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2.4.1 關(guān)系代數(shù)表達式的優(yōu)化問題

考核要求：達到“領(lǐng)會”

層次知識點：關(guān)系代數(shù)表達式的優(yōu)化問題

查詢優(yōu)化的目的就是為了系統(tǒng)在執(zhí)行時既省時間又能提高效率。

在關(guān)系代數(shù)運算中，通常是先進行笛卡爾積或聯(lián)接運算，再進行選擇和投影。笛卡爾積或聯(lián)接運算卻往往花費教多的時間。

因此，恰當?shù)匕才胚x擇、投影和聯(lián)接的順序直接影響到整個操作所需要的時間和空間。 如何安排若干關(guān)系的運算操作步驟，是查詢優(yōu)化所要考慮的問題。

2.4.2 關(guān)系代數(shù)表達式的等價變換規(guī)則

考核要求：達到“識記”

層次知識點：等價變換規(guī)則

兩個關(guān)系代數(shù)表達式等價是指用同樣的關(guān)系實例代替兩個表達式中相應(yīng)關(guān)系時所得到的結(jié)果是完全一樣的。

等價變換規(guī)則有很多，不要死記，從語義上理解。

其實，只要在前面的學習中已經(jīng)掌握關(guān)系運算的真正含義，就可以判斷兩個關(guān)系代數(shù)表達式是否等價。

2.4.3 優(yōu)化的策略

考核要求：達到“領(lǐng)會”

層次知識點：優(yōu)化的策略及其簡單應(yīng)用

優(yōu)化的策略主要有以下幾點：

（1）在關(guān)系代數(shù)表達式中盡可能早地執(zhí)行選擇操作；

（2）把笛卡爾積和隨后的選擇操作合并成F聯(lián)接運算；

（3）同時計算一連串的選擇和投影操作；

（4）保留同一子表達式的結(jié)果；

（5）適當對關(guān)系文件進行預處理 ；

（6）計算表達式之前先估計一下怎么計算合算。

以上優(yōu)化策略要求會簡單應(yīng)用：先做選擇，運用投影去除多余屬性等等。

2.4.4 關(guān)系代數(shù)表達式的優(yōu)化算法

考核要求：達到“簡單應(yīng)用”

層次知識點：語法樹

學會畫語法樹，并掌握優(yōu)化算法。

舉例

在教學數(shù)據(jù)庫S、SC、C中，用戶有一查詢語句：檢索女同學選修課程的課程名和任課教師名。

（1）試寫出該查詢的關(guān)系代數(shù)表達式；

（2）試寫出查詢優(yōu)化的關(guān)系代數(shù)表達式；

（3）畫出該查詢初始的關(guān)系代數(shù)表達式的語法樹；

（4）使用2.4.4節(jié)的優(yōu)化算法，對語法樹進行優(yōu)化，并畫出優(yōu)化后的語法樹。

3.1.1 SQL發(fā)展歷程

考核要求：達到“識記”

層次知識點：SQL的發(fā)展歷程

SQL：結(jié)構(gòu)式查詢語言，雖然名為查詢語言，實際上具有定義、查詢、更新和控制等多種功能。

3.1.2 SQL數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)

考核要求：達到“領(lǐng)會”

層次知識點：三級結(jié)構(gòu)的理解

SQL數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)也是三級結(jié)構(gòu)，但術(shù)語與傳統(tǒng)關(guān)系模型術(shù)語不同，在SQL中，關(guān)系模式稱為“基本表”，存儲模式稱為“存儲文件”，子模式稱為“視圖”，元組稱“行”，屬性稱“列”。

SQL數(shù)據(jù)庫體系的結(jié)構(gòu)要點如下：

（1）一個SQL數(shù)據(jù)庫是表的匯集。

（2）一個SQL表由行集構(gòu)成，行是列的序列，每列對應(yīng)一個數(shù)據(jù)項。

（3）表或者是基本表，或者是視圖。基本表是實際存儲在數(shù)據(jù)庫中的表，視圖由是由若干基本表或其他視圖構(gòu)成的表的定義。

（4）一個基本表可以跨一個或多個存儲文件，一個存儲文件也可存放一個或多個基本表。存儲文件與物理文件對應(yīng)。

（5）用戶可以用SQL語句對表進行操作，包括視圖和基本表。

（6）SQL的用戶可以是應(yīng)用程序，也可以是終端用戶。

3.1.3 SQL的組成

考核要求：達到“識記”

