データベースシステム論10 － データベースの設計
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静岡大学情報学部「データベースシステム論」講義スライド 第10回：データベースの設計
![データベースシステム論
2016年度 前期 水曜 1･2時限 情24教室
担当：横山昌平
データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 1p.](https://image.slidesharecdn.com/10-131209212946-phpapp02/85/10-1-320.jpg)
![講義計画
• 関係データベースの歴史と基本概念
• SQLの基礎と応用(演習を含めつつ)
• データベースの設計と構成
• SQL問い合わせ処理とそれを支える技術
• 関係データモデル以外のデータベース
データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 2p.
※現時点での予定です。進捗に応じて変更します。
27Apr.
20Apr.
13Apr.
25May
18May
11May
1June
8June
29June
22June
20July
13July
6July
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データベースシステム論10 － データベースの設計
- 1. データベースシステム論 2016年度 前期 水曜 1･2時限 情24教室 担当：横山昌平 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 1p.
- 2. 講義計画 • 関係データベースの歴史と基本概念 • SQLの基礎と応用(演習を含めつつ) • データベースの設計と構成 • SQL問い合わせ処理とそれを支える技術 • 関係データモデル以外のデータベース データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 2p. ※現時点での予定です。進捗に応じて変更します。 27Apr. 20Apr. 13Apr. 25May 18May 11May 1June 8June 29June 22June 20July 13July 6July 27July
- 3. データベースシステム論 第１０回 データベースの設計 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 3p.
- 4. ライフサイクル 要求の収 集と分析 概念設計 論理設計 物理設計 システム の実現 試験 運用 チューニ ング データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 4p. データベースの設計
- 5. データベース設計手順 ① 適用する業務が利用するデータ構造の全体像を整理することか らはじまる．これをデータベースの概念設計という．この作業 の結果はデータベースの概念モデルといい，個々のデータモデ ル（関係データモデルなど）には依存しない．このフェーズで は実体関連ダイアグラムやオブジェクト指向設計法などの方法 論が使われる. ② その結果に基づいて，論理的にどのようなデータ構造を用いれ ば最適であるかの再整理を行う．これをデータベースの論理設 計という．論理設計では再整理に先立って概念設計の結果をモ デルに依存するデータ構造（すなわちリレーショナルスキー マ）に変換するが，関係データモデルを対象とすれば再整理の ために正規化理論が用いられる．論理設計の結果は特定のデー タモデル（DBMS）に依存する構造になる． ③ 論理設計の結果をもとにどのようなデータベース構成法（格納 法）を選ぶべきか，どのようなインデクスを作成すべきかを決 定する．これをデータベースの物理設計という． ④ システムを実際に運用した経験を踏まえて，データベースの設 計を見直して，システムを変更する．このことをチューニング という． データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 5p.
- 6. 概念設計 － 例(ER図-Peter Chen記法) データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 6p. 含む ワインID ラベル名 セットID セット名 ワイン ワインセット 主キーに下線 1つのワインセットに対し N本のワインが含まれる。 N 1 関係 実体 属性
- 7. 概念設計 － 例 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 7p. ワイン ワインセット N 含む 1 ワインID ラベル名 セットID セット名
- 8. 概念設計 － 例 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 8p. ワインセット 1 セットID セット名 顧客会員購入 購入ID 会員ID 名前 住所 (郵便番号) N M 購入時刻 個数
- 9. 論理設計 • 概念設計を関係データモデルへ変換する作業 • 利用するDBMSを決定しておく必要がある • 「実体」と「関係」を利用してスキーマ設計 • 「関係」は関数従属性or外部キーに対応する • 洗練されたスキーマの設計を目指す • 具体的には「正規化」する事を指す • 三層アーキテクチャ • 概念スキーマ • 外部スキーマ データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 9p.
