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コンピューターサイエンス:アルゴリズム / OS / ネットワーク / DB
第1正規形

コンピューターサイエンス:アルゴリズム / OS / ネットワーク / DB

ソート、探索、再帰などのアルゴリズムに加え、OS (プロセス、メモリ、ファイルシステム)、ネットワーク (TCP/IP、HTTP、DNS、CDN)、データベースまで、Web エンジニアに必要な CS の基礎を一本で学べる総合コースです。エンジニア転職を目指す学習者や、CS 出身でない現役エンジニアを対象としています。約 34 時間 (1 日 30 分 × 68 日) で 135 レッスンを修了でき、修了後は技術選定やシステム設計の議論に自信を持って参加できるようになります。

1
再帰の基礎
0. 階乗(再帰)5分
1. フィボナッチ数(再帰)5分
2. 累乗(再帰)5分
3. 配列の合計(再帰)5分
4. 桁数を数える(再帰)5分
5. 文字列を逆順(再帰)5分
6. ユークリッドの互除法(GCD)5分
7. 第1章まとめクイズ — 再帰の基礎5分
2
第2章 探索
0. 線形探索で位置を返す5分
1. 二分探索 (反復版)5分
2. 二分探索 (再帰版)5分
3. lower_bound (最初に >= target の位置)5分
4. ピーク要素検索5分
5. 回転ソート配列での探索5分
6. 第2章まとめクイズ5分
3
ソート
0. バブルソート実装5分
1. 選択ソート5分
2. 挿入ソート5分
3. マージソート5分
4. クイックソート5分
5. カウントソート5分
6. 比較関数つきソート5分
7. 第3章まとめクイズ5分
4
配列 / 文字列の応用
0. 双方向ポインタで和 = K5分
1. スライド窓の最大和5分
2. 回文判定5分
3. 重複なし最長部分文字列5分
4. 大きな数の文字列乗算5分
5. アナグラムグルーピング5分
6. 第4章まとめクイズ — 配列 / 文字列の応用5分
5
クラスと OOP
0. 長方形クラス(面積と周長)5分
1. スタッククラス(push と pop)5分
2. キュークラス(enqueue と dequeue)5分
3. 単方向リンクリスト5分
4. 二分探索木 (BST) への挿入5分
5. カウンタクラス(機能合成)5分
6. 第 5 章クイズ — クラスと OOP5分
6
動的計画法 (基礎)
0. メモ化フィボナッチ5分
1. DP配列でフィボナッチ5分
2. 階段の登り方5分
3. コイン両替最小枚数5分
4. 0/1 ナップサック問題5分
5. 最長共通部分列 (LCS)5分
6. 第6章まとめクイズ5分
7
総合演習
0. ソート済み 2 配列のマージ5分
1. 配列の k 回転5分
2. カッコの妥当性5分
3. ローマ数字を整数に5分
4. 整数をローマ数字に5分
5. 雨水を溜める5分
6. 最終総まとめクイズ5分
8
[OS] Section 1. OS とは
0. コンピューターとOSの役割15分
1. OSの歴史(バッチ→マルチタスク→マルチユーザー)15分
2. カーネルとユーザーランド15分
3. システムコールの仕組み15分
4. Linux / macOS / Windows のアーキ比較15分
9
[OS] Section 2. プロセスとスレッド
0. プロセスとは15分
1. スレッドとプロセスの違い15分
2. コンテキストスイッチ15分
3. スケジューラとアルゴリズム15分
4. プロセス間通信(IPC)15分
10
[OS] Section 3. メモリ管理
0. メモリ階層(レジスタ→キャッシュ→RAM→ディスク)15分
1. 仮想メモリ15分
