数据库系统概论第3章2DataBa.ppt

中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院计算机系算机系数据库系统概论数据库系统概论An Introduction to Database System第三章第三章 关系数据库标准语言关系数据库标准语言SQL SQL(续续1）3.3查询n3.3.1概述n3.3.2单表查询n3.3.3连接查询n3.3.4嵌套查询n3.3.5集合查询n3.3.6小结3.3.3连接接查询同时涉及多个表的查询称为连接查询用来连接两个表的条件称为连接条件或连接谓词一般格式：n.比较运算符：=、=、=、!=n.BETWEEN.AND.连接接查询（续）n连接字段n连接谓词中的列名称为连接字段n连接条件中的各连接字段类型必须是可比的，但不必是相同的连接操作的接操作的执行行过程程n嵌套循环法(NESTED-LOOP)n首先在表1中找到第一个元组，然后从头开始扫描表2，逐一查找满足连接件的元组，找到后就将表1中的第一个元组与该元组拼接起来，形成结果表中一个元组。n表2全部查找完后，再找表1中第二个元组，然后再从头开始扫描表2，逐一查找满足连接条件的元组，找到后就将表1中的第二个元组与该元组拼接起来，形成结果表中一个元组。n重复上述操作，直到表1中的全部元组都处理完毕排序合并法排序合并法(SORT-MERGE)常用于=连接n首先按连接属性对表1和表2排序n对表1的第一个元组，从头开始扫描表2，顺序查找满足连接条件的元组，找到后就将表1中的第一个元组与该元组拼接起来，形成结果表中一个元组。当遇到表2中第一条大于表1连接字段值的元组时，对表2的查询不再继续排序合并法排序合并法n找到表1的第二条元组，然后从刚才的中断点处继续顺序扫描表2，查找满足连接条件的元组，找到后就将表1中的第一个元组与该元组拼接起来，形成结果表中一个元组。直接遇到表2中大于表1连接字段值的元组时，对表2的查询不再继续n重复上述操作，直到表1或表2中的全部元组都处理完毕为止索引索引连接接(INDEX-JOIN)n对表2按连接字段建立索引n对表1中的每个元组，依次根据其连接字段值查询表2的索引，从中找到满足条件的元组，找到后就将表1中的第一个元组与该元组拼接起来，形成结果表中一个元组连接接查询（续）SQL中连接查询的主要类型n广义笛卡尔积n 等值连接(含自然连接)n 非等值连接查询n 自身连接查询n 外连接查询n 复合条件连接查询一、广一、广义笛卡笛卡尔积n不带连接谓词的连接n很少使用例：SELECTStudent.*,SC.*FROMStudent,SC二、等二、等值与非等与非等值连接接查询等值连接、自然连接、非等值连接例32查询每个学生及其选修课程的情况。SELECTStudent.*，SC.*FROMStudent，SCWHERE=；等等值连接接n连接运算符为=的连接操作n.=.n任何子句中引用表1和表2中同名属性时，都必须加表名前缀。引用唯一属性名时可以加也可以省略表名前缀。等等值连接接假设Student表、SC表分别有下列数据：Student表Sno SnameSsexSageSdept95001 李勇李勇 男男 20 CS95002 刘晨刘晨 女女 19 IS95003 王敏王敏 女女 18 MA95004 张立张立 男男 19 IS等等值连接接SC表Sno CnoGrade95001 1 9295001 2 85950019500295002 3 2 3 88 90 80等等值连接接结果表SnameSsexSageSdeptCnoGrade95001李勇男20CS9500119295001李勇男20CS9500128595001李勇男20CS9500138895002刘晨女19IS9500229095002刘晨女19IS95002380自然自然连接接n等值连接的一种特殊情况，把目标列中重复的属性列去掉。例33对例32用自然连接完成。SELECT，Sname，Ssex，Sage，Sdept，Cno，GradeFROMStudent，SCWHERE=；非等非等值连接接查询连接运算符不是=的连接操作.比较运算符：、=、=、!=.BETWEEN.AND.