基本情報のデータベース正規化とは？第1〜第3正規形を図解で理解

第1正規形、第2正規形と言われても、表をどこで分ければいいのかがわからない。

正規化の問題で、用語の説明は読んだのに、いざ表を前にすると手が止まっていませんか？

先に答えをお伝えします。

データベースの正規化とは、同じデータが何度も書かれている表を、矛盾が起きにくい形に分けていく手順です。第1正規形では繰り返しの項目をなくし、第2正規形では主キーの一部だけで決まる項目を切り出し、第3正規形では主キー以外の項目で決まる項目を切り出します。

つまり、それぞれの段階で、何によって値が決まるのかを見て、表を分けていきます。この記事では、この記事のために作った受注表を使い、非正規形から第3正規形まで、1段ずつ分割していきます。

基本情報技術者試験の全体像を先に確かめたい人は、こちらの親記事が参考になります。

【関連記事】基本情報技術者試験とは？試験内容・難易度・勉強法を初心者向けに解説

正規化はなぜ必要？データの重複が起こす3つの問題¶

正規化の手順に入る前に、なぜ表を分ける必要があるのかを確かめておきましょう。理由が分かると、どこで分ければよいかの判断がしやすくなります。

この記事で使う受注表¶

ここからは、文房具の卸売店が使う受注表を例にします。1件の注文で、複数の商品をまとめて受けることがあるものとします。

受注番号A01の行には、商品の情報が2つずつ入っています。このように、1つのマスに複数の値が入っている状態の表を、非正規形と呼びます。

この記事では、単価は商品ごとに1つに決まっているものとして考えます。

重複があると起きる3つの異常¶

この表には、山田商店という顧客名や、ノートの単価が何度も出てきます。同じデータが複数の場所にあると、データを変えるときに次のような問題が起きます。

正規化は、こうした問題を防ぐために、1つの事実を1か所にだけ書く形へ表を分ける作業です。山田商店の名前が1か所にしか無ければ、書き換えも1回で済みます。

正規化を読むための3つの言葉¶

正規化の説明には、いくつかの専門用語が出てきます。先に3つだけ押さえておきましょう。

主キーとは、表の中の1行を特定するための列です。受注番号が決まれば受注日が1つに決まる、というように、ある列の値で別の列の値がただ1つに決まる関係を、関数従属と呼びます。

外部キーとは、ほかの表の主キーを参照するための列です。分けた表どうしは、この外部キーでつながります。

第1正規形｜1つのマスに1つの値だけにする¶

第1正規形とは、すべてのマスに値が1つずつ入っている表のことです。A01の行のように、1つのマスに商品が2つ入っている状態をなくします。

繰り返しの項目を行に分ける¶

商品番号から数量までの4列は、1件の注文の中で繰り返し出てくる項目です。これを、1つの商品につき1行になるよう書き直します。

A01は2行に分かれ、受注日や顧客名は両方の行にくり返し書かれます。どのマスにも値が1つだけになったので、これで第1正規形です。

第1正規形の主キーを考える¶

この表では、受注番号だけでは行を1つに決められません。A01が2行あるからです。

受注番号と商品番号の2つを組み合わせると、どの行も1つに決まります。このように、複数の列を組み合わせた主キーを複合キーと呼びます。

第1正規形になっても、重複はまだ残っています。むしろ、受注日や顧客名が書かれる回数は増えました。ここから先の段階で、重複を減らしていきます。

第2正規形｜主キーの一部で決まる項目を切り出す¶

第2正規形とは、第1正規形であり、主キー以外のすべての列が、主キー全体で決まる表のことです。主キーの一部だけで決まる列を、別の表に切り出します。

何で値が決まるかを確かめる¶

主キーは受注番号と商品番号の組です。それぞれの列が、どちらの列で決まるのかを1つずつ確かめてみましょう。

数量は、どの注文の、どの商品かが分からないと決まりません。一方、受注日は受注番号が分かれば決まり、商品名は商品番号が分かれば決まります。

このように、主キーの一部だけで値が決まる関係を、部分関数従属と呼びます。第2正規形は、部分関数従属をなくした表です。

3つの表に分ける¶

受注番号で決まる列、商品番号で決まる列、両方で決まる列の3つに分けます。下線を引く代わりに、主キーの列名に「（主キー）」と付けて表します。

受注（受注番号（主キー）, 受注日, 顧客番号, 顧客名）
商品（商品番号（主キー）, 商品名, 単価）
受注明細（受注番号（主キー）, 商品番号（主キー）, 数量）

受注明細表の受注番号と商品番号は、それぞれ受注表と商品表を参照する外部キーにもなっています。この2つの列を手がかりにすれば、分けた表をいつでも元の形に戻せます。

商品表ができたので、注文の無い新商品も登録できるようになりました。A03を取り消しても、消しゴムの単価は商品表に残ります。

第3正規形｜主キー以外の列で決まる項目を切り出す¶

第3正規形とは、第2正規形であり、主キー以外の列によって決まる列が無い表のことです。最後に残った重複を、ここで取り除きます。

推移関数従属を見つける¶

第2正規形の受注表を見ると、顧客名は今も受注のたびに書かれています。山田商店はA01とA03の2回です。

顧客名は、受注番号から直接決まっているわけではありません。受注番号で顧客番号が決まり、顧客番号で顧客名が決まる、という2段階の関係です。

受注番号 → 顧客番号 → 顧客名のように、主キー以外の列を経由して決まる関係を、推移関数従属と呼びます。第3正規形は、推移関数従属をなくした表です。

顧客の表を切り出す¶

顧客番号で決まる顧客名を、顧客表として切り出します。受注表には、顧客表を参照するための顧客番号だけを残します。

顧客（顧客番号（主キー）, 顧客名）
受注（受注番号（主キー）, 受注日, 顧客番号）
商品（商品番号（主キー）, 商品名, 単価）
受注明細（受注番号（主キー）, 商品番号（主キー）, 数量）

