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れいがかいて
5 years ago
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1 情報システム論第週データベース根來均

2 アプリケーションとは英和 Application: 適用応用 ( 申し込み ) 応用ソフト :OS( 基本ソフト ) の機能を応用したソフト ( 循環論的な命名法 ) 英英 Application : practical purpose for which a machine, idea etc can be used, or the act of using it for this. 実用ソフトと訳した方が分かりやすいように思われる

3 データベースミドルウェア (= 中間 ) としてデータベース ( 例えばクライアント & サーバシステム ) DB ソフト自体はデータの保存提供をしているに過ぎない ( 場合が多い ) クライアントアプリ IE サーバシステムソフトウェア DB ソフト OS アプリ Firefox

4 ( ウェブの例でより厳密には ) ブラウザアプリ IE 下記の例では : ウェブサーバはユーザのブザウザからはサーバとなり DB サーバに対してはクライアントという位置づけである DB サーバはウェブサーバのサーバであるウェブサーバ ( 例えば apache) DB サーバ ( 例えば MySQL) OS アプリ Firefox

5 データベースの構造モデル階層モデルネットワークモデル関係 ( リレーショナル ) モデル親 pointer 子親 link 表 value 子親 : 子 = 1: 多 ex. ディレクトリ構造親 : 子 = 多 : 多 cf. WWW 表 ( 親 : 子 = そのような関係はない ) 主流

6 Spreadsheet と Relational Database (RDB) Spreadsheet (e.g., MS Excel) RDB (e.g., Oracle) Sheet Table File ( ~.xls) Database

7 Spreadsheet と RDB( 続き ) Spreadsheet (e.g., MS Excel) RDB (e.g., Oracle) Sheet 3 Sheet 2 Sheet1 Table3 Table2 Table1 ここのシートに関連性はない ( 参照などは可能 ) 各テーブル間が何らかの値 ( 変数 ) によって関連付けられている

8 Relational Database とは相互に関連付けられた 2 つ以上のテーブルを有するデータベース ( 関連あるデータを別々のテーブルに保存するシステム ) 例顧客の住所録とその各顧客の購入リスト知人の住所録とその知人への年賀状の送受の履歴テーブル間共通の項目がありそれらを関連づけてデータの検索等を行う

9 一つの表テーブルの例レコード行組タブルフィールド列属性名前郵便番号住所電話番号根來均代官山小泉純代官付近岡田司田園調布テーブル表

10 リレーショナルデータベース管理システム (Relational Database Management System, RDBMS) とは RDB を管理するソフトウェア実際の例 OS 形態名前特徴 UNIX 商用 Oracle, Sybase, DB2 大規模システム無料 PostgreSQL, MySQL Windows 商用 Access, SQL Server, (Oracle, DB2..) (Access: 小規模システム )

11 RDB の利点データベースを管理しやすい ( 各テーブルを個別に管理出来る ( ユーザ権限の付与 )) 複数のまたがったテーブルに対して (( 高速に )) 検索がかけられる操作言語 :: SSQQLL ((SSttrruuccttuurreedd QQuueerryy LLaanngguuaaggee) 高速に処理できる iinnddeexx 処理分散処理矛盾や重複したレコードの作成を防げる

12 DB の検索例 (MAXI DB) 10 7 個 (~400MB) の X 線光子データベースからある天空領域内のデータを検索するのに要する時間 (PostgreSQL 使用 ) 領域の大きさ 1 x 1 3 x 3 5 x 5 index 無し index 有り Cluster Index C 言語での検索 by 小笠原

13 データベース利用までの流れデータ項目の整理 ( 正規化 ) DB 環境の整備 (DB 利用者の設定など ) テーブルの作成データ入力運用障害管理 ( 管理者 ) SQL を用いたデータ入出力 ( 利用者 )

14 データの正規化 (regularization, normalization, ) 主目的データの重複 ( 無駄 ) と矛盾を防ぐ関連するデータ項目ごとに効率よく格納する正規化するとは上記の目的が達成されるようにテーブルを ( あるルールに従い ) 構成しなおす ( 単純明快にする ) こと第 1 から第 5 正規化まである第 3 正規化までで通常十分正規化されたものを正規形 (Normal Form, NF) という

15 第 1 正規化 ( 列の ) 繰り返し項目をなくす注 ) 一般に名称は同姓同名など重複する可能性があるので番号を付け一意的に管理できるようにする項目の繰り返し登録日学籍番号名前受講科目教員教員 ID 科目番号 12/ 鈴木哲学藤田教養 01 力学紺野専門 02 科目区分 12/ 田中力学藤田専門 02 区分番号受講科目教員教員 ID 科目番号科目区分区分番号 12/ 大平統計仲専門 02 領域の無駄このような繰り返し項目があるものを非正規形という