三、自身三、自身连接接n一个表与其自己进行连接，称为表的自身连接n需要给表起别名以示区别n由于所有属性名都是同名属性，因此必须使用别名前缀自身自身连接（接（续）例34查询每一门课的间接先修课（即先修课的先修课）SELECT，FROMCourseFIRST，CourseSECONDWHERE=；自身自身连接（接（续）FIRST表（Course表）Cno CnameCpnoCcredit 1数据库数据库 5 4 2数学数学 2 3信息系统信息系统 1 4 4操作系统操作系统 6 3 5数据结构数据结构 7 4 6数据处理数据处理 2 7PASCAL语言语言 6 4自身自身连接（接（续）SECOND表（Course表）Cno CnameCpnoCcredit 1数据库数据库 5 4 2数学数学 2 3信息系统信息系统 1 4 4操作系统操作系统 6 3 5数据结构数据结构 7 4 6数据处理数据处理 2 7PASCAL语言语言 6 4自身自身连接（接（续）查询结果 173556cnocpno四、外四、外连接（接（OuterJoin）n外连接与普通连接的区别n普通连接操作只输出满足连接条件的元组n外连接操作以指定表为连接主体，将主体表中不满足连接条件的元组一并输出外外连接（接（续）例33查询每个学生及其选修课程的情况包括没有选修课程的学生-用外连接操作SELECT，Sname，Ssex，Sage，Sdept，Cno，GradeFROMStudent，SCWHERE=(*)；外外连接（接（续）结果：SnameSsexSageSdeptCnoGrade95001李勇男20CS19295001李勇男20CS28595001李勇男20CS38895002刘晨女19IS29095002刘晨女19IS38095003王敏女18MA95004张立男19IS外外连接（接（续）n在表名后面加外连接操作符(*)或(+)指定非主体表n非主体表有一“万能”的虚行，该行全部由空值组成n虚行可以和主体表中所有不满足连接条件的元组进行连接n由于虚行各列全部是空值，因此与虚行连接的结果中，来自非主体表的属性值全部是空值外外连接（接（续）n左外连接n外连接符出现在连接条件的左边n右外连接n外连接符出现在连接条件的右边五、复合条件五、复合条件连接接WHERE子句中含多个连接条件时，称为复合条件连接例35查询选修2号课程且成绩在90分以上的所有学生的学号、姓名SELECT,FROMStudent,SCWHERE=AND/*连接谓词*/=2AND/*其他限定条件*/SC.Grade90；/*其他限定条件*/多表多表连接接例36查询每个学生的学号、姓名、选修的课程名及成绩。SELECT，Sname，Cname，GradeFROMStudent，SC，CourseWHERE=and=；结果：SnameCnameGrade95001李勇数据库9295001李勇数学8595001李勇信息系统8895002刘晨数学9095002刘晨信息系统803.3查询n3.3.1概述n3.3.2单表查询n3.3.3连接查询n3.3.4嵌套查询n3.3.5集合查询n3.3.6小结3.3.4嵌套嵌套查询n嵌套查询概述n嵌套查询分类n嵌套查询求解方法n引出子查询的谓词嵌套嵌套查询(续)n嵌套查询概述n一个SELECT-FROM-WHERE语句称为一个查询块n将一个查询块嵌套在另一个查询块的WHERE子句或HAVING短语的条件中的查询称为嵌套查询嵌套嵌套查询(续)SELECTSname外层查询/父查询FROMStudentWHERESnoIN（SELECTSno内层查询/子查询FROMSCWHERECno=2）；嵌套嵌套查询(续)n子查询的限制n不能使用ORDERBY子句n层层嵌套方式反映了SQL语言的结构化n有些嵌套查询可以用连接运算替代嵌套嵌套查询分分类n不相关子查询子查询的查询条件不依赖于父查询n相关子查询子查询的查询条件依赖于父查询嵌套嵌套查询求解方法求解方法n不相关子查询是由里向外逐层处理。即每个子查询在上一级查询处理之前求解，子查询的结果用于建立其父查询的查找条件。嵌套嵌套查询求解方法（求解方法（续）n相关子查询n首先取外层查询中表的第一个元组，根据它与内层查询相关的属性值处理内层查询，若WHERE子句返回值为真，则取此元组放入结果表；n然后再取外层表的下一个元组；n重复这一过程，直至外层表全部检查完为止。引出子引出子查询的的谓词n带有IN谓词的子查询n带有比较运算符的子查询n带有ANY或ALL谓词的子查询n带有EXISTS谓词的子查询一、一、带有有IN谓词的子的子查询例37查询与“刘晨”在同一个系学习的学生。此查询要求可以分步来完成确定“刘晨”所在系名SELECTSdeptFROMStudentWHERESname=刘晨；结果为：SdeptIS带有有IN谓词的子的子查询（续）查找所有在IS系学习的学生。