を分離します。

BCNF 後:
テーブル:

• コース (コースID、講師)
• 部屋（インストラクター、部屋）

コース表:

CourseID	Instructor
101	Dr. Smith
101	Dr. Johnson
102	Dr. Smith

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部屋のテーブル:

Instructor	Room
Dr. Smith	A1
Dr. Johnson	A2
Dr. Smith	B1

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正規化の利点

1. データの冗長性を削減します:
   
   データはより効率的に保存され、繰り返しや不必要なストレージ容量を防ぎます。

2. データ異常を防止します:
   
   正規化は、更新、挿入、または削除時のエラーを防止することで、データの一貫性を維持するのに役立ちます。

3. クエリのパフォーマンスを向上させます:
   
   テーブルを適切に構成すると、処理する必要のあるデータが少なくなるため、クエリ処理が高速化されます。

4. データの整合性:
   
   定義された関係を通じてデータの正確性と信頼性を保証します。

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いつ非正規化するのか?

正規化によりデータの整合性が向上しますが、パフォーマンス上の理由から非正規化が行われる場合があります。非正規化は、特に読み取り負荷の高いアプリケーションにおいて、テーブルを結合して結合の数を減らし、クエリのパフォーマンスを向上させるプロセスです。ただし、これはデータの冗長性や異常を引き起こす可能性があるため、慎重に使用する必要があります。

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結論

正規化は、データを整理して冗長性を最小限に抑え、データの整合性を向上させることを目的としたデータベース設計の重要な概念です。正規化により、大きなテーブルを関連する小さなテーブルに分割することで、効率的なストレージとデータの一貫性が確保されます。このプロセスにはいくつかの段階 (1NF、2NF、3NF、および BCNF) が含まれますが、目標は同じです。それは、効率的で保守可能なデータベース スキーマを作成することです。

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私はフロントエンドとバックエンドの両方のテクノロジーの専門知識を持つフルスタック開発者です。私はさまざまなプログラミング言語やフレームワークを使用して、効率的でスケーラブルでユーザーフレンドリーなアプリケーションを構築しています。
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