データモデリングにおける第1正規形から第5正規形の違いを理解する

データモデリングは、データベース設計において重要な部分であり、組織がデータを効率的に管理・構造化するのに役立ちます。データモデリングにおける主要な概念の一つは正規化です。正規化とは、冗長性を最小限に抑えながらデータの整合性を高めるようにデータを整理することです。正規化は、正規形と呼ばれるいくつかのレベルに分類できます。この記事では、第1、第2、第3、第4、第5正規形の違いを検証し、それぞれの特徴を理解しやすくします。

Tables and Data

データモデリングにおける正規化とは何ですか?

正規化とは、データベース内のデータを構造化する体系的なアプローチです。主な目的は、冗長性を排除し、論理的なデータ依存関係を確保することです。特定の正規化ルールに従うことで、データベース設計者は、挿入、更新、削除といったデータ異常のリスクを軽減する設定を作成できます。例えば、適切に構造化されたデータベースは、データ効率を最大50%向上させ、時間とリソースを節約できます。

正規化は複数の段階から構成され、各正規形は特定の種類の冗長性と依存性の問題に段階的に対処します。

第一正規形（1NF）

第一正規形（1NF）は正規化の基礎となります。表が以下の条件を満たす場合、1NF となります。

1. 列内のすべてのエントリは同じデータ型を共有する必要があります。

2. 各列にはアトミック値が含まれる必要があり、各値は分割できないことが保証されます。

3. 各列には一意の名前を付ける必要があります。

4. 保存されたデータの順序は、データへのアクセス方法に影響しません。

   
   

1NF の実現は、重複するグループを排除し、各データが最も単純な形式で保存されることを保証するために不可欠です。例えば、顧客の注文を格納するテーブルを考えてみましょう。1つのセルに複数の製品がリストされている場合、それは 1NF に違反します。

Database schema showing first normal form structure.

第二正規形（2NF）

テーブルがすでに 1NF であり、次の条件を満たしている場合、そのテーブルは第 2 正規形 (2NF) になります。

1. すべての非キー属性は、主キーに完全に依存する必要があります。

2. どの列も主キーに部分的に依存してはなりません。

   
   

簡単に言えば、2NFは部分的な依存関係、つまり非キー属性が複合主キーの一部にのみ依存する依存関係を排除します。例えば、`OrderID` と `ProductID` という複合主キーがある場合、他のフィールドはどれも `OrderID` のみに依存してはなりません。

第3正規形（3NF）

第 3 正規形 (3NF) を実現するには、テーブルが 2NF であり、次の基準を満たしている必要があります。

1. 推移的な依存関係は存在してはなりません。つまり、非キー属性は他の非キー属性に依存してはなりません。

   
   

基本的に、3NFはすべての属性が主キーのみに依存することを保証します。この正規化の段階により、冗長性が大幅に削減され、データの整合性が向上します。例えば、顧客情報と配送先住所を含むテーブルを考えてみましょう。配送先情報が主キーに含まれない顧客属性に依存している場合、それらを別々のテーブルに分割することが不可欠です。

Data model diagram illustrating third normal form relationships.

第4正規形（4NF）

テーブルがすでに 3NF であり、次の条件を満たしている場合、そのテーブルは第 4 正規形 (4NF) の条件を満たします。

1. 複数値の依存関係があってはなりません。

   
   

多値依存関係は、テーブル内の1つの属性が別の属性を決定するものの、その関係が相互的でない場合に発生します。例えば、テーブルに様々な色やサイズの製品がリストされている場合、色とサイズを別のテーブルに分割することで4NFを実現し、より適切なデータ管理を実現できます。

第5正規形（5NF）

第 5 正規形 (5NF) はプロジェクト結合正規形 (PJNF) とも呼ばれ、テーブルが 4NF であり、次の条件を満たす必要があります。

1. 結合依存関係を含めることはできません。

   
   

結合依存性は、複数の小さなテーブルから大きなテーブルを再構築できる場合に発生します。5NF（5元正規形）を達成することで、冗長性を排除しながら効率的なデータ取得を可能にするようにデータが整理されます。このタイプの正規化は、医療や金融などの分野で使用される、データセット間に多数の関係が存在する非常に複雑なデータベースで特に効果的です。

正規形に関する重要なポイント

5 つの正規形を要約すると次のようになります。

• 1NF : 繰り返しグループを削除し、値の原子性を維持します。

• 2NF : 複合キーへの部分的な依存性を排除します。

• 3NF : 非キー属性間の推移的な依存関係を削除します。

• 4NF : 複数値の依存関係を排除します。

• 5NF : 結合依存関係を排除します。

  
  

これらの違いを理解することは、効率的で信頼性の高いデータ モデルの作成につながるため、データベース設計者と開発者にとって不可欠です。

最後に

正規化は、データモデリングにおいてデータの整合性を維持し、冗長性を削減する重要なプロセスです。第1正規形から第5正規形までの違いを理解することで、データベース開発者はより効果的なデータベース構造を構築できます。各正規形は前の正規形を基盤として構築され、データの依存性と冗長性に関する特定の問題に対処します。

これらの正規化の原則を適用することで、組織はデータベースを複雑なクエリや広範なデータ関係に対応できる構造にすることができます。データの量と複雑さが増大し続ける中で、正規化の習得は、データモデリングに携わるすべての人にとって貴重なスキルであり続けるでしょう。