基本情報でわかる正規化「関係データベースの正規化は、従属性の矢印を引けばわかる」

矢沢 久雄
2021-12-02 更新

この連載では、基本情報技術者試験によく出題されるテクノロジー関連の用語を、午前問題と午後問題のセットを使って解説します。午前問題で用語の意味や概念を知り、午後問題で技術の活用方法を知ってください。それによって、単なる丸暗記では得られない明確さで、用語を理解できるようになります。今回のテーマは、関係データベースの正規化です。

関係データベースの正規化とは？

はじめに、関係データベースの正規化とは何かを説明しましょう。教科書通りに堅苦しく説明すると、以下のようになります。

この説明では、「覚えることが多すぎてよくわからない！」と感じるでしょう。よい方法があります。

なんやかんや言っても、第 3 正規形が無駄や矛盾を排除した完成形なのですから、まず 第 3 正規形 とは何かをしっかり理解すればよいのです。

そうすれば、「非正規形」「第 1 正規形」「第 2 正規形」や、「繰り返し」「部分従属性」「推移従属性」もすんなり理解できます。

第 3 正規形とは何かを説明しましょう。

関係データベースでは、表に必ず主キー（他のレコードと重複しないユニークな項目）がなければなりません。主キーがないとレコードを区別できないからです。

そして、これが大事なのですが、表には、主キーに従属する項目だけがあるようにします。主キーに従属するとは、主キーによって特定できる、という意味です。

この「主キーに従属する項目だけがある」という表が、無駄や矛盾が生じない第 3 正規形なのです。

以下に、第 3 正規形の表の例を示します。これは、従業員の情報を格納した従業員表です。「主キーに従属する項目だけがある」ことを、主キーから他の項目に矢印を引いて確認してみましょう。

下線を付けた「従業員番号」が主キーです。

「従業員番号」によって→「従業員氏名」が特定できます。
「従業員番号」によって→「性別」が特定できます。
「従業員番号」によって→「生年月日」が特定できます。

主キーから他のすべての項目に従属性の矢印が引けました。これが、第 3 正規形です。

もしも、よけいな矢印が引けたり、矢印を引けない項目があったりしたら、第 3 正規形ではありません。

関係データベースの正規化に関する午前問題

それでは、関係データベースの正規化に関する午前問題を見てみましょう。

以下は、正規化されていない従業員表（先ほど示した例とは、表の項目に違いがあります）を、第 3 正規形にしたものを選ぶ問題です。難しく考える必要はありません。主キーから他のすべての項目に従属性の矢印が引ければ、第 3 正規形です。

選択肢アは、以下のようになります。

上の表は、第 3 正規形です。下の表は、「技能コード」から「技能経験年数」に従属性の矢印を引けないので、第 3 正規形ではありません。

選択肢イは、以下のようになります。

上の表は、「従業員番号」と「技能コード」に下線が付いているので、これら 2 つの項目が主キーです。このように複数の項目をセットにした主キーを 複合キー と呼びます。

この場合には、複合キー（主キー）から他のすべての項目に従属性の矢印が引ければ、第 3 正規形です。複合キーの一部分だけに従属しているのでは、主キーに従属していることにならないのでダメです。

上の表は、「従業員氏名」が「従業員番号」「技能コード」という複合キーの「従業員番号」だけで特定できるので（赤色の矢印で示しています）、第 3 正規形ではありません。下の表は、第 3 正規形です。

選択肢ウは、以下のようになります。

どの表も第 3 正規形になっているので、選択肢ウが正解です。

念のため、選択肢エも見ておきましょう。以下のようになります。

上の表は、主キーだけですが、これも第 3 正規形です。

真ん中の表は、「従業員番号」から「技能経験年数」に従属性の矢印を引けないので、第 3 正規形ではありません。下の表は、第 3 正規形です。

いかがでしょう？ 第 3 正規形かどうかは、従属性の矢印を引けばわかる ということをご理解いただけましたね！

解答ウ

関係データベースの正規化に関する午後問題

「第 3 正規形」とは何かを理解できたら、残りの「非正規形」「第 1 正規形」「第 2 正規形」「繰り返し」「部分従属性」「推移従属性」も一気に片付けちゃいまいしょう。

「繰り返し」「部分従属性」「推移従属性」は、これがあってはダメですよ、というものです。

繰り返しとは

表に、同じ項目が複数あることです

部分従属性とは

表に、複合キーの一部に従属した項目があることです（先ほどの午前問題にもありました）

推移従属性とは

表に、主キーではない項目に従属した項目があることです

以下に、それぞれの例を示します。これがあってはダメですよ、を赤色の文字や矢印で示しています。

繰り返しの例

部分従属性の例

推移従属性の例

「繰り返し」「部分従属性」「推移従属性」の有無によって、「非正規形」「第 1 正規形」「第 2 正規形」および「第 3 正規形」が、以下のように定義されています。