- 10. 関数従属性 • 定義 (教科書p.52) • 関数従属性はキー概念の一般化と考えられる。 • Xが主キーの時、YはX以外のすべての属性の集合 • ただし一般にはXは極小とは限らない • 言い換えればXは超キーに相当する データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 10p. X,YをそれぞれリレーショナルスキーマRの空でない属 性集合とする時、Rのインスタンスrが関数従属性X→Y を 満 た す と は 、 r の す べ て の タ プ ル の 対 (t1, t2)に対して以下が成り立つことである。 t1.X = t2.X → t1.Y = t2.Y
- 11. 関数従属性 － 例 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 11p. ワイン ワイン セット N 含む 1 ワインID ラベル名 セットID セット名 顧客会員購入 購入ID 会員ID 名前 住所 (〒) N M 購入時刻 個数 購入ID → 購入時刻,会員ID 購入ID, セットID → 購入時刻,会員ID,個数 購入ID → 購入時刻 購入ID → 会員ID 購入ID, セットID → 購入時刻 購入ID, セットID → 会員ID 購入ID, セットID → 個数
- 12. 関数従属性に関する推論と閉包 • 推論の例(教科書p.52ルール3) • 閉包の定義 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 12p. 関数従属性A→BとB→Cが成り立つ時、A→Cは自明で ある。この時「⊧」を用いて以下の様に記述する。 {A→B,B→C} ⊧ {A→C} 関数従属性集合Fが与えられたとき、FおよびFから推 論できる関数従属性を全て含んだ集合F+の事。 F+ ⊧ { F | Fr } (但しFrは次の式を満たすF ⊧ Fr) F = {A→B,B→C} の時 F+ = {A→B,B→C, A→C}
- 13. 閉包F+ － 例 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 13p. 購入ID → 会員ID 会員ID → 名前, 住所 購入ID → 住所 購入ID → 名前, 住所 購入ID → 名前 F F+ 推論 会員ID → 名前 会員ID → 住所 ワイン ワイン セット N 含む 1 ワインID ラベル名 セットID セット名 顧客会員購入 購入ID 会員ID 名前 住所 (〒) N M 購入時刻 個数
- 14. 関数従属性集合の被覆と同値性 • 被覆の定義 • 同値の定義 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 14p. 関数従属性集合FおよびEに関して、Eの全ての関数従 属性がF+に含まれていた時、FをEの被覆(cover)である という。 関数従属性集合FおよびEに関して、FをEの被覆であり、 EがFの被覆である時、EとFは同値(equivalent)である という。
- 15. 同値性 － 例 • 以下の関数従属性集合FとGが与えられた時 • F+とG+が等しい(互いに被覆する)ので • FとGは同値である データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 15p. 購入ID → 会員ID 会員ID → 名前, 住所 購入ID → 住所 購入ID → 名前, 住所 購入ID → 名前 F F+ 推論 会員ID → 名前 会員ID → 住所 購入ID → 会員ID 会員ID → 名前 購入ID → 名前 会員ID → 住所 購入ID → 名前, 住所 G+ G 推論 購入ID → 住所 会員ID → 名前, 住所
- 16. 関数従属性の極小被覆 • 解説 • 等価な関数従属性集合のうち極小(重複のない)集合 • 定義：関数従属性の集合Gが極小である条件 • 概念設計を論理設計に繋げるために、関数従属 性集合Fと同値の極小被覆Gを求める データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 16p. • Gに含まれる関数従属性の右辺は単一属性 • Gの関数従属性X→Aにおいて、Y⊂X(真部分集合)を 満たすYがあったとき、Y→Aを維持しない • Gに含まれる任意の関数従属性fを削除したを集合F’ としたとき、FとF’が同値であってはならない
- 17. 極小被覆 － 例 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 17p. • Fに含まれる関数従属性の右辺は単一属性 • Fの関数従属性X→Aにおいて、Y⊂X(真部分集合)を 満たすYがあったとき、Y→Aを維持しない • Fに含まれる任意の関数従属性fを削除したを集合F’ としたとき、FとF’が同値であってはならない 購入ID → 購入時刻,会員ID 購入ID, セットID → 購入時刻,会員ID,個数 購入ID → 購入時刻 購入ID → 会員ID 購入ID, セットID → 購入時刻 購入ID, セットID → 会員ID 購入ID, セットID → 個数 {購入ID} ⊂ {購入ID, セットID} 削除不可 削除不可 削除不可 削除不可
- 18. 論理設計 － 例 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 18p. ワイン ワイン セット N 含む 1 ワインID ラベル名 セットID セット名 顧客会員購入 購入ID 会員ID 名前 住所 (〒) N 1 購入時刻 個数 購入ID → 購入時刻 購入ID → 会員ID 購入ID,セットID → 個数 購入ID 購入時刻 会員ID セットID 個数 1 12/10 11:40 1 1 2 2 1 2 12/10 11:45 2 1 4 1 1 1 12/10 12:00 1 1 1 このスキーマを(効率的な)関係データモデルに変換する作業を正規化と呼ぶ
- 19. 正規形 • データを単純な関係データモデルとして表現する 上で、冗長性を抑えつつ更新の不整合を極力防ぐ ための設計指針 • 第一正規形から第三正規形に加えてBoyce-Codd正 規形がある • 正規化とは主キーと関数従属性に基づいて関係ス キーマを洗練化させるプロセスの事をいう • 前述の最少被覆を求める作業も含めて第三正規形 (あるいはBoyce-Codd正規形)を目指す事を正規化 と言う • Boyce-Codd正規形に関しては今日は触れませんので教 科書で学びましょう データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 19p.