層次知識點：四個組成部分

SQL由四部分組成：

（1）數(shù)據(jù)定義：SQL DDL.定義SQL模式，基本表、視圖和索引。

（2）數(shù)據(jù)操縱：SQL DML.包括數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)更新（增、刪、改）。

（3）數(shù)據(jù)控制：包括對基本表和視圖的授權(quán)、完整性規(guī)則的描述，事務(wù)控制等。

（4）嵌入式SQL的使用規(guī)定

3.2.1 SQL模式的創(chuàng)建和撤消

SQL模式的創(chuàng)建：建立一個SQL模式，定義一個存儲空間。

創(chuàng)建SQL模式的CREATE語句，其句法是：

CREAT SCHEMA <模式名> AUTHORIZATION <用戶名>

撤消SQL模式的DROP語句，其句法為：

DROP SCHEMA <模式名> [CASCADE|RESTRICT]

方括號中的選項參數(shù)CASCADE表示連鎖方式，執(zhí)行時將SQL模式下所有基本表、視圖、索引等元素全部撤消。 RESTRICT表示約束式，只有在SQL模式中沒有任何下屬元素時才能撤消SQL模式，否則拒絕執(zhí)行DROP語句。

3.2.2 SQL提供的基本數(shù)據(jù)類型

數(shù)值型：包括 integer、smallint、real、double precision 、float（n），numeric（p，d）

字符串型：char（n）、varchar（n），前者是定長，后者為變長串位串型：bit（n），bit varying（n），同上。

時間型：date、time. .

3.2.3 基本表的創(chuàng)建、修改和撤消

（1）基本表的創(chuàng)建：（建立表結(jié)構(gòu)）

CREAT TABLE SQL 模式名。基本表名（列名，類型，……完整性約束……）

完整性約束包括主鍵子句（PRIMARY KEY）、檢查子句（CHECK）和外鍵子句（Foreign KEY）。

（2）基本表結(jié)構(gòu)的修改

增加新列：ALTER TABLE 基本表名 ADD 列名 類型

刪除原有的列：ALTER TABLE基本表名 DROP 列名 [CASCADE|RESTRICT]

CASCADE為連鎖刪除，RESTRICT為約束刪除，即沒有對本列的任何引用時才能刪除。

基本表的撤消DROP TABLE 基本表名 [CASCADE|RESTRICT]

3.2.4 視圖的創(chuàng)建和撤消

（1）視圖的創(chuàng)建：

CREAT VIEW 視圖名（列名表） AS SELECT 查詢語句

（2）視圖的撤消：

DROP VIEW 視圖名

3.2.5 索引的創(chuàng)建和撤消

（1）索引的創(chuàng)建：

CREAT [UNIQUE] INDEX 索引名 ON （列名表 [ASC|DESC]）

（2）索引的撤消：

DROP INDEX 索引名

Notice：在各種SQL句法中，創(chuàng)建用CREAT ，刪除都用DROP，改變用alter

3.4.1 數(shù)據(jù)插入

考核要求：達到“簡單應(yīng)用”層次

數(shù)據(jù)插入方式有兩種：（1） 元組值的插入INSERT INTO 基本表名（列名表）

VALUES （元組值）

或

INSERT INTO 基本表名（列名表）

（TABLE（元組值），（元組值），……）

（2） 查詢結(jié)果的插入

INSERT INTO 基本表名（列名表）

SELECT 查詢語句

3.4.2 SQL數(shù)據(jù)刪除考核要求：達到“簡單應(yīng)用”層次

DELETE FROM 基本表名 [WHERE條件表達式]（語義：從基本表中刪除滿足條件表達式的元組）

3.4.3 數(shù)據(jù)修改考核要求：達到“簡單應(yīng)用”層次

UPDATE 基本表名SET 列名=值表達式，[列名=值表達式……] [WHERE 條件表達式]（語義：修改基本表中滿足條件表達式的那些元組中的列值，需修改的列值在SET子句中指出）