これは、この記事の冒頭で示した教科書通りの堅苦しい説明と同じですが、今なら、すんなり理解できるでしょう。

非正規形

繰り返しがある表

第 1 正規形

繰り返しを排除した表

第 2 正規形

第 1 正規形の条件を満たし、さらに部分従属性を排除した表

第 3 正規形

第 2 正規形の条件を満たし、さらに推移従属性を排除した表

それでは、知識の総仕上げとして、関係データベースの正規化に関する午後問題を見てみましょう。問題文の冒頭には、長々とした説明がありますが、それをざっと読んだら、設問を見てください。

問 2　平成 22 年度 秋期 午後 （問 2 から抜粋）

コールセンターの対応記録管理に関する次の記述を読んで，設問 1 ~ 4 に答えよ。

F 社では，新しいソフトウェア製品の発売と同時に，そのソフトウェア製品に関する質問を受けるコールセンターを開設することにした。コールセンターでの対応内容は，すべてデータベースに記録する。

[コールセンターの業務]

(1)

製品を購入した利用者には，一意な利用者 ID が発行されている。質問を受ける際は，この利用者 ID を通知してもらう。

(2)

対応内容をデータベースに記録する際，その質問の原因を特定する種別を設定する。種別とは “マニュアル不備” ，”使用法誤解” などの情報である。それぞれの種別に対して一意に種別 ID を割り当てる。

(3)

データベースを検索し，過去に同じ種別 ID をもつ類似の質問があった場合は，その受付番号を類似受付番号として記録しておく。

図 1 は，これらの業務を基に，データベースを構成するデータ項目を抽出したものである。下線付きの項目は主キーを表す。

設問 1

図 1 に示したデータ項目を正規化して図 2 に示す表を設計し，運用を始めた。 実施した正規化に関する説明文のに入れる正しい答えを，解答群の中から選べ。

　図 1 に示した状態は非正規形と呼ばれ，1 事実 1 か所の関係が成立していないので，重複更新，事前登録，関係喪失などの問題がある。このため，第 1 正規化 から順に第 3 正規化までを行うことにした。

　まず，第 1 正規化の作業では， a 。次に，第 2 正規化の作業では， b。そして，第3正規化の作業では， c。

解答群

ア

受付番号と類似受付番号の組合せを主キーとして 繰返し要素を排除した

イ

既に当該正規形に準じていたので，適用は不要だった

ウ

データ参照時の処理性能を考慮し，質問と回答を一つの表で管理するようにした

エ

利用者表，サポート員表及び種別表を作成し，主キー以外の項目における関数従属性を排除した

オ

類似表を作成し，主キーの一部における関数従属性を排除した

「第 1 正規化」とは、繰り返しを排除して第 1 正規形にすることです。
したがって、aの正解は、「繰返し要素を排除した」とある選択肢アです。

「第 2 正規化」とは、部分従属性を排除して第 2 正規形にすることです。
したがって、bの正解は、「主キーの一部における関数従属性を排除した」とある選択肢オです。「関数従属性」は、「従属性」と同じ意味です。

「第 3 正規化」とは、推移従属性を排除して第 3 正規形にすることです。
したがって、cの正解は、「主キー以外の項目における関数従属性を排除した」とある選択肢エです。

解答　a – ア,　b – オ,　c – エ

いかがでしたか？ 「主キーから他の項目に従属性の矢印を引くこと」で、第 3 正規形かどうかを判断できるようになりましたね。

「部分従属性や推移従属性のよけいな矢印が引けること」や「繰り返しがあること」から、第 2 正規形、第 1 正規形、非正規形も判断できますね。

この連載では、今後も、多くの受験者が苦手としている用語を取り上げて行きます。それでは、またお会いしましょう！

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矢沢 久雄

『プログラムはなぜ動くのか』（日経BP）が大ベストセラー
IT技術を楽しく・分かりやすく教える“自称ソフトウェア芸人”

大手電気メーカーでＰＣの製造、ソフトハウスでプログラマを経験。独立後、現在はアプリケーションの開発と販売に従事。その傍ら、書籍・雑誌の執筆、またセミナー講師として活躍。軽快な口調で、知識０ベースのＩＴエンジニアや一般書店フェアなどの一般的なＰＣユーザの講習ではダントツの評価。
お客様の満足を何よりも大切にし、わかりやすい、のせるのが上手い自称ソフトウェア芸人。

主な著作物

• 「プログラムはなぜ動くのか」（日経BP）
• 「コンピュータはなぜ動くのか」（日経BP）
• 「出るとこだけ! 基本情報技術者」 (翔泳社)
• 「ベテランが丁寧に教えてくれる ハードウェアの知識と実務」（翔泳社）
• 「ｉｆとｅｌｓｅの思考術」（ソフトバンククリエイティブ）　など多数