16 キー (key) 関数従属このような列を主キー (primary key) という ( このように複数のキーからなる場合は複合キーともいう ) 第 1 正規形 (1NF) これら 2 つの組み合わせで行を一意的に決定出来る参 ) 候補キー登録日学籍番号名前受講科目教員教員 ID 科目番号科目区分区分番号 12/ 鈴木哲学藤田教養 01 12/ 鈴木力学紺野専門 02 12/ 田中力学藤田専門 02 12/ 大平統計仲専門 02 完全関数従属部分関数従属推移関数従属

第 2 正規化主キーに部分関数従属する各部を分離登録表学生表講座表登録日学籍番号 12/01 1001 01 12/01 1001 61 12/03 1003 62 12/04 1002 71 科目番号学籍番号名前 1001 鈴木 1002 大平

17 第 2 正規化主キーに部分関数従属する各部を分離登録表学生表講座表登録日学籍番号 12/ / / / 科目番号学籍番号名前 1001 鈴木 1002 大平 1003 田中科目番号受講科目教員 ID 教員名区分番号科目区分 01 哲学 03 藤田 01 教養 61 力学 64 紺野 02 専門 62 力学 65 藤田 02 専門 71 統計 71 仲 02 専門 ( 主キーが複合キーでない場合第 2 正規化は不要 )

18 第 3 正規化主キー以外の従属関係がある各部を分離非キー列が主キーのみに従属登録表登録日学籍番号科目番号 12/ 学籍名前 12/ 番号 12/ 鈴木 62 12/ 大平田中学生表講座表科目番号受講科目教員 ID 01 哲学力学力学統計区分番号教員表教員 ID 教員名 03 藤田 64 紺野 65 藤田 71 仲科目区分表区分番号科目区分 01 教養 02 専門 ( 新たなこれらの表の ) 主キー

19 外部キー制約インデックス参照制約参照先に存在しないようなデータは入力出来ない関連 (relationship) 学籍番号名前参照 ( 子 ) データの誤り矛盾を防げる登録日参照する側を外部キーという学籍番号科目番号科目番号注 ) ユニーク制約やインデックスは主キー以外でも使用可 ( 親 ) 受講科目教員 ID 教員 ID 区分番号区分番号教員名科目区分主キーには通常重複するものがあってはいけいないユニーク制約が課され索引テーブルを別に用意し高速検索を可能にするインデックスが張られる

20 テーブル / データ登録目的 ( RDBMS の選定 ) 運用方針 ( ユーザとその権限等の決定 ) の明確化 RDBMS の設定ソフトの ( 選定 ) インストール RDBMS 内でのユーザ設定ユーザの作成権限の付与などテーブルの登録 SQL ( 後述 ) を用いて実行各テーブルに各種制約やテーブル間の関係を定義データの登録 ( 最初からデータがある場合 ) 登録の仕方は RDBMS に依存通常 CSV (Comma Separated Values, カンマ区切り ) 形式のものなら容易に登録可

21 SQL (Structured Query Language) 70 年代に IBM が最初に開発 1982 より国際標準化機構 (ISO) により国際規格化 SQL-87 等を経て ANSI による SQL-92 でほぼ統一化 JIS95 規格と同じしかし RDBMS によりまだ方言が多少あるデータベースの構造を定義する言語 : DDL データベースのデータを操作する言語 : DML

22 DDL (Data Description Language ) 表の生成 create table ビュー (View) の生成 create view 表やビューの消去 drop 表への操作権限の付与 / 削除 grant/revoke 定義の変更 alter 教員 ID 教員名 CREATE TABLE staff! (id INT PRIMARY KEY,! name CHAR( 30) );!

23 DML (Data Manipulation Language) データ検索 select データの挿入 insert データの消去 delete データの更新 update 等々 SELECT name from! staff WHERE id = 61;!

24 テーブルの関係演算選択 : 条件に合致する行の抽出射影 : 指定した列を抽出結合 : 複数の表から条件に従って 1 つの表を作成和 / 差 / 積 :2 つの表の和 / 差 / 積集合商 : 2 つの表の商直積 : 2 つの表の全ての組み合わせ

25 スキーマ (schema) ANSI SPARC 3 層スキーマ構造 Schema( 独 ): 図表, 概要 / cf. scheme( 英 ) 計画, 体系,.. その構造や仕様の大枠を定義したもののこと何故か事実 / 現実世界の表現でなどといった大げさな修飾語がよく使われる RDBM (SQL) だと View などに相当 RDBM でいう table に相当 RDBM でいう index など外部スキーマ概念スキーマ内部スキーマ User ユーザやユーザが利用するアプリケーションなど外部から見たデータの構造 / 形態を記述したものデータの意味や関係といった基本的な概念を (RDBM 等の ) データモデルに従って構造 / 形態を記述したもの計算機内部での ( 物理的 ) 格納方法構造 / 形態を記述したもの Data Database

26 データベース運用障害管理障害から回復する ( 障害管理 ) トランザクション処理チェックポイントロールバック ( 後退復帰 ) バックアップ一貫性を保つ同時実行制御デッドロックの回避

27 その他 E-R (Entity-Relationship Diagram) 図オブジェクト指向 DBMS 分散型データベース