3.4.4 數(shù)據(jù)修改考核要求：達到“領(lǐng)會”層次

對視圖的查詢（SELECT）操作，和基本表一樣，但是視圖的更新操作受到下列三條規(guī)則的限制：

如果視圖是從多個基本表使用聯(lián)接操作導出的，則不允許更新。

如果導出的視圖使用了分組和聚合操作，也不允許更新。

如果視圖是從單個基本表使用選擇、投影操作導出的，并且包括了基本表的主鍵或某個候選鍵， 那么這樣的視圖稱為“行列子集視圖”，則可以執(zhí)行操作。

3.3.1 SELECT語句的基本句法

考核要求：達到“綜合應(yīng)用”

層次知識點：SELECT-FROM-WHERE句型的應(yīng)用

（1） SELECT-FROM-WHERE句型

SELECT 列名表（逗號隔開） FROM 基本表或視圖序列 WHERE 條件表達式

Notice：掌握條件表達式中各種運算符的應(yīng)用。 　算術(shù)比較運算符=，>，<，<>或！=，<=，>=；

邏輯運算符AND、OR、NOT；

集合成員資格運算符：IN，NOT IN；

謂詞：EXISTS（存在量詞），ALL，SOME，UNIQUE；

聚合函數(shù)：（在下面介紹）

（2） SELECT句型使用實例本節(jié)內(nèi)容需要多看例題，多作習題進行掌握。

Notice：嵌套的SELECT語句的用法

（3）聚合函數(shù)注意各個函數(shù)的含義：

3.3.2 SELECT 語句完整的句法考核要求：達到“綜合應(yīng)用”層次

知識點：SELECT 語句完整句法的使用

SELECT 列名表（逗號隔開）

FROM 基本表或視圖序列[WHERE 條件表達式] （行條件子句）

[GROUP BY 列名序列] （分組子句）

[HAVING 組條件表達式] （組條件子句）

[ORDER BY列名[ASC|DESC]……] （排序子句）

本節(jié)內(nèi)容需要多看例題，多作習題進行掌握

3.3.3 SELECT語句中的限定

考核要求：達到“領(lǐng)會”層次知識點：種限定的使用目的和方法

（1）SELECT子句中的規(guī)定如果要求輸出表格中不允許出現(xiàn)重復元組，則在SELECT后加一DISTINCT

SELECT子句中允許出現(xiàn)+，-，*，/，以及列名，常數(shù)的算術(shù)表達式

（2） 條件表達式的算術(shù)比較操作

WHERE 子句中可以用BETWEEN……AND……來限定一個值的范圍

（3）列和基本表的改名操作

同一個基本表在 SELECT語句中多次引用時可用AS來增加別名

（4）字符串的匹配操作

WHERE子句中字符串匹配用LIKE和兩個通配符，%和下劃線_.

（5）集合的并、交、差操作

查詢結(jié)果的結(jié)構(gòu)完全一致時，可將兩個查詢進行并（UNION）交（INTERSECT）差（EXCPT）操作

（6）空值的比較操作

查詢空值操作不是用='null'，而是用 IS NULL來測試。

（7）集合的比較操作

集合成員資格比較用 IN/NOT IN集合成員算術(shù)比較用元組θSOME/ALL （θ是算術(shù)比較運算符）

（8） 導出表的使用

如果在FROM子句中使用了子查詢，可以給子查詢結(jié)果起個表名和相應(yīng)的列名。

（9） 基本表的自然聯(lián)接操作

基本表的自然聯(lián)接操作是用 NATURAL INNER JOIN來實現(xiàn)的。

2.3.1 元組關(guān)系演算

考核要求：達到“領(lǐng)會”和“簡單應(yīng)用”

