DataBase数据库系统概论.ppt

AnIntroductiontoDatabaseSystem 数据库系统概论AnIntroductiontoDatabaseSystem第三章关系数据库标准语言SQL 续1 AnIntroductiontoDatabaseSystem 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 3 3 3连接查询 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 比较运算符 BETWEEN AND AnIntroductiontoDatabaseSystem 连接查询 续 连接字段连接谓词中的列名称为连接字段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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 连接操作的执行过程 嵌套循环法 NESTED LOOP 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 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 重复上述操作 直到表1中的全部元组都处理完毕 AnIntroductiontoDatabaseSystem 排序合并法 SORT MERGE 常用于 连接首先按连接属性对表1和表2排序对表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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 排序合并法 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 索引连接 INDEX JOIN 对表2按连接字段建立索引对表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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 连接查询 续 SQL中连接查询的主要类型广义笛卡尔积等值连接 含自然连接 非等值连接查询自身连接查询外连接查询复合条件连接查询 AnIntroductiontoDatabaseSystem 一 广义笛卡尔积 不带连接谓词的连接很少使用例 SELECTStudent SC FROMStudent SC AnIntroductiontoDatabaseSystem 二 等值与非等值连接查询 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 SCWHEREStudent Sno SC Sno AnIntroductiontoDatabaseSystem 等值连接 连接运算符为 的连接操作 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 等值连接 假设Student表 SC表分别有下列数据 Student表 AnIntroductiontoDatabaseSystem 等值连接 SC表 AnIntroductiontoDatabaseSystem 等值连接 结果表Student SnoSnameSsexSageSdeptSC SnoCnoGrade95001李勇男20CS9500119295001李勇男20CS9500128595001李勇男20CS9500138895002刘晨女19IS9500229095002刘晨女19IS95002380 AnIntroductiontoDatabaseSystem 自然连接 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 SELECTStudent Sno Sname Ssex Sage Sdept Cno GradeFROMStudent SCWHEREStudent Sno SC Sno AnIntroductiontoDatabaseSystem 非等值连接查询 连接运算符不是 的连接操作 比较运算符 BETWEEN AND AnIntroductiontoDatabaseSystem 三 自身连接 一个表与其自己进行连接 称为表的自身连接需要给表起别名以示区别由于所有属性名都是同名属性 因此必须使用别名前缀 AnIntroductiontoDatabaseSystem 自身连接 续 例34 查询每一门课的间接先修课 即先修课的先修课 SELECTFIRST Cno SECOND CpnoFROMCourseFIRST CourseSECONDWHEREFIRST Cpno SECOND Cno AnIntroductiontoDatabaseSystem 自身连接 续 FIRST表 Course表 AnIntroductiontoDatabaseSystem 自身连接 续 SECOND表 Course表 AnIntroductiontoDatabaseSystem 自身连接 续 查询结果173556 AnIntroductiontoDatabaseSystem 四 外连接 OuterJoin 外连接与普通连接的区别普通连接操作只输出满足连接条件的元组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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 外连接 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SELECTStudent Sno Sname Ssex Sage Sdept Cno GradeFROMStudent SCWHEREStudent Sno SC Sno AnIntroductiontoDatabaseSystem 外连接 续 结果 Student SnoSnameSsexSageSdeptCnoGrade95001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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 外连接 续 在表名后面加外连接操作符 或 指定非主体表非主体表有一 万能 的虚行 该行全部由空值组成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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 外连接 续 左外连接外连接符出现在连接条件的左边右外连接外连接符出现在连接条件的右边 AnIntroductiontoDatabaseSystem 五 复合条件连接 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SELECTStudent Sno student SnameFROMStudent SCWHEREStudent Sno SC SnoAND 连接谓词 SC Cno 2 AND 其他限定条件 SC Grade 90 其他限定条件 AnIntroductiontoDatabaseSystem 多表连接 例36 查询每个学生的学号 姓名 选修的课程名及成绩 SELECTStudent Sno Sname Cname GradeFROMStudent SC CourseWHEREStudent Sno SC SnoandSC Cno Course Cno 结果 Student SnoSnameCnameGrade95001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80 AnIntroductiontoDatabaseSystem 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 3 3 4嵌套查询 嵌套查询概述嵌套查询分类嵌套查询求解方法引出子查询的谓词 AnIntroductiontoDatabaseSystem 嵌套查询 续 嵌套查询概述一个SELECT FROM