SELECTSno，Sname，SdeptFROMStudentWHERESdept=IS；结果为：SnoSnameSdept95001刘晨IS95004张立IS构造嵌套构造嵌套查询将第一步查询嵌入到第二步查询的条件中SELECTSno，Sname，SdeptFROMStudentWHERESdeptIN(SELECTSdeptFROMStudentWHERESname=刘晨)；此查询为不相关子查询。DBMS求解该查询时也是分步去做的。带有有IN谓词的子的子查询（续）用自身连接完成本查询要求SELECTS1.Sno，S1.Sname，S1.SdeptFROMStudentS1，StudentS2WHERES1.Sdept=S2.SdeptANDS2.Sname=刘晨；带有有IN谓词的子的子查询（续）父查询和子查询中的表均可以定义别名SELECTSno，Sname，SdeptFROMStudentS1WHERES1.SdeptIN(SELECTSdeptFROMStudentS2WHERES2.Sname=刘晨)；带有有IN谓词的子的子查询（续）例38查询选修了课程名为“信息系统”的学生学号和姓名SELECTSno，Sname最后在Student关系中FROMStudent取出Sno和SnameWHERESnoIN(SELECTSno然后在SC关系中找出选FROMSC修了3号课程的学生学号WHERECnoIN(SELECTCno首先在Course关系中找出“信FROMCourse息系统”的课程号，结果为3号WHERECname=信息系统);带有有IN谓词的子的子查询（续）结果：Sno Sname -95001 李勇 95002 刘晨带有有IN谓词的子的子查询（续）n用连接查询SELECTSno，SnameFROMStudent，SC，CourseWHERE=AND=AND=信息系统；二、二、带有比有比较运算符的子运算符的子查询当能确切知道内层查询返回单值时，可用比较运算符（，=，=，!=或）。n与ANY或ALL谓词配合使用带有比有比较运算符的子运算符的子查询（续）例：假设一个学生只可能在一个系学习，并且必须属于一个系，则在例37可以用=代替IN：SELECTSno，Sname，SdeptFROMStudentWHERESdept=SELECTSdeptFROMStudentWHERESname=刘晨；带有比有比较运算符的子运算符的子查询（续）子查询一定要跟在比较符之后错误的例子：SELECTSno，Sname，SdeptFROMStudentWHERE(SELECTSdeptFROMStudentWHERESname=刘晨)=Sdept；三、三、带有有ANY或或ALL谓词的子的子查询谓词语义nANY：任意一个值nALL：所有值带有有ANY或或ALL谓词的子的子查询（续）需要配合使用比较运算符需要配合使用比较运算符ANY大于子查询结果中的某个值大于子查询结果中的某个值ALL大于子查询结果中的所有值大于子查询结果中的所有值ANY小于子查询结果中的某个值小于子查询结果中的某个值=ANY大于等于子查询结果中的某个值大于等于子查询结果中的某个值=ALL大于等于子查询结果中的所有值大于等于子查询结果中的所有值=ANY小于等于子查询结果中的某个值小于等于子查询结果中的某个值=ALL小于等于子查询结果中的所有值小于等于子查询结果中的所有值=ANY等于子查询结果中的某个值等于子查询结果中的某个值=ALL等于子查询结果中的所有值（通常没有实际意义）等于子查询结果中的所有值（通常没有实际意义）!=（或（或）ANY不等于子查询结果中的某个值不等于子查询结果中的某个值!=（或（或）ALL不等于子查询结果中的任何一个值不等于子查询结果中的任何一个值带有有ANY或或ALL谓词的子的子查询（续）例39查询其他系中比信息系任意一个(其中某一个)学生年龄小的学生姓名和年龄SELECTSname，SageFROMStudentWHERESageANY(SELECTSageFROMStudentWHERESdept=IS)ANDSdeptIS;/*注意这是父查询块中的条件*/带有有ANY或或ALL谓词的子的子查询（续）结果SnameSage王敏18执行过程执行此查询时，首先处理子查询，找出IS系中所有学生的年龄，构成一个集合(19，18)2.处理父查询，找所有不是IS系且年龄小于19或18的学生带有有ANY或或ALL谓词的子的子查询（续）ANY和ALL谓词有时可以用集函数实现ANY与ALL与集函数的对应关系=或或!