層次知識點：元組關(guān)系演算的定義及表達式的含義

元組演算表達式的一般形式為：{t|P（t）}

其含義為：這是一個元組集合，其中的每個元組t（t是元組變量）滿足公式P所規(guī)定的條件。

理解有關(guān)公式和原子公式的定義，對于公式中出現(xiàn)的符號，比如

、、=>、∧、∨、┐

要理解其含義。

Notice：（1）結(jié)合例題和習題領(lǐng)會表達式的含義，一定要多做練習。

（2）對于給定的關(guān)系計算元組表達式的值。（此部分內(nèi)容為“簡單應(yīng)用”）

2.3.2 域關(guān)系演算

考核要求：達到“領(lǐng)會”和“簡單應(yīng)用”

層次知識點：域關(guān)系演算的定義及表達式的含義

域演算表達式的一般形式為：{t1……tk|P（t1……，tk）}

其含義為：這是一個域集合，其中每個域變量的取值關(guān)系滿足公式P所規(guī)定的條件。

理解域公式的寫法Notice：

（1）結(jié)合例題和習題領(lǐng)會表達式的含義，一定要多做練習。（熟能生巧）

（2）對于給定的關(guān)系計算域表達式的值。（此部分內(nèi)容為“簡單應(yīng)用”）

（3）表達式的轉(zhuǎn)換不用強記，關(guān)鍵要從語義上理解。

2.3.3 關(guān)系運算的安全性和等價性

考核要求：達到“識記”

層次知識點：安全性和等價性的含義

（1）關(guān)系運算的安全性關(guān)系代數(shù)的運算總是安全性。

關(guān)系演算則可能出現(xiàn)無限關(guān)系（概念）和無窮驗證（概念）問題。

在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中，不產(chǎn)生無限關(guān)系和無窮驗證的運算稱為安全運算，相應(yīng)的表達式稱為安全表達式，所采取的措施稱為安全約束。

約定：運算只對表達式中公式在涉及到的關(guān)系的值范圍內(nèi)操作。

有了這一約定后，關(guān)系演算是安全的。

（2）關(guān)系運算的等價性并、差、笛卡兒積、投影和選擇是關(guān)系代數(shù)最基本的操作，并構(gòu)成了關(guān)系代數(shù)運算的最小完備集。

已經(jīng)證明，在這個基礎(chǔ)上，關(guān)系代數(shù)、安全的元組關(guān)系演算、安全的域關(guān)系演算 在關(guān)系的表達和操作能力上是安全等價的。

2.1.1 二維表格的基本術(shù)語

考核要求：達到“識記”

層次知識點：主要是一些基本概念

（1）二維表格 在關(guān)系模型中，一張二維表格對應(yīng)一個關(guān)系。

（2）元組（tuple） 表中的一行（即一個記錄），表示一個實體；關(guān)系是由元組組成的。

（3）關(guān)系：是一個元數(shù)為K（K>=1）的元組的集合。 一張二維表格對應(yīng)一個關(guān)系。表中的一行稱為關(guān)系的一個元組；表中的一列稱為關(guān)系的一個屬性。

在關(guān)系模型中，對關(guān)系作了下列規(guī)范性的限制： 關(guān)系中每一個屬性值都是不可分解的；

關(guān)系中不允許出現(xiàn)相同的元組（沒有重復元組）；

不考慮元組間的順序，即沒有行序；在理論上，屬性間的順序（即列序）也是不存在的；

但在使用時按習慣考慮列的順序。

（4）超鍵（Super Key）：在關(guān)系中能唯一標識元組的屬性集稱為關(guān)系模式的超鍵；

（5）候選鍵（Candidate Key）：不含有多余屬性的超鍵稱為候選鍵；

（6）主鍵（Primary Key）：用戶選作元組標識的一個候選鍵。

在以上概念中，主鍵一定可作候選鍵，候選鍵一定可作超鍵；反之，則不成立。

比如，在學生表中，如果有“學號”、“姓名”、“出生年月”等字段， 其中學號是唯一的，那么（學號）屬于超鍵，（學號，姓名）的組合也是超鍵。 同時，（學號）是候選鍵，而（學號，姓名）由于含有多余屬性，所以不是候選鍵。 在這三個概念中，主鍵的概念最為重要，它是用戶選作元組標識的一個關(guān)鍵字。 如果一個關(guān)系中有兩個或兩個以上候選鍵，用戶就選其中之一作為主鍵。