WHERE语句称为一个查询块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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 嵌套查询 续 SELECTSname外层查询 父查询FROMStudentWHERESnoIN SELECTSno内层查询 子查询FROMSCWHERECno 2 AnIntroductiontoDatabaseSystem 嵌套查询 续 子查询的限制不能使用ORDERBY子句层层嵌套方式反映了SQL语言的结构化有些嵌套查询可以用连接运算替代 AnIntroductiontoDatabaseSystem 嵌套查询分类 不相关子查询子查询的查询条件不依赖于父查询相关子查询子查询的查询条件依赖于父查询 AnIntroductiontoDatabaseSystem 嵌套查询求解方法 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 嵌套查询求解方法 续 相关子查询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 然后再取外层表的下一个元组 重复这一过程 直至外层表全部检查完为止 AnIntroductiontoDatabaseSystem 引出子查询的谓词 带有IN谓词的子查询带有比较运算符的子查询带有ANY或ALL谓词的子查询带有EXISTS谓词的子查询 AnIntroductiontoDatabaseSystem 一 带有IN谓词的子查询 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有IN谓词的子查询 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有IN谓词的子查询 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有IN谓词的子查询 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有IN谓词的子查询 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有IN谓词的子查询 续 结果 SnoSname 95001李勇95002刘晨 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有IN谓词的子查询 续 用连接查询SELECTSno SnameFROMStudent SC CourseWHEREStudent Sno SC SnoANDSC Cno Course CnoANDCourse Cname 信息系统 AnIntroductiontoDatabaseSystem 二 带有比较运算符的子查询 当能确切知道内层查询返回单值时 可用比较运算符 与ANY或ALL谓词配合使用 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有比较运算符的子查询 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有比较运算符的子查询 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 三 带有ANY或ALL谓词的子查询 谓词语义ANY 任意一个值ALL 所有值 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有ANY或ALL谓词的子查询 续 需要配合使用比较运算符 ANY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 ANY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 ANY不等于子查询结果中的某个值 或 ALL不等于子查询结果中的任何一个值 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有ANY或ALL谓词的子查询 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 SageFROMStudentWHERESage IS 注意这是父查询块中的条件 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有ANY或ALL谓词的子查询 续 结果SnameSage王敏18执行过程1 DBMS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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有ANY或ALL谓词的子查询 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有ANY或ALL谓词的子查询 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有ANY或ALL谓词的子查询 续 例39 用集函数实现 例39 SELECTSname SageFROMStudentWHERESage IS AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有ANY或ALL谓词的子查询 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 SageFROMStudentWHERESage IS 查询结果为空表 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有ANY或ALL谓词的子查询 续 方法二 用集函数SELECTSname SageFROMStudentWHERESage IS AnIntroductiontoDatabaseSystem 四 带有EXISTS谓词的子查询 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有EXISTS谓词的子查询 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 NOTEXISTS谓词 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有EXISTS谓词的子查询 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Student Sno值 并且其Cno 1 则取此Student Sname送入结果关系 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有EXISTS谓词的子查询 续 例41 查询所有选修了1号课程的学生姓名 用嵌套查询SELECTSnameFROMStudentWHEREEXISTS SELECT FROMSC 相关子查询 WHERESno Student SnoANDCno 1 求解过程 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有EXISTS谓词的子查询 续 用连接运算SELECTSnameFROMStudent SCWHEREStudent Sno SC SnoANDSC Cno 1 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有EXISTS谓词的子查询 续 例42 查询没有选修1号课程的学生姓名 SELECTSnameFROMStudentWHERENOTEXISTS SELECT FROMSCWHERESno Student SnoANDCno 1 此例用连接运算难于实现 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有EXISTS谓词的子查询 续 3 不同形式的查询间的替换一些带EXISTS或NOTEXISTS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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有EXISTS谓词的子查询 