データベースとは#
Without data, you’re just another person with an opinion.
—Edwards Deming
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．
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 |
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．
Example
データ：(太郎, M, 20)
情報：太郎は20歳の男性です．
Example
データ：JC 01
情報：中央線快速の東京駅行きの電車です．
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．
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．
Fig. 1 データベースシステム#
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．
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
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．
Example
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？
Example
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？
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．
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．
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
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．
Example
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．
Note
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++
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． |
演習問題#
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．
タップル\((1, 2)\) は\((2, 1)\)は等しいであるか？その理由を説明しなさい．
\(\{1, 2, 2\}\)は集合であるか？その理由を説明しなさい．
\(\Omega = \{1, 2, 3\}\), \(A = \{1, 2\}\)の時，\(A\)の補集合\(A^c\)を求めなさい．
\(A = \{1, 2, 3\}\), \(B = \{2, 3, 4\}\)の時，\(A\)と\(B\)の差集合\(A - B\)を求めなさい．
\(A = \{1, 2, 3\}\)の時，\(A\)の冪乗集合\(\mathcal{P}(A)\)を求めなさい．
\(A = \{春, 夏, 秋, 冬\}\), \(B = \{花見, スキー\}\)の時，\(A\)と\(B\)の直積\(A \times B\)を求めなさい．