2.1.2 關(guān)系模式、關(guān)系子模式和存儲模式

考核要求：達到“識記”

層次知識點：三種模式的理解

（1）關(guān)系模式：關(guān)系模型的定義包括：模式名，屬性名，值域名以及模式的主鍵。它僅僅是對數(shù)據(jù)特性的描述，不涉及到物理存儲方面的描述。

（2）子模式： 子模式是用戶所用到的那部分數(shù)據(jù)的描述。除了指出用戶數(shù)據(jù)外，還應(yīng)指出模式和子模式之間的對應(yīng)性。

（3）存儲模式：關(guān)系存儲時的基本組織方式是文件，元組是文件中的記錄。

幾個模式的理解（教材30頁的例子）：

在教學模型中，有實體類型“學生”，其屬性有學號S#、SNAME、AGE、SEX分別表示學生的學號、姓名、年齡、性別；實體類型“課程”的屬性C#、CNAME、TEACHER分別表示課程號、課程名和任課教師名。學生用S表示，課程用C表示，S和C之間有M：N聯(lián)系，聯(lián)系類型SC的屬性是GRADE.

關(guān)系模式為：

學生關(guān)系S （S#、SNAME、AGE、SEX）

課程關(guān)系C（C#、CNAME、TEACHER）

學習關(guān)系SC（S#、C#、GRADE）

以下則為關(guān)系子模式：

成績關(guān)系子模式G （S#、SNAME、C#、GRADE，GRADE），它對應(yīng)的數(shù)據(jù)來自關(guān)系S和SC.

2.1.3 關(guān)系模型的三類完整性規(guī)則

考核要求：達到“領(lǐng)會”

層次知識點：三類完整性規(guī)則的理解

（1）實體完整性規(guī)則 要求關(guān)系中元組在組成主鍵的屬性上不能有空值。如果出現(xiàn)空值， 那么主鍵值就起不了唯一標識元組的作用。（對關(guān)系主鍵的約束）

（2）參照完整性規(guī)則 要求外鍵值必須是另一個關(guān)系的主鍵的有效值，或者是空值。 （對關(guān)系外鍵的約束） 外鍵：（外來關(guān)鍵字）將一個關(guān)系的主鍵（比如 學生關(guān)系S中的S#） 放到另一個關(guān)系（比如SC）中，此時稱S#是關(guān)系SC的外鍵。

注意事項：

外鍵和相應(yīng)的主鍵可以不同名，只要定義在相同值于域上即可；

兩個關(guān)系可以是同一個關(guān)系模式，表示了屬性之間的聯(lián)系。

外鍵值是否允許空，應(yīng)視具體情況而定

假設(shè)數(shù)據(jù)庫有如下關(guān)系：

學生關(guān)系S （S#、SNAME、AGE、SEX）

課程關(guān)系C（C#、CNAME、TEACHER）

學習關(guān)系SC（S#、C#、GRADE）

那么（1）S#是關(guān)系S的主鍵，因此在關(guān)系S中不能為空；（實體完整性規(guī)則）

（2）C#是關(guān)系C的主鍵，因此在關(guān)系C中不能為空；（實體完整性規(guī)則）

關(guān)系SC中：

S#、C#的組合為主鍵，因此S#、C#不能為空；（實體完整性規(guī)則）

S#是來自S的外鍵，因此它必須和關(guān)系S中某個元組的S#相同。（參照完整性規(guī)則）

C#是來自C的外鍵，因此它必須和關(guān)系C中某個元組的C#相同。（參照完整性規(guī)則）

（3）用戶定義的完整性規(guī)則：這是針對某一具體數(shù)據(jù)的約束條件，由應(yīng)用環(huán)境決定， 例如，學生的年齡限制為15~30周歲。 用戶定義的完整性規(guī)則反映某一具體應(yīng)用涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。 系統(tǒng)提供定義和檢驗這類完整性的機制。

2.1.4 關(guān)系模型的形式定義

考核要求：達到“識記”

層次知識點：三個組成部分的了解

關(guān)系模型有三個組成部分：

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性規(guī)則關(guān)系模型的的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是關(guān)系；