- 20. 更新不整合を防止する • 正規形が導入された理由 • 関係データモデル：世の中の多くの情報は関係デー タモデルに則っていない。 • データ冗長化：おなじデータが繰り返しテーブル内 に表れる事によりデータ容量が無駄に増加する。 • 挿入不整合：関数従属性に関連するデータが全て決 まらないとタプルを挿入できなくなる。 • 修正不整合：ひとつの関数従属性の情報の情報を正 しく維持するために、複数のタプルを修正無ければ ならなくなる。 • 削除不整合：タプルの削除に伴って必要な関数従属 性の情報が失われてしまう。 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 20p.
- 21. 非正規化データ例 ワインセット ソムリエ 年齢 価格 ワイン 評価 高級白ワイン 田崎信哉 50 10000 シャルドネ カテナ ★★★ セミヨンブロークンウッド ★★★ おたる ★ お買い得白ワイン 横山昌平 36 3000 おたる ★★ デリカート白 ★★★ ガロフォリ白 ★ お勧めワインセット 田崎信哉 50 150000 シャトー・ジレット ★★ オーパスワン ★★★ ヒル・オブ・グレイス ★ データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 21p.
- 22. 第一正規形：繰り返しの除去 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 22p. セ ル に は 単 純 な 値を1つしか入れ て は な ら な い ！
- 23. 第一正規形を満たさない箇所 ワインセット ソムリエ 年齢 価格 ワイン 評価 高級白ワイン 田崎信哉 50 10000 シャルドネ カテナ ★★★ セミヨンブロークンウッド ★★★ おたる ★ お買い得白ワイン 横山昌平 36 3000 おたる ★★ デリカート白 ★★★ ガロフォリ白 ★ お勧めワインセット 田崎信哉 50 150000 シャトー・ジレット ★★ オーパスワン ★★★ ヒル・オブ・グレイス ★ データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 23p. ココがダメ！
- 24. 第一正規形に正規化 ワインセット ソムリエ 年齢 価格 ワイン 評価 高級白ワイン 田崎信哉 50 10000 シャルドネ カテナ ★★★ 高級白ワイン 田崎信哉 50 10000 セミヨンブロークンウッド ★★★ 高級白ワイン 田崎信哉 50 10000 おたる ★ お買い得白ワイン 横山昌平 36 3000 おたる ★★ お買い得白ワイン 横山昌平 36 3000 デリカート白 ★★★ お買い得白ワイン 横山昌平 36 3000 ガロフォリ白 ★ お勧めワインセット 田崎信哉 50 150000 シャトー・ジレット ★★ お勧めワインセット 田崎信哉 50 150000 オーパスワン ★★★ お勧めワインセット 田崎信哉 50 150000 ヒル・オブ・グレイス ★ データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 24p.
