1.1.4. 関係モデル

1. 概要

　関係モデルは、データベース理論の中核を成す概念であり、現代のデータベース管理システム（DBMS）の多くがこのモデルに基づいています。1970年にE.F. Coddによって提唱されたこのモデルは、データを表（テーブル）形式で表現し、数学的な集合論を基礎としています。関係モデルの理解は、効率的なデータベース設計や操作において極めて重要です。

2. 詳細説明

2.1. 関係モデルの基本構造

　関係モデルにおいて、データは以下の要素で構成されます：

1. 関係（リレーション）：データを表形式で表したもの。通常、テーブルとして視覚化されます。
2. タプル（行，レコード）：関係内の1つのデータ行を指します。
3. 属性（列，フィールド）：関係内の各列を表し、データの特性を定義します。
4. 実現値：タプルの各属性が持つ具体的な値です。
5. 定義域（ドメイン）：特定の属性が取りうるすべての値の集合を指し、通常は属性のデータ型によって決定されます。

2.2. 関係の性質

　関係モデルには、以下のような重要な性質があります：

1. 各タプルは一意でなければならない（重複は許されない）
2. タプルの順序は意味を持たない
3. 属性の順序も意味を持たない
4. 各属性は原子的な値のみを持つ（第一正規形）

2.3. キーの概念

　関係モデルでは、キーが重要な役割を果たします：

1. 主キー：各タプルを一意に識別する属性または属性の組み合わせ。主キーは必ず一意でなければなりません。
2. 外部キー：他の関係の主キーを参照する属性で、関係間のリンクを確立するために使用されます。

2.4. 関係の結合

　複数の関係を結合することで、より複雑なデータ構造を表現できます。主な結合方法には以下があります：

1. 内部結合：2つの関係で共通の属性を持つタプルだけを結合する。
2. 外部結合：2つの関係のいずれかにあるタプルをすべて含む結合。左外部結合（左の関係のすべてのタプルを保持）、右外部結合（右の関係のすべてのタプルを保持）、完全外部結合（両方の関係のすべてのタプルを保持）。
3. 自然結合：共通の属性名と値を持つタプルを自動的に結合する。 　例えば、従業員テーブルと部署テーブルを結合して、各従業員の所属部署名を取得する場合、内部結合を使用します。

SELECT 従業員.氏名, 部署.部署名
FROM 従業員
JOIN 部署 ON 従業員.部署ID = 部署.部署ID;

2.5. 正規化の概念

　正規化は、データの冗長性を減らし、データベースの整合性を保つための手法です。第一正規形（1NF）では、各属性が原子的な値を持つことが求められ、第二正規形（2NF）や第三正規形（3NF）など、さらに複雑な要件を満たすことで、データの効率的な管理が可能となります。

3. 応用例

　関係モデルは、様々な分野で広く応用されています：

1. 企業の顧客管理システム：顧客テーブルと注文テーブルを外部キーで結合し、顧客ごとの注文履歴を管理します。
2. 銀行の口座管理システム：顧客の情報と口座の情報を分離し、それぞれを効率的に管理します。
3. 電子商取引サイトの商品データベース：商品テーブルと注文テーブルを結合し、在庫や販売データをリアルタイムで管理します。
4. 医療機関の患者情報管理：患者テーブルと診療記録テーブルを結合し、患者ごとの診療履歴を統合的に管理します。
5. 図書館の蔵書管理システム：書籍、著者、出版社の情報を分離し、効率的に検索や管理を行います。 　これらのシステムでは、関係モデルを用いることで、複雑なデータ構造を効率的に管理し、迅速なデータ検索や更新を実現しています。

4. 例題

例題1

　以下の要件に基づいて、関係モデルを使用してデータモデルを設計してください。

要件：

• 書籍の管理システムを作成する
• 書籍には、ISBN、タイトル、著者、出版社、出版年が含まれる
• 著者は複数の書籍を書くことができる
• 出版社は複数の書籍を出版することができる

回答例：

1. 書籍テーブル

• ISBN（主キー）
• タイトル
• 出版年
• 著者ID（外部キー）
• 出版社ID（外部キー）

1. 著者テーブル

• 著者ID（主キー）
• 著者名

1. 出版社テーブル

• 出版社ID（主キー）
• 出版社名

例題2

　以下の関係（テーブル）が与えられたとき、問に答えてください。

従業員テーブル：

部署テーブル：

問：従業員の氏名と所属部署名を表示するためのSQL文を書いてください。

回答例：

SELECT 従業員.氏名, 部署.部署名
FROM 従業員
JOIN 部署 ON 従業員.部署ID = 部署.部署ID;

5. まとめ

　関係モデルは、データベース設計の基礎となる重要な概念です。以下の点を押さえておくことが重要です：

1. データは表（関係）として表現される
2. 各行はタプル、各列は属性として扱われる
3. キー（主キー、外部キー）の概念を理解する
4. 複数の関係を結合することで、複雑なデータ構造を表現できる
5. 実際のデータベース設計では、正規化や最適化が重要