關(guān)系模型提供一組完備的高級關(guān)系運算（關(guān)系代數(shù)+關(guān)系演算），支持數(shù)據(jù)庫的各種操作；

關(guān)系模型包括三類完整性規(guī)則。

2.2.1 關(guān)系代數(shù)的五個基本操作

考核要求：達到“簡單應(yīng)用”

層次知識點：五個基本操作的含義和運算應(yīng)用

（1）并（∪）：兩個關(guān)系需有相同的關(guān)系模式，并的對象是元組，由兩個關(guān)系所有元組構(gòu)成。

RUS≡{t| t∈R ∨t∈S}

（2） 差（-）：同樣，兩個關(guān)系有相同的模式，R和S的差是由屬于R但不屬于S的元組構(gòu)成的集合。

R-S≡{t| t∈R ∧t 不屬于S}

（3）笛卡爾積（×）：對兩個關(guān)系R和S進行操作，產(chǎn)生的關(guān)系中元組個數(shù)為兩個關(guān)系中元組個數(shù)之積。

R×S≡{t| t=< tr，ts>∧tr∈R∧ts ∈S}

（4） 投影（σ）：對關(guān)系進行垂直分割，消去某些列，并重新安排列的順序。

（5） 選擇（π）：根據(jù)某些條件關(guān)系作水平分割，即選擇符合條件的元組。

2.2.2 關(guān)系代數(shù)的四個組合操作

考核要求：達到“簡單應(yīng)用”

層次知識點：四個組合操作的含義和運算應(yīng)用

（1）交（∩）：R和S的交是由既屬于R又屬于S的元組構(gòu)成的集合。

（2）聯(lián)接：包括θ（算術(shù)比較符）聯(lián)接和F（公式）聯(lián)接。

選擇R×S中滿足iθ（r+j）或F條件的元組構(gòu)成的集合；

概念上比較難理解，關(guān)鍵理解運算實例等值聯(lián)接（θ為等號“=”的聯(lián)接）。

（3）自然聯(lián)接（RS）：在R×S中，選擇R和S公共屬性值均相等的元組，并去掉R×S中重復的公共屬性列。 如果兩個關(guān)系沒有公共屬性，則自然聯(lián)接就轉(zhuǎn)化為笛卡爾積。

（4）除法（÷）：首先除法的結(jié)果中元數(shù)為兩個元數(shù)的差， R÷S的操作思路如下——把S看作一個塊，如果R中相同屬性集中的元組有相同的塊， 且除去此塊后留下的相應(yīng)元組均相同，那么可以得到一條元組， 所有這些元組的集合就是除法的結(jié)果

對于上述的五個基本操作和四個組合操作，應(yīng)當從實際運算方面進行理解和運用。

應(yīng)用舉例

2.2.3 關(guān)系代數(shù)表達式及應(yīng)用

考核要求：達到“簡單應(yīng)用”

層次知識點：關(guān)系代數(shù)表達式的應(yīng)用

本節(jié)的內(nèi)容是有關(guān)實際應(yīng)用，應(yīng)該多看例題，多做習題，必須達到以下要求： 能夠根據(jù)給出的關(guān)系代數(shù)表達式計算關(guān)系值，也能夠根據(jù)相應(yīng)查詢要求列出關(guān)系表達式。

（1）在列關(guān)系表達式時，通常有以下形式：

π……（σ……（R×S））或者π……（σ……（RS））

首先把查詢涉及到的關(guān)系取來，執(zhí)行笛卡爾積或自然聯(lián)接操作得到一張大的表格，然后對大表格執(zhí)行水平分割（選擇）和垂直分割（投影）操作。

（2）當查詢涉及到否定或全部的邏輯時，往往要用到差或除法操作。

關(guān)系代數(shù)表達式舉例

2.2.4 擴充的關(guān)系代數(shù)操作

考核要求：達到“識記”

層次知識點：了解“外聯(lián)接”和“外部并”的含義

注意：（1）“外聯(lián)接”、“左外聯(lián)接”、“右外聯(lián)接”和“自然連接”的差異。

（2）“外部并”和“并”的差異