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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3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3正規形

部署が引っ越して、社員 40 人分の行を直す

社員の表に、所属部署の ID だけでなく、部署名と所在地まで書いてある設計を考えます。画面に出すときに結合しなくて済むので、最初は快適です。

社員 ID氏名部署 ID部署名所在地
1佐藤10開発部東京
2鈴木10開発部東京
3田中20営業部大阪

開発部が横浜に移転しました。直すべきは開発部の所在地 1 か所のはずなのに、実際に書き換える行は開発部に所属する 40 人分あります。休職中の社員の行を 1 つ見落とせば、同じ開発部に東京と横浜が並ぶことになります。

この 40 行の書き換えは、業務としては 1 つの出来事です。1 つの出来事に対して 40 回の書き込みが必要なら、そのどこかが失敗する確率も 40 倍になります。

新設した部署を登録できないのも、同じ原因です。まだ 1 人も配属されていない部署には、名前を書く行がありません。

主キーを経由しないで決まる列がある

前の段階との違いは、主キーの形にあります。この表の主キーは社員 ID 1 列だけで、組にはなっていません。それでも冗長が残っています。

矢印を書くとこうなります。

diagram (will load when visible)

部署名は社員 ID から直接決まっているのではなく、部署 ID を経由して決まっています。決めているのは主キーではなく、主キー以外の列です。主キーの一部が犯人だった前の段階と違い、ここでは主キーとまったく関係のない列同士が結びついています。

見つけ方は簡単です。主キー以外の列の中から、他の列を決めてしまう列を探します。部署 ID がそれです。部署 ID とそれが決める列をまとめて部署の表へ移し、社員の表には部署 ID だけを残します。これで移転は 1 行の書き換えになり、配属者ゼロの部署も作れます。

実務で見かける形は、たいてい地味です。注文の表に郵便番号と都道府県が並んでいる。社員の表に役職コードと役職名が並んでいる。商品の表に分類コードと分類名が並んでいる。どれも前の列が後ろの列を決めています。コードと名前が隣り合っていたら、まず疑ってよい形です。

真実は 1 か所にだけ置く

やっていることは、コードを書くときの「同じことを 2 度書かない」とまったく同じです。同じ事実の置き場所が 2 か所あれば、いつか必ず食い違います。食い違ってからでは、どちらが正しいのか誰にも分かりません。

主キー以外の列同士に、こうした決定の関係が残っていない状態が第 3 正規形です。この先にはボイスコッド正規形や第 4 正規形といった段階もありますが、名前を知っていれば十分です。第 3 正規形まで進めておけば、書き換えのときに起きる食い違いはほぼ防げます。

分けたあとに困るのは、画面に部署名を出したいときです。結合が 1 つ増えます。それでも、部署が 100 件、社員が 100 万人という規模なら、部署 ID に索引が貼ってあるかぎり実用上の差は出ません。間違った部署名が出るより、1 回の結合を足すほうが安い。結合を怖がって分けないほうが、あとで高くつきます。

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。

  • 設計何をどう作るかを決める前工程
  • 外部キーテーブル同士を結びつける鍵
  • 主キーレコードを一意に特定する列
  • 分類カテゴリを当てる教師ありタスク
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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    BEGIN / COMMIT / ROLLBACK の意味と必要性を学ぶ

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    SQL から実行計画が生成される過程を追う

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。