- 25. 第二正規形：冗長性の除去 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 25p. 複 合 候 補 キ ー か ら 部分的関数従属性を 持つ値はテーブルを 別 に せ よ ！ 候補キーKが複合キーであったとき、その一部のカラムXか ら別のカラムYに関数従属性があるとき、YはKに対して部 分的関数従属性を持つという。
- 26. 第二正規形を満たすには… データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 26p. ワインセット 評価 主キー候補 ソムリエ 年齢 ココで分割！ 価格 部分的関数従属性 ワイン ワインセット ソムリエ 年齢 価格 ワイン 評価 高級白ワイン 田崎信哉 50 10000 シャルドネ カテナ ★★★ 高級白ワイン 田崎信哉 50 10000 セミヨンブロークンウッド ★★★ 高級白ワイン 田崎信哉 50 10000 おたる ★ お買い得白ワイン 横山昌平 36 3000 おたる ★★ お買い得白ワイン 横山昌平 36 3000 デリカート白 ★★★ お買い得白ワイン 横山昌平 36 3000 ガロフォリ白 ★ お勧めワインセット 田崎信哉 50 150000 シャトー・ジレット ★★ お勧めワインセット 田崎信哉 50 150000 オーパスワン ★★★ お勧めワインセット 田崎信哉 50 150000 ヒル・オブ・グレイス ★
- 27. 第二正規形に正規化 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 27p. ワインセット ソムリエ 年齢 価格 高級白ワイン 田崎信哉 50 200000 高級白ワイン 横山昌平 36 3000 お勧めワインセット 田崎信哉 50 10000 ワインセット ワイン 評価 高級白ワイン シャルドネ カテナ ★★★ 高級白ワイン セミヨンブロークンウッド ★★★ 高級白ワイン おたる ★ お買い得白ワイン おたる ★★ お買い得白ワイン デリカート白 ★★★ お買い得白ワイン ガロフォリ白 ★ お勧めワインセット シャトー・ジレット ★★ お勧めワインセット オーパスワン ★★★ お勧めワインセット ヒル・オブ・グレイス ★
- 28. 第三正規形 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 28p. 推移的関数従属性 をもつ値はテーブ ル を 別 に せ よ ！ 候補キーKにおいて、K→Lという関数従属性を持つ時、 L→Kという関数従属性をもつKが存在する時、推移的関数 従属性を有するという。
- 29. 第三正規形を満たすには… データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 29p. ワインセット ソムリエ 年齢 価格 高級白ワイン 田崎信哉 50 200000 お買い得白ワイン 横山昌平 36 3000 お勧めワインセット 田崎信哉 50 10000 ワインセット ソムリエ 年齢 価格 ココで分割！ 推移的関数従属性
- 30. 第三正規形に正規化 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 30p. ワインセット ソムリエ 価格 高級白ワイン 田崎信哉 200000 お買い得白ワイン 横山昌平 3000 お勧めワインセット 田崎信哉 10000 ソムリエ 年齢 田崎信哉 50 横山昌平 37 ワインセット ワイン 評価 高級白ワイン シャルドネ カテナ ★★★ 高級白ワイン セミヨンブロークンウッド ★★★ 高級白ワイン おたる ★ お買い得白ワイン おたる ★★ お買い得白ワイン デリカート白 ★★★ お買い得白ワイン ガロフォリ白 ★ お勧めワインセット シャトー・ジレット ★★ お勧めワインセット オーパスワン ★★★ お勧めワインセット ヒル・オブ・グレイス ★
- 31. テーブル設計 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 31p. 型 ワインセット varchar(20) ソムリエ varchar(20) 価格 int 型 ソムリエ vhachar(20) 年齢 int 型 ワインセット varchar(20) ワイン varchar(20) 評価 varchar(10) t_wine_set t_sommelier t_wine 外部キー
- 32. データベースシステム論 演習4 正規化テーブルの作成とVIEW データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 32p.
- 33. 提出課題4 [本日の授業終了まで] データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 33p. • 正規化テーブルからビューを作ってみよう！ • 第一正規形に見えるv_wineというビューを作れ！ • テーブルが１つの方がアプリからは使いやすいでしょ？ • 提出方法 • 学務情報システムにて ワインセット ソムリエ 年齢 価格 ワイン 評価 高級白ワイン 田崎信哉 50 10000 シャルドネ カテナ ★★★ 高級白ワイン 田崎信哉 50 10000 セミヨンブロークンウッド ★★★ 高級白ワイン 田崎信哉 50 10000 おたる ★ お買い得白ワイン 横山昌平 36 3000 おたる ★★ お買い得白ワイン 横山昌平 36 3000 デリカート白 ★★★ お買い得白ワイン 横山昌平 36 3000 ガロフォリ白 ★ お勧めワインセット 田崎信哉 50 150000 シャトー・ジレット ★★ お勧めワインセット 田崎信哉 50 150000 オーパスワン ★★★ お勧めワインセット 田崎信哉 50 150000 ヒル・オブ・グレイス ★
- 34. 次回予告 第１１回 データベースの構成 データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 34p.
- 35. 第11回 データベースの設計 • ディスク・メモリ上に物理的どのようにデータ が格納され、問い合わせされるのかについて学 びます。 • 来週学ぶこと • ディスク格納法 • バッファ管理 • インデクス • 予習 • 対応箇所：教科書第6～7章 • 関連個所：特になし データベースシステム論 第 回2016 [ 10 ] 35p.