データベースの正規化~第１正規形から第５正規形まで

データベース設計において、データの重複をなくし、一貫性と整合性を保ちながら効率的に情報を管理できるように、テーブルを整理・分割することを正規化と呼ぶ。正規化により、同じ情報が複数の場所に保存されることを防ぎ、情報を変更する際には１箇所だけデータを更新すれば良くなるため、更新漏れや不整合の発生を予防できる。

正規化には、第１正規形から第５正規形までの段階があり、段階が進むごとにテーブルは細分化されていく。各段階の正規化では、正規化前の状態に戻せるようにテーブルを分解する（無損失分解）。データベースが高度に正規化されている場合、求める情報を得るために多くのテーブルを結合する必要があり、パフォーマンスに影響を与えることもある。そのため、実務では原則として第３正規形までの正規化が推奨されるが、場合によってはパフォーマンス向上のためにあえて非正規化することもある。

以下、具体例をもとに各正規化について解説する。

まずは、正規化を行う前の非正規形の例を示す。以下、この表をもとに正規化していく。

第１正規形は一つのセルに一つの値のみを持っている状態。上述の非正規形を第１正規形に正規化したものを以下に示す。

※ pk（primary key：主キー）はレコードを一意に識別するために利用するためのカラムのこと。上の例では{領収書ID, 購入時間, 購入店舗, 商品名}の組（複合主キー）が決まれば、どのレコードを指しているか特定できる。

第２正規形は、第１正規形の条件に加えて、部分関数従属を排除した状態。部分関数従属とは、複合主キーの一部によって他の項目が一意に定まること。

上述の第１正規形では、「顧客ID」、「顧客名」、「責任者」は、複合主キー（{領収書ID, 購入時間, 購入店舗, 商品名}の組）ではなく、複合主キーの一部（{領収書ID, 購入時間, 購入店舗}の組）によって一意に定まる。つまり、次のような部分関数従属がある。

そこで、この部分関数従属を排除するため、次のように分割する。

(1) 購入マスタ

(2) 購入詳細

第３正規形は、第２正規形の条件に加えて、推移的関数従属を排除した状態。推移的関数従属とは、二段階以上の従属関係があること。

上述の第２正規形の購入マスタでは、「顧客名」は「顧客ID」に従属していて、「顧客ID」は複合主キーに従属している。つまり、次のような推移的関数従属がある。

そこで、この推移的関数従属を排除するため、購入マスタを次のように分割する。

(1) 顧客マスタ

(2) 購入マスタ（更新版）

ボイス・コッド正規形は、第３正規形よりさらに厳しく、テーブル内の非自明なすべての従属関係が、レコードを一意に識別できるキー（スーパーキー）への従属になっている状態。第３.５正規形と呼ばれることもある。

「責任者は複数の店舗を兼任できない」というルールが存在すると仮定する。つまり、上述の第３正規形の購入マスタでは、「購入店舗」は「責任者」（非キー）に従属していることになる。

そこで、この非キーへの関数従属を排除するため、購入マスタを次のように分割する。

(1) 購入マスタ（更新版）

(2) 責任者マスタ

第４正規形は、ボイス・コッド正規形の条件に加えて、複数の多値従属を排除した状態。多値従属とはある項目が決まると他の項目の集合が決まること。

次に示す商品マスタにおいて、「商品名」が決まれば「サイズ」と「カラー」の集合が決まる。例えば、商品名がTシャツであれば、サイズはS/L/Mのいずれか、カラーは赤/青/白のいずれかであると決まる。このとき、「サイズ」と「カラー」はそれぞれ独立で決定する。

商品マスタ

つまり、次のような２つの多値従属がある。

そこで、この２つの多値従属を排除するため、商品マスタを次のように分割する。

(1) 商品名_サイズ

(2) 商品名_カラー

第５正規形は、第４正規形の条件に加えて、結合従属を排除した状態。結合従属とは３つ以上に分解可能な従属性のこと。

「店舗ごとに取扱商品と実施されるキャンペーンは異なり、商品ごとに適用可能なキャンペーンも異なる」というルールが存在すると仮定する。そうすると、次に示すキャンペーンマスタにおいて、「購入店舗」が決まれば「商品名」と「キャンペーン」の集合が決まり、「商品名」が決まれば「キャンペーン」の集合が決まる。

キャンペーンマスタ

つまり、次のような結合従属がある。

そこで、この結合従属を排除するため、キャンペーンマスタを次のように分割する。

(1) 購入店舗_商品名

(2) 購入店舗_キャンペーン

(3) 商品名_キャンペーン