DBMS - データベースの正規化

こんにちは、データベースの熱心な愛好家たち！今日は、データベースの正規化の世界への興味深い旅に出発しましょう。あなたの近所の親切なコンピュータサイエンスの教師として、データベース設計におけるこの重要な概念を案内します。プログラミングが初めての人でも心配しないでください。基礎から始めて、段階的に進めます！

データベースの正規化の紹介

クローゼットを整理するとき、すべての服を一个大山にするわけではありませんよね？もちろん、それではいけません！服をタイプ、色、季節ごとに整理します。データベースの正規化も非常に似ています。データを効率的に整理し、重複を減らすことが目的です。

関数依存性

まず、基本的な概念から始めましょう：関数依存性。

関数依存性とは？

関数依存性（Functional Dependency、FD）は、関係内の二つの属性間の関係で、一つの属性が他の属性を決定するものです。

学生データベースを例にとってみましょう：

Student_ID	Name	Age	Course
101	Alice	20	Math
102	Bob	21	Physics
103	Charlie	19	Chemistry

ここで、Student_IDはName、Age、Courseを関数的に決定しています。これを以下のように表します：

Student_ID → Name, Age, Course

これは、Student_IDを知れば、その学生のName、Age、Courseを決定できることを意味します。

アームストロングの公理

次に、アームストロングの公理について話しましょう。これらは関数依存性の基本則で、データベース関係の「物理の法則」と思ってください！

1. 反射性：YがXの部分集合である場合、X → Y
2. 増加性：X → Yの場合、XZ → YZ
3. 透過性：X → YおよびY → Zの場合、X → Z

これらは複雑に聞こえるかもしれませんが、論理関係を形式的に表現したものです。後で応用を見ていきましょう！

平凡な関数依存性

平凡な関数依存性は、右側の属性が左側の属性の部分集合である場合です。例えば：

Student_ID, Name → Student_ID

これは平凡です because 知ってる Student_IDとNameは常に Student_ID（もうそこにあります！）を教えてくれます。

正規化

さて、私たちの授業の核心に進みましょう：正規化。正規化はデータを整理して重複と依存性を最小限にするプロセスで、データベースの整理と似ています！

第一正規形（1NF）

第一正規形は正規化の基本レベルです。1NFを達成するためには：

1. 繰り返しグループを排除します
2. 関連データのそれぞれのセットに対して別のテーブルを作成します
3. 各関連データのセットにプライマリキーを割り当てます

例を見てみましょう：

1NF之前的：

Order_ID	Product	Quantity
1	Apple, Banana	2, 3
2	Orange, Grape	1, 4

1NF之后的：

Order_ID	Product	Quantity
1	Apple	2
1	Banana	3
2	Orange	1
2	Grape	4

繰り返しグループを排除したように、もっときれいになりました！

第二正規形（2NF）

2NFを達成するためには：

1. 1NFであること
2. 部分的依存を除去すること

例を見てみましょう：

Student_ID	Course_ID	Course_Name	Instructor
101	C1	Math	Prof. Smith
102	C2	Physics	Prof. Johnson

ここで、Course_NameとInstructorはCourse_IDに依存しており、Student_IDに依存していません。これを二つのテーブルに分けます：

テーブル1: Student_Course

Student_ID	Course_ID
101	C1
102	C2

テーブル2: Course

Course_ID	Course_Name	Instructor
C1	Math	Prof. Smith
C2	Physics	Prof. Johnson

第三正規形（3NF）

3NFを達成するためには：

1. 2NFであること
2. 運搬依存を除去すること

例を見てみましょう：

Employee_ID	Department	Department_Head
101	Sales	John
102	Marketing	Sarah

ここで、Department_HeadはDepartmentに依存しており、Employee_IDに依存しています。これを分けます：

テーブル1: Employee

Employee_ID	Department
101	Sales
102	Marketing

テーブル2: Department

Department	Department_Head
Sales	John
Marketing	Sarah

ボイース・コッド正規形（BCNF）

BCNFは3NFのやや強化版です。BCNFにするためには：

1. 3NFであること
2. すべての依存 X → Y について、Xが超キーであること

例を見てみましょう：

Student	Subject	Professor
Alice	Math	Prof. Smith
Bob	Physics	Prof. Johnson

この場合、(Student, Subject) → ProfessorおよびProfessor → Subjectです。BCNFにするために分けます：

テーブル1: Student_Professor

Student	Professor
Alice	Prof. Smith
Bob	Prof. Johnson

テーブル2: Professor_Subject

Professor	Subject
Prof. Smith	Math
Prof. Johnson	Physics

それで、データベースの正規化の基本をカバーしました。覚えておいてください、正規化は重要ですが、性能のために非正規化が有用な場合もあります。特定のニーズに応じて適切なバランスを見つけることが重要です。

このガイドが役立つことを願っています。実践は完璧を生む！サンプルデータベースを自分で正規化してみてください。質問があれば、ためらわずに聞いてください。楽しい正規化を！

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