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 SELECTSno Sname SdeptFROMStudentS1WHEREEXISTSSELECT FROMStudentS2WHERES2 Sdept S1 SdeptANDS2 Sname 刘晨 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有EXISTS谓词的子查询 续 5 用EXISTS NOTEXISTS实现全称量词 难点 SQL语言中没有全称量词 Forall 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有EXISTS谓词的子查询 续 例43 查询选修了全部课程的学生姓名 SELECTSnameFROMStudentWHERENOTEXISTS SELECT FROMCourseWHERENOTEXISTS SELECT FROMSCWHERESno Student SnoANDCno Course Cno AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有EXISTS谓词的子查询 续 6 用EXISTS NOTEXISTS实现逻辑蕴函 难点 SQL语言中没有蕴函 Implication 逻辑运算可以利用谓词演算将逻辑蕴函谓词等价转换为 p q p q AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有EXISTS谓词的子查询 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有EXISTS谓词的子查询 续 等价变换 y p q y p q y p q y p q 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 带有EXISTS谓词的子查询 续 用NOTEXISTS谓词表示 SELECTDISTINCTSnoFROMSCSCXWHERENOTEXISTS SELECT FROMSCSCYWHERESCY Sno 95002 ANDNOTEXISTS SELECT FROMSCSCZWHERESCZ Sno SCX SnoANDSCZ Cno SCY Cno AnIntroductiontoDatabaseSystem 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 3 3 5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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 1 并操作 形式UNION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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 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 CS UNIONSELECT FROMStudentWHERESage 19 AnIntroductiontoDatabaseSystem 并操作 续 方法二 SELECTDISTINCT FROMStudentWHERESdept CS ORSage 19 AnIntroductiontoDatabaseSystem 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 1 UNIONSELECTSnoFROMSCWHERECno 2 AnIntroductiontoDatabaseSystem 并操作 续 方法二 SELECTDISTINCTSnoFROMSCWHERECno 1 ORCno 2 AnIntroductiontoDatabaseSystem 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 new AnIntroductiontoDatabaseSystem 2 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 2 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 CS ANDSage 19 AnIntroductiontoDatabaseSystem 交操作 续 例49 查询选修课程1的学生集合与选修课程2的学生集合的交集本例实际上是查询既选修了课程1又选修了课程2的学生SELECTSnoFROMSCWHERECno 1 ANDSnoIN SELECTSnoFROMSCWHERECno 2 AnIntroductiontoDatabaseSystem 交操作 续 例50 查询学生姓名与教师姓名的交集本例实际上是查询学校中与教师同名的学生姓名SELECTDISTINCTSnameFROMStudentWHERESnameIN SELECTTnameFROMTeacher new AnIntroductiontoDatabaseSystem 3 差操作 标准SQL中没有提供集合差操作 但可用其他方法间接实现 AnIntroductiontoDatabaseSystem 3 差操作 例51 查询计算机科学系的学生与年龄不大于19岁的学生的差集 本例实际上是查询计算机科学系中年龄大于19岁的学生SELECT FROMStudentWHERESdept CS ANDSage 19 AnIntroductiontoDatabaseSystem 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 new AnIntroductiontoDatabaseSystem 4 对集合操作结果的排序 ORDERBY子句只能用于对最终查询结果排序 不能对中间结果排序任何情况下 ORDERBY子句只能出现在最后对集合操作结果排序时 ORDERBY子句中用数字指定排序属性 new AnIntroductiontoDatabaseSystem 对集合操作结果的排序 续 例53 错误写法SELECT FROMStudentWHERESdept CS ORDERBYSnoUNIONSELECT FROMStudentWHERESage 19ORDERBYSno new AnIntroductiontoDatabaseSystem 对集合操作结果的排序 续 正确写法SELECT FROMStudentWHERESdept CS UNIONSELECT FROMStudentWHERESage 19ORDERBY1 new AnIntroductiontoDatabaseSystem 3 3 6SELECT语句的一般格式 SELECT ALL DISTINCT 别名 别名 FROM 别名 别名 WHERE GROUPBY HAVING ORDERBY ASC DESC ASC DESC AnIntroductiontoDatabaseSystem 目标列表达式 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 AnIntroductiontoDatabaseSystem 集函数格式 COUNTSUMAVG DISTINCT ALL MAXMINCOUNT DISTINCT ALL AnIntroductiontoDatabaseSystem 条件表达式格式 1 ANY ALL SELECT语句 AnIntroductiontoDatabaseSystem 条件表达式格式 2 NOT BETWEENAND SELECT SELECT语句 语句 AnIntroductiontoDatabaseSystem 条件表达式格式 3 NOT IN SELECT语句 AnIntroductiontoDatabaseSystem 条件表达式格式 4 NOT LIKE 5 IS NOT NULL 6 NOT EXISTS SELECT语句 AnIntroductiontoDatabaseSystem 条件表达式格式 7 ANDAND OROR AnIntroductiontoDatabaseSystem 下课了 休息一会儿 追求