これで第3正規形になりました。山田商店の名前は顧客表の1か所にしか無いので、店名が変わっても1行を書き換えるだけで済みます。

最初の1つの表が、4つの表に分かれたことになります。それぞれの表には、1種類の事実だけが書かれています。

3つの正規形の違いを並べて比べる¶

ここまでの3段階を、何をなくしたのかという観点で表にまとめます。試験で正規形を問われたときは、この表の順に確かめていくと判断しやすくなります。

主キーが1つの列だけの表は、主キーの一部というものが無いので、第1正規形であれば第2正規形の条件も満たします。部分関数従属を考えるのは、複合キーの表のときだけと覚えておくと迷いません。

正規化の問題を解く練習¶

ここまでの内容を使って、自作の問題で練習してみましょう。答えを見る前に、列ごとに何で値が決まるかを書き出してから考えてみてください。

練習1｜何正規形かを判断する¶

次の表は、社員番号を主キーとする社員表です。部署名は、部署コードによって1つに決まるものとします。

社員（社員番号（主キー）, 氏名, 部署コード, 部署名）

どのマスにも値は1つなので、第1正規形は満たしています。主キーが1列だけなので、部分関数従属もありません。

一方、社員番号 → 部署コード → 部署名という推移関数従属があります。したがって、この表は第2正規形ですが、第3正規形ではありません。

第3正規形にするには、部署（部署コード（主キー）, 部署名）を切り出し、社員表には部署コードだけを残します。

練習2｜分けた表を結合で戻す¶

正規化で表を分けると、元の受注表の形で見たいときは、表をつなぎ直す必要があります。このときに使うのが、SQLの結合（JOIN）です。

たとえば、受注表と顧客表を顧客番号で結合すれば、受注番号と顧客名を並べた表が作れます。表を分けても情報が失われないのは、外部キーで元に戻せるからです。

結合の仕組みや、内部結合と外部結合の違いは、こちらの記事で詳しく解説しています。

【関連記事】基本情報のSQL結合（JOIN）がわからない！内部結合・外部結合を図解

正規化の問題で間違えやすい点¶

最後に、正規化の問題でつまずきやすい点を表にまとめます。答えが合わなかったときは、どれに当てはまるかを確かめてみてください。

とくに3つ目は大切です。商品の単価が注文ごとに変わる会社なら、単価は受注明細表に置くべきです。正規化の問題では、問題文に書かれた業務の決まりに従って、何で値が決まるかを判断しましょう。

正規化とSQLは科目Aの中でつながっている¶

正規化とSQLは、どちらも科目Aのデータベース分野で学ぶ内容です。表を分ける理由を知っていると、SQLで表を結合したり、条件で行を絞ったりする問題の意味も理解しやすくなります。

SELECTやWHEREで行と列を取り出す基本を確かめたい人は、こちらの記事を読んでみてください。

【関連記事】基本情報のSQL問題の解き方｜SELECT・WHERE・ORDER BYを例題で解説

何で決まるかを追う力は科目Bにも生きる¶

正規化では、ある列の値が何によって決まるのかを、1つずつ確かめました。この、値がどこから来るのかを丁寧に追う姿勢は、科目Bでプログラムの変数を追うときにも役立ちます。

科目Bでは、擬似言語で書かれたプログラムを読み、変数の値がどう変わるかを追う問題が中心です。擬似言語とは、試験のために決められた書き方でプログラムを表したものです。科目Bの出題内容は、こちらの記事で確かめられます。

【関連記事】基本情報技術者試験の科目Bとは？擬似言語・アルゴリズム対策を初心者向けに解説

私たちの Giji Academy では、擬似言語の講座を記法の基礎から条件分岐・繰返し・配列・アルゴリズム、科目B対策まで段階的に用意しています。擬似言語シミュレーターを使えば、プログラムをブラウザ上で1行ずつ実行し、変数の値が変わる様子を確かめられます。

一部の教材と入門レベルの練習問題は、無料会員のまま使えます。講座は擬似言語の講座一覧から始められます。

まとめ¶

データベースの正規化は、同じデータが何度も書かれる表を、更新・追加・削除で矛盾が起きにくい形に分ける手順です。1つの事実を1か所にだけ書くことを目指します。

第1正規形では1つのマスに複数の値が入らないようにし、第2正規形では主キーの一部で決まる列を切り出します。第3正規形では、主キー以外の列で決まる列を切り出します。

どの段階でも、列の値が何によって決まるのかを確かめるのが出発点です。小さな表を自分で作り、1段ずつ分けてみる練習を重ねれば、正規化の問題は着実に得点できるようになります。