=ANY IN -MAXMIN=MINALL -NOT IN MINMAX=MAX带有有ANY或或ALL谓词的子的子查询（续）用集函数实现子查询通常比直接用ANY或ALL查询效率要高，因为前者通常能够减少比较次数带有有ANY或或ALL谓词的子的子查询（续）例39：用集函数实现例39SELECTSname，SageFROMStudentWHERESage(SELECTMAX(Sage)FROMStudentWHERESdept=IS)ANDSdeptIS;带有有ANY或或ALL谓词的子的子查询（续）例40查询其他系中比信息系所有学生年龄都小的学生姓名及年龄。方法一：用ALL谓词SELECTSname，SageFROMStudentWHERESageALL(SELECTSageFROMStudentWHERESdept=IS)ANDSdeptIS;查询结果为空表。带有有ANY或或ALL谓词的子的子查询（续）方法二：用集函数SELECTSname，SageFROMStudentWHERESage(SELECTMIN(Sage)FROMStudentWHERESdept=IS)ANDSdeptIS;四、四、带有有EXISTS谓词的子的子查询1.EXISTS谓词2.NOTEXISTS谓词3.不同形式的查询间的替换4.相关子查询的效率5.用EXISTS/NOTEXISTS实现全称量词6.用EXISTS/NOTEXISTS实现逻辑蕴函带有有EXISTS谓词的子的子查询(续）1.EXISTS谓词存在量词 带有EXISTS谓词的子查询不返回任何数据，只产生逻辑真值“true”或逻辑假值“false”。若内层查询结果非空，则返回真值若内层查询结果为空，则返回假值由EXISTS引出的子查询，其目标列表达式通常都用*，因为带EXISTS的子查询只返回真值或假值，给出列名无实际意义2.NOT EXISTS谓词带有有EXISTS谓词的子的子查询(续）思路分析：本查询涉及Student和SC关系。在Student中依次取每个元组的Sno值，用此值去检查SC关系。若SC中存在这样的元组，其Sno值等于此值，并且其Cno=1，则取此送入结果关系。带有有EXISTS谓词的子的子查询(续）例41 查询所有选修了1号课程的学生姓名。用嵌套查询 SELECT Sname FROM Student WHERE EXISTS (SELECT*FROM SC /*相关子查询*/WHERE Sno=AND Cno=1)；求解过程 带有有EXISTS谓词的子的子查询(续）n用连接运算SELECT SnameFROM Student,SCWHERE=AND=1;带有有EXISTS谓词的子的子查询(续）例42 查询没有选修1号课程的学生姓名。SELECT Sname FROM Student WHERE NOT EXISTS (SELECT*FROM SC WHERE Sno=Student.Sno AND Cno=1)；此例用连接运算难于实现 带有有EXISTS谓词的子的子查询(续）3.不同形式的查询间的替换一些带EXISTS或NOT EXISTS谓词的子查询不能被其他形式的子查询等价替换所有带IN谓词、比较运算符、ANY和ALL谓词的子查询都能用带EXISTS谓词的子查询等价替换。带有有EXISTS谓词的子的子查询(续）例：例37查询与“刘晨”在同一个系学习的学生。可以用带EXISTS谓词的子查询替换：SELECT Sno，Sname，Sdept FROM Student S1 WHERE EXISTS SELECT*FROM Student S2 WHERE S2.Sdept=S1.Sdept AND S2.Sname=刘晨；带有有EXISTS谓词的子的子查询(续）5.用EXISTS/NOT EXISTS实现全称量词(难点)nSQL语言中没有全称量词（For all）n可以把带有全称量词的谓词转换为等价的带有存在量词的谓词：(x)P (x(P)带有有EXISTS谓词的子的子查询(续）例43 查询选修了全部课程的学生姓名。SELECT Sname FROM Student WHERE NOT EXISTS （SELECT*FROM Course WHERE NOT EXISTS (SELECT*FROM SC WHERE Sno=AND Cno=）；带有有EXISTS谓词的子的子查询(续）6.用EXISTS/NOTEXISTS实现逻辑蕴函(难点)nSQL语言中没有蕴函(Implication)逻辑运算n可以利用谓词演算将逻辑蕴函谓词等价转换为：pqpq带有有EXISTS谓词的子的子查询(续）例44 查询至少选修了学生95002选修的全部课程的学生号码。解题思路：用逻辑蕴函表达：查询学号为x的学生，对所有的课程y，只要95002学生选修了课程y，则x也选修了y。