数据库系统概论（个人笔记）（第三部分）

因你入海底2024-06-02 23:53

数据库系统概论（个人笔记）

文章目录

  • 数据库系统概论（个人笔记）
  • 3、SQL介绍
    • [3.1 SQL查询语言概述](#3.1 SQL查询语言概述)
    • [3.2 SQL数据定义](#3.2 SQL数据定义)
    • [3.3 SQL查询的基本查询结构](#3.3 SQL查询的基本查询结构)
    • [3.4 其他基本操作](#3.4 其他基本操作)
    • [3.5 设置操作](#3.5 设置操作)
    • [3.6 空值](#3.6 空值)
    • [3.7 聚合函数](#3.7 聚合函数)
    • [3.8 嵌套子查询](#3.8 嵌套子查询)
    • [3.9 数据库的修改](#3.9 数据库的修改)

3、SQL介绍

3.1 SQL查询语言概述

Qveriew of The SQL Query Language

History

IBM Sequel 语言是在 IBM 圣何塞研究实验室开发的 System R 项目的一部分。

重命名为结构化查询语言（SQL）

ANSI 和 ISO 标准 SQL:

  • SQL数据库
  • SQL-89
  • SQL-92
  • SQL:1999（语言名称符合2000年要求!）
  • SQL数据库:2003年

商业系统提供了大部分（如果不是全部的话）SQL-92特性，以及来自后来标准的各种特性集和特殊的专有特性。

  • 并非这里的所有示例都适用于您的特定系统。

SQL Parts

DDL 数据库定义语言------提供用于定义关系模式、删除关系和修改关系式的命令。

DML数据操作语言------提供从数据库查询信息、向数据库中插入元组、从数据库中删除元组以及修改元组的能力。

Integrity 完整性------DDL包括用于指定完整性约束的命令。

View definition 视图定义------DDL包括用于定义视图的命令。

Transaction control 事务控制------包括指定事务的开始和结束的命令。

Embedded SQL and dynamic SQL 嵌入式SQL和动态SQL------定义如何将SQL语句嵌入到通用编程语言中。

Authorization 授权------包括用于指定对关系与视图得访问权限得命令。

3.2 SQL数据定义

SQL Data Definition

Data Definition Language

SQL 数据定义语言（DDL）允许指定有关关系的信息，包括:

  • 每个关系的模式。
  • 与每个属性相关联的值的类型。
  • 完整性约束
  • 要为每个关系维护的索引集。
  • 每个关系的安全性和授权信息。
  • 每个关系在磁盘上的物理存储结构。

Domain Types in SQL

SQL中的域类型
char(n). 固定长度的字符串，用户指定长度为n
varchar(n). 可变长度字符串，具有用户指定的最大长度n
int. 整数（与机器相关的整数的有限子集）
smallint. 小整数（依赖于计算机的整数域类型的子集）
numeric(p,d). 定点数，用户指定精度为p位数，小数点右侧为d位数。（例如，数字(3,1)允许44.5精确地存储，但不允许444.5或0.32）
real, double precision. 浮点数和双精度浮点数，具有与机器相关的精度
float(n). 浮点数，用户指定的精度至少为n位
更多内容将在第四章介绍

Create Table Construct

SQL关系是使用 create table 命令定义的：

Integrity Constraints in Create Table

完整性约束的类型

SQL阻止任何违反完整性约束的数据库更新。

And a Few More Relation Definitions

And more still

Updates to tables

Insert

sql 复制代码 
insert into instructor values('10211', 'Smith', 'Biology', 66000);

Delete

  • 移除 student 关系里的所有元组
sql 复制代码 
delete from student

Drop Table

sql 复制代码 
drop table r

Alter

SQL 复制代码 
alter table r add A D
  • 其中A是要添加到关系r中的属性的名称，D是A的域。
  • 关系中所有现有的元组都被指定为null作为新属性的值。
sql 复制代码 
alter table r drop A
  • 其中A是关系r的属性名
  • 删除许多数据库不支持的属性。

3.3 SQL查询的基本查询结构

Basic Query Struction of SQL Queries

Basic Query Structure

一个典型的SQL查询有这样的表单：

等价于关系代数表达式：
∏ A 1 , A 2 , ... , A n ( σ P ( r 1 × r 2 × ... × r m ) ) ∏_{A_1,A_2,..., A_n}(σ_P(r_1× r_2×...×r_m)) A1,A2,...,An∏(σP(r1×r2×...×rm))

SQL查询的结果是一个关系。

The select Clause

select 子句列出查询结果中所需的属性

  • 对应于关系代数的投影运算

Example：查找所有 instructors 的名字：

sql 复制代码 
select name from instructor

NOTE：SQL名称不区分大小写（即，您可以使用大写字母或小写字母）

  • 例如，Name ≡ NAME ≡ name
  • 有些人在我们用粗体的地方用大写（上面的紫色字体）。

SQL 允许关系和查询结果中的重复。

若要强制删除重复项，请在 select 后插入关键字 distinct。

查找所有 instructors 的 department names，并删除重复的名称:

sql 复制代码 
select distinct dept_name from instructor

关键字 all 指定不应删除重复项:

sql 复制代码 
select all dept_name from instructor

select 子句中的星号 asterisk 表示"所有属性":

sql 复制代码 
select * from instructor

属性可以是不带 from 子句的文字:

sql 复制代码 
select '437'

  • Results是一个包含一列和一行值为"437"的表。

  • 可以给列一个名称，使用:

sql 复制代码 
select '437' as FOO

属性可以是**带有 from **子句的文字:

sql 复制代码 
select 'A' from instructor
  • 结果是一个包含一列和N行（instructors 表中的元组数量）的表，每行的值为"A"。

select 子句可以包含算术表达式，包括操作+、-、*和/，以及对元组的常量或属性进行操作：

sql 复制代码 
select ID,name,salary/12 from instructor

  • 查询将返回一个与教员关系相同的关系，只是属性salary的值除以12。

  • 可以使用as子句重命名"salary/12":

sql 复制代码 
select ID,name,salary/12 as monthly_salary

The where Clause

where 子句指定结果必须满足的条件

  • 对应于关系代数的选择谓词。

为了寻找 Comp.Sci.dept 里所有的 instructors：

sql 复制代码 
select name from instructor where dept_name = 'Comp.Sci.'

SQL 允许使用逻辑连接词and 、or 和 not

逻辑连接符的操作数可以是包含比较操作符<、<=、>、>=、=和<>的表达式

比较可以应用于算术表达式的结果

为了寻找 Comp.Sci.dept 里且 salary > 70000 所有的 instructors：

sql 复制代码 
select name from instructor where dept_name = 'Comp.Sci.' and salary > 70000

The from Clause

from 子句列出查询中涉及的关系

  • 对应于关系代数中的笛卡尔积运算。

寻找 instructor × teaches 的所有的笛卡尔积：

sql 复制代码 
select * from instructor, teaches
  • 生成所有可能的教师-教学对，并包含双方关系的所有属性。
  • 对于公共属性（例如，ID），结果表中的属性使用关系名称（例如，instructor.ID）进行重命名。

笛卡尔积不是很直接有用，但与where子句条件（关系代数中的选择操作）结合使用很有用。

Examples

查找教过某门课程的所有教员的姓名和course_id

sql 复制代