2. ページングとスワップ15分
3. mmap とメモリマップトファイル15分
4. ガベージコレクション概要15分
11
[OS] Section 4. ファイルシステム
0. ファイルシステムとは15分
1. i-node とディレクトリ15分
2. ext4 / APFS / NTFS の違い15分
3. ジャーナリングと耐障害性15分
4. パーミッションと所有者15分
12
[OS] Section 5. 同期と並行性
0. レースコンディション15分
1. Mutex と Semaphore15分
2. デッドロック15分
3. 非同期と並行15分
4. イベントループと epoll15分
13
[ネットワーク] ネットワークの全体像
0. ネットワークとは8分
1. OSI 7階層モデル10分
2. TCP/IP 4階層モデル9分
3. パケットとフレーム9分
4. ルーター・スイッチ・ハブ9分
14
[ネットワーク] IP とルーティング
0. IPアドレス (IPv4 / IPv6)10分
1. サブネットマスクと CIDR11分
2. NAT とプライベートIP9分
3. ルーティングと経路選択10分
4. ファイアウォール基礎9分
15
[ネットワーク] TCP / UDP
0. TCP と UDP の違い9分
1. 3-way ハンドシェイク9分
2. 輻輳制御と再送10分
3. UDP の用途 (DNS / 動画 / ゲーム)8分
4. ポート番号と well-known port9分
16
[ネットワーク] HTTP / HTTPS
0. HTTP の基本10分
1. HTTP メソッド9分
2. HTTPS と TLS ハンドシェイク10分
3. HTTP/2 と HTTP/3 (QUIC)10分
4. REST API の設計原則10分
17
[ネットワーク] DNS とドメイン
0. DNS とは8分
1. レコードタイプ10分
2. 名前解決の流れ10分
3. DNS キャッシュと TTL9分
4. CDN の仕組みと Anycast10分
18
[ネットワーク] 応用
0. ロードバランサ (L4 / L7)10分
1. プロキシとリバースプロキシ9分
2. WebSocket とリアルタイム通信9分
3. gRPC と HTTP/2 利用10分
19
[データベース] データベースの基礎
0. データベースとは8分
1. RDB と NoSQL の違い8分
2. データベースの歴史8分
3. エンティティ関係モデル (ER)8分
4. 主キー・外部キー・候補キー8分
20
[データベース] 正規化
0. 正規化とは何か8分
1. 第1正規形8分
2. 第2正規形8分
3. 第3正規形8分
4. 非正規化のトレードオフ8分
21
[データベース] インデックスと B-tree
0. インデックスの役割8分
1. B-tree の仕組み8分
2. B+tree(実際の DB 実装)8分
3. ハッシュインデックス8分
4. カバリングインデックス8分
22
[データベース] トランザクションと ACID
0. トランザクションとは8分
1. ACID 特性8分
2. 分離レベル8分
3. MVCC(マルチバージョン同時実行制御)8分
4. デッドロックと回避8分
23
[データベース] クエリ最適化
0. クエリプランナの役割8分
1. EXPLAIN の読み方8分
2. Nested Loop / Hash / Merge Join8分
3. インデックスチューニング8分
4. 統計情報とカーディナリティ8分
24
[データベース] スケーリング
0. レプリケーション8分
1. シャーディング8分
2. CAP 定理8分
3. 結果整合性8分
4. NewSQL と分散 SQL8分