形式化表示：用P表示谓词“学生95002选修了课程y”用q表示谓词“学生x选修了课程y”则上述查询为:(y)p q 带有有EXISTS谓词的子的子查询(续）等价变换：(y)pq(y(pq)(y(pq)y(pq)变换后语义：不存在这样的课程y，学生95002选修了y，而学生x没有选。带有有EXISTS谓词的子的子查询(续）用NOTEXISTS谓词表示：SELECTDISTINCTSnoFROMSCSCXWHERENOTEXISTS(SELECT*FROMSCSCYWHERE=95002ANDNOTEXISTS(SELECT*FROMSCSCZWHERE=SCX.SnoAND=SCY.Cno)；3.3查询3.3.1概述3.3.2单表查询3.3.3连接查询3.3.4嵌套查询3.3.5集合查询3.3.6小结3.3.5 3.3.5 集合集合查询标准SQL直接支持的集合操作种类并操作(UNION)一般商用数据库支持的集合操作种类并操作(UNION)交操作(INTERSECT)差操作(MINUS)1并操作并操作n形式UNIONn参加UNION操作的各结果表的列数必须相同；对应项的数据类型也必须相同并操作（并操作（续）例45查询计算机科学系的学生及年龄不大于19岁的学生。方法一：SELECT*FROMStudentWHERESdept=CSUNIONSELECT*FROMStudentWHERESage=19；并操作（并操作（续）方法二：SELECTDISTINCT*FROMStudentWHERESdept=CSORSage=19；并操作（并操作（续）例46查询选修了课程1或者选修了课程2的学生。方法一：SELECTSnoFROMSCWHERECno=1UNIONSELECTSnoFROMSCWHERECno=2；并操作（并操作（续）方法二：SELECTDISTINCTSnoFROMSCWHERECno=1ORCno=2；并操作（并操作（续）例47设数据库中有一教师表Teacher(Tno,Tname,.)。查询学校中所有师生的姓名。SELECTSnameFROMStudentUNIONSELECTTnameFROMTeacher;new2交操作交操作标准SQL中没有提供集合交操作，但可用其他方法间接实现。2交操作交操作例48查询计算机科学系的学生与年龄不大于19岁的学生的交集本例实际上就是查询计算机科学系中年龄不大于19岁的学生SELECT*FROMStudentWHERESdept=CSANDSage19；差操作（差操作（续）例52查询学生姓名与教师姓名的差集本例实际上是查询学校中未与教师同名的学生姓名SELECTDISTINCTSnameFROMStudentWHERESnameNOTIN(SELECTTnameFROMTeacher);new4.对集合操作集合操作结果的排序果的排序nORDERBY子句只能用于对最终查询结果排序，不能对中间结果排序n任何情况下，ORDERBY子句只能出现在最后n对集合操作结果排序时，ORDERBY子句中用数字指定排序属性new对集合操作集合操作结果的排序（果的排序（续）例53错误写法SELECT*FROMStudentWHERESdept=CSORDERBYSnoUNIONSELECT*FROMStudentWHERESage=19ORDERBYSno；new对集合操作集合操作结果的排序（果的排序（续）正确写法SELECT*FROMStudentWHERESdept=CSUNIONSELECT*FROMStudentWHERESage=19ORDERBY1；new3.3.6SELECT语句的一般格式句的一般格式SELECTALL|DISTINCT别名，别名FROM别名，别名WHEREGROUPBY，.HAVINGORDERBYASC|DESC，ASC|DESC；目目标列表达式列表达式n目标列表达式格式(1).*(2).，.：由属性列、作用于属性列的集函数和常量的任意算术运算（+，-，*，/）组成的运算公式。集函数格式集函数格式COUNTSUMAVG(DISTINCT|ALL)MAXMINCOUNT(DISTINCT|ALL*)条件表达式格式条件表达式格式（1）ANY|ALL(SELECT语句)条件表达式格式条件表达式格式（2）NOTBETWEENAND(SELECT(SELECT语句)语句)条件表达式格式条件表达式格式（3）(，)NOTIN(SELECT语句)条件表达式格式条件表达式格式(4)NOTLIKE(5)ISNOTNULL(6)NOTEXISTS(SELECT语句)条件表达式格式条件表达式格式（7）ANDANDOROR下课了。下课了。休息一会儿。休息一会儿。