1 データベースとは
Without data, you’re just another person with an opinion.
– Edwards Deming
1.1 学習目標
- データと情報の違いを理解する．
- データベースシステムの構成を理解する．
- データモデルの概念を理解する．
- リレーショナルデータベースの特徴を理解する．
- DBMSの主な機能を理解する．
- SQL, NoSQL, DBMS, RDBMSなどの略語を使える．
1.2 データと情報
The goal is to turn data into information, and information into insight.
– Carly Fiorina
データ（Data） はコンピューターの処理の対象となる事実．状態・条件などを表す数値・文字・記号．
情報（Information） はある特定の目的について，適切な判断を下したり，行動の意思決定をするために役立つ資料や知識．
例 1.1
- データ：(太郎, M, 20)
- 情報：太郎は20歳の男性です．
例 1.2
- データ：JC 01
- 情報：中央線快速の東京駅行きの電車です．
1.2.1 データと情報の違い
- データは数値・文字・記号などで表現したもの．
- 情報はデータが処理され，意味を持たせたもの．
- 情報は意思決定に役立つ．
1.3 データベースシステム
データベース（Database） はデータの組織的な集合である．
データベース管理システム（DBMS） はデータベースを管理し，データに対する操作を提供するソフトウェア．
データベースシステム（DBS） はデータベース，DBMS，アプリケーションプログラムの総称．
1.4 データモデル
データモデル（data model） はコンピューターで，データベースシステムのデータを構造化するパターンである．
1.4.1 代表的なモデル
- 階層データモデル
- ネットワークデータモデル
- リレーショナルデータモデル
- オブジェクト指向データモデル
- XMLデータモデル
1.4.2 リレーショナルモデル
リレーショナルモデル（relational model） はエドガー・F・コッドが1970年に数学の集合論に基づいて提案したデータモデルで，あらゆるデータがテーブルとして表現される．
例 1.3 ある大学の学生と成績のデータをリレーショナルモデルで表現する．学生と成績のリレーションを以下の2つのテーブルで表現できる．
学生 テーブル
| 学籍番号 | 氏名 | 学科 |
|---|---|---|
| 202501 | 佐藤桃子 | 情報工学科 |
| 202502 | 鈴木一郎 | 機械工学科 |
| … | … | … |
成績 テーブル
| 学籍番号 | 科目 | 成績 |
|---|---|---|
| 202501 | プログラミング | A |
| 202501 | 線形代数 | B |
| 202502 | プログラミング | B |
| … | … | … |
この2つのテーブルを用いて，以下の問いに答えよ．
- プログラミングの成績がAの学生は誰ですか？
- その学生の学科は何ですか？
例 1.4 ある企業の社員と部署のデータをリレーショナルモデルで表現する．社員と部署のリレーションを以下の2つのテーブルで表現できる．
社員 テーブル
| 社員番号 | 氏名 | 部署 |
|---|---|---|
| 1001 | 佐藤 | E1 |
| 1002 | 鈴木 | K2 |
| 1003 | 山田 | E1 |
| … | … | … |
部署 テーブル
| 部署 | 部署名 | 部署長 |
|---|---|---|
| E1 | 開発部 | 1003 |
| K2 | 研究部 | 1002 |
| … | … | … |
この2つのテーブルを用いて，以下の問いに答えよ．
- 開発部の部署長は誰ですか？
1.4.2.1 リレーショナルモデルの特徴
- データモデルが理解しやすい．
- 高いデータ独立性の実現．
- データ操作の非手続き性．
以上の特徴から，リレーショナルモデルはビジネスデータ処理に広く利用されている．
1.5 データベース管理システム
データベース管理システム（DBMS）はデータベースを管理し，データに対する操作を提供するソフトウェア．
リレーショナルデータベース管理システム（RDBMS）は，リレーショナルデータベースを管理するDBMSの一種．
1.5.1 DBMSの主な機能
- データベース定義機能：スキーマ定義
- データベース操作機能：データの追加，削除，更新，検索
- データベース制御機能：障害回復，同時実行制御
1.5.2 SQLとNoSQL
SQL（Structured Query Language） はRDBMSにおいてデータの操作を行うためのドメイン固有言語．NoSQL（Not Only SQL） はRDBMS以外のデータベースを指す用語．非リレーショナルデータベース．
例 1.5 30歳以上の従業員を検索するSQL文．
SELECT * FROM employees WHERE age > 30;以下のSQL文を考えよ．
- 40歳以下の従業員を検索するSQL文．
- 部署が「開発部」の従業員を検索するSQL文．
ドメイン固有言語（Domain-specific language）とは特定のタスク向けに設計されたコンピュータ言語である．代表的なドメイン固有言語には以下のようなものがある．
- SQL: データベース操作するための言語
- HTML: ウェブページを作成するための言語
- CSS: ウェブページのスタイルを設定するための言語
- LaTeX: 文書を作成するための言語
汎用プログラミング言語（General-purpose programming language）のはドメイン固有言語の対義語である．代表的な汎用プログラミング言語には以下のようなものがある．
- Python
- Java
- C++
1.5.3 主要なDBMS
| 名称 | 種類 | 特徴 |
|---|---|---|
| SQLite | RDBMS | 軽量なRDBMS |
| MySQL | RDBMS | オープンソースで広く利用されているRDBMS |
| PostgreSQL | RDBMS | オープンソースのRDBMS．拡張性が高い． |
| SQL Server | RDBMS | マイクロソフト社が開発した商用RDBMS |
| MongoDB | NoSQL | 非リレーショナルDBMS．JSON形式でデータを格納 |
| Cassandra | NoSQL | 分散型DBMS．大規模なデータを扱う． |
1.6 用語
| 略語 | English | 日本語 |
|---|---|---|
| DBMS | Database Management System | データベース管理システム |
| RDBMS | Relational Database Management System | リレーショナルデータベース管理システム |
| SQL | Structured Query Language | - |
| NoSQL | Not Only SQL | - |
| DDL | Data Definition Language | データ定義言語 |
| DML | Data Manipulation Language | データ操作言語 |
| DCL | Data Control Language | データ制御言語 |
1.7 演習問題
1.7.1 小テスト
以下の選択肢から正しいものを一つ選びなさい．
- データベースとは何か？
- データを保存するためのソフトウェア
- データの組織的な集合
- データを処理するためのプログラム
- データを分析するためのツール
- リレーショナルデータベースの特徴はどれか？
- データをツリー構造で管理する
- データを表形式で管理し、テーブル間の関係を持つ
- データをグラフ構造で管理する
- データをオブジェクト指向で管理する
- SQLは何の略か？
- Structured Query Language
- Simple Query Language
- Standard Query Language
- Secure Query Language
- データベース管理システム（DBMS）の主な機能でないものはどれか？
- データベース定義機能
- データベース操作機能
- データベース制御機能
- データベース設計機能
- データベースシステム（DBS）の構成要素でないものはどれか？
- データベース
- DBMS
- アプリケーションプログラム
- オペレーティングシステム
1.7.2 練習課題
以下の問いに答えなさい．
- データと情報の違いを説明しなさい．
- RDBMSを言及した上で，SQLとNoSQLの違いを説明しなさい．
- データベースシステムの構成要素を説明しなさい．