コンピューターサイエンス:アルゴリズム / OS / ネットワーク / DB

01階乗(再帰)
02フィボナッチ数(再帰)
03累乗(再帰)
04配列の合計(再帰)
05桁数を数える(再帰)
06文字列を逆順(再帰)
07ユークリッドの互除法(GCD)
08第1章まとめクイズ — 再帰の基礎
09線形探索で位置を返す
10二分探索 (反復版)
11二分探索 (再帰版)
12lower_bound (最初に >= target の位置)
13ピーク要素検索
14回転ソート配列での探索
15第2章まとめクイズ
16バブルソート実装
17選択ソート
18挿入ソート
19マージソート
20クイックソート
21カウントソート
22比較関数つきソート
23第3章まとめクイズ
24双方向ポインタで和 = K
25スライド窓の最大和
26回文判定
27重複なし最長部分文字列
28大きな数の文字列乗算
29アナグラムグルーピング
30第4章まとめクイズ — 配列 / 文字列の応用
31長方形クラス(面積と周長)
32スタッククラス(push と pop)
33キュークラス(enqueue と dequeue)
34単方向リンクリスト
35二分探索木 (BST) への挿入
36カウンタクラス(機能合成)
37第 5 章クイズ — クラスと OOP
38メモ化フィボナッチ
39DP配列でフィボナッチ
40階段の登り方
41コイン両替最小枚数
420/1 ナップサック問題
43最長共通部分列 (LCS)
44第6章まとめクイズ
45ソート済み 2 配列のマージ
46配列の k 回転
47カッコの妥当性
48ローマ数字を整数に
49整数をローマ数字に
50雨水を溜める
51最終総まとめクイズ
52コンピューターとOSの役割
53OSの歴史(バッチ→マルチタスク→マルチユーザー)
54カーネルとユーザーランド
55システムコールの仕組み
56Linux / macOS / Windows のアーキ比較
57プロセスとは
58スレッドとプロセスの違い
59コンテキストスイッチ
60スケジューラとアルゴリズム
61プロセス間通信(IPC)
62メモリ階層(レジスタ→キャッシュ→RAM→ディスク)
63仮想メモリ
64ページングとスワップ
65mmap とメモリマップトファイル
66ガベージコレクション概要
67ファイルシステムとは
68i-node とディレクトリ
69ext4 / APFS / NTFS の違い
70ジャーナリングと耐障害性
71パーミッションと所有者
72レースコンディション
73Mutex と Semaphore
74デッドロック
75非同期と並行
76イベントループと epoll
77ネットワークとは
78OSI 7階層モデル
79TCP/IP 4階層モデル
80パケットとフレーム
81ルーター・スイッチ・ハブ
82IPアドレス (IPv4 / IPv6)
83サブネットマスクと CIDR
84NAT とプライベートIP
85ルーティングと経路選択
86ファイアウォール基礎
87TCP と UDP の違い
883-way ハンドシェイク
89輻輳制御と再送
90UDP の用途 (DNS / 動画 / ゲーム)
91ポート番号と well-known port
92HTTP の基本
93HTTP メソッド
94HTTPS と TLS ハンドシェイク
95HTTP/2 と HTTP/3 (QUIC)
96REST API の設計原則
97DNS とは
98レコードタイプ
99名前解決の流れ
100DNS キャッシュと TTL
101CDN の仕組みと Anycast
102ロードバランサ (L4 / L7)
103プロキシとリバースプロキシ
104WebSocket とリアルタイム通信
105gRPC と HTTP/2 利用
106データベースとは
107RDB と NoSQL の違い
108データベースの歴史
109エンティティ関係モデル (ER)
110主キー・外部キー・候補キー
111正規化とは何か
112第1正規形
113第2正規形
114第3正規形
115非正規化のトレードオフ
116インデックスの役割
117B-tree の仕組み
118B+tree(実際の DB 実装)
119ハッシュインデックス
120カバリングインデックス
121トランザクションとは
122ACID 特性
123分離レベル
124MVCC(マルチバージョン同時実行制御)
125デッドロックと回避
126クエリプランナの役割
127EXPLAIN の読み方
128Nested Loop / Hash / Merge Join
129インデックスチューニング
130統計情報とカーディナリティ
131レプリケーション
132シャーディング
133CAP 定理
134結果整合性
135NewSQL と分散 SQL

コンピューターサイエンス:アルゴリズム / OS / ネットワーク / DB

第1正規形

カンマ区切りにした列は、二度と検索できない

利用者の電話番号を 1 つの列に入れておいて、2 つ目が必要になったのでカンマで区切って足した。よくある成り行きです。

利用者 ID氏名電話番号
1佐藤090-1111-1111, 080-2222-2222
2鈴木070-3333-3333

しばらくは動きます。表示するだけなら、そのまま画面に出せば済むからです。

崩れるのは、その列で何かをしたくなったときです。「080 で始まる番号を持つ人」を探すには、文字列の途中に含まれるかどうかで探すしかありません。この探し方では索引が使えず、必ず全件を読みます。「2 つ目の番号だけ直す」には、何文字目から何文字目かを数える処理が要ります。「番号を 1 本しか持たない人」を数えるには、カンマの個数を数えることになります。

そして、同じ番号が 2 回入っていても、桁数がおかしくても、DB は何も言いません。1 つの列に複数の値が入っている限り、値そのものに制約を掛けられないからです。

入力の側でも守れません。1 本ずつ入力させる画面なら形式を確かめられますが、まとめて 1 つの文字列にしてから保存すると、確かめる場所が消えます。区切り文字を全角で打った 1 件が、そのまま通ります。

別の表に出すと、検索できる形に戻る

直し方は、多値の列を別の表へ移すことです。利用者 1 人につき、番号の数だけ行を作ります。利用者 ID と番号の 2 列だけの、素っ気ない表になります。

こうすると、番号は 1 行 1 値になります。「080 で始まる」は前方一致になるので索引が効き、重複禁止の制約も掛けられ、番号を 1 本消すのは 1 行消すだけになります。

表を分けると、番号そのものにも情報を持たせられます。どれが主に使う番号かを表す列を足す、種別を分ける、登録した順を持たせる。カンマ区切りの文字列には、こうした付随情報を足す場所がありません。増やしたければ区切り文字をもう 1 種類決めるしかなく、そこから収拾がつかなくなります。

元の表に行を増やして、同じ人の氏名を 2 回書く手もありますが、これはやめておきます。今度は氏名が 2 か所に書き写され、名前を変えるときに同じ取りこぼしが起きます。1 つ直したつもりが、別の場所に同じ問題を作っただけになります。

JSON の列は違反なのか

いまの DB は JSON 型を持っています。1 つのセルに構造が入るので、形の上では同じ話に見えます。

判断は用途で分かれます。その中身で検索したり、集計したり、他の表とつないだりするなら、外に出して普通の列にします。API の応答をそのまま控えておく、設定のスナップショットを残す、といった「読み返すだけの付随情報」なら、JSON のままで構いません。関数索引などで部分的に引く手段はありますが、本気で検索するなら普通の表のほうが速く、制約も掛けられます。

配列型を持つ DB もありますが、判断の軸は変わりません。並べて表示するだけなら便利で、その中身で他の表とつなぎたくなった時点で限界が来ます。

住所を 1 本の文字列で持つのも似た話です。表示するだけなら 1 列で十分ですが、市区町村ごとに集計したくなった時点で分ける必要が出ます。粒度の決め方は「その単位で検索するか、更新するか、集計するか」であって、理論上の最小単位まで割ることではありません。

1 つのセルには 1 つの値だけ、という状態が第 1 正規形です。

このレッスンに出てくる用語

意味があいまいなまま進んだ語は、ここから読み直せます。

  • 処理計算や代入を表す長方形
  • applicationJSON 本文を送るときの Content-Type
  • 判断YES/NO 分岐を表す菱形
  • エンドポイント「この URL を叩くとこの機能が動く」入口の住所
  • APIアプリ間でデータをやり取りする窓口
  • 関数処理に名前を付けて再利用できる単位
  • 配列サイズ固定の同型データの集まり
生田 陸人
監修生田 陸人
ゆめさくエンジニア / 現役ソフトウェアエンジニア監修者プロフィールを見る →
編集 ゆめさく編集部·公開 2026/05/27·更新 2026/08/26

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    全件走査と索引参照の違いを計算量から把握する

分からないところは Tap (AI先生) に質問できます

24 時間いつでも、あなたのレベルに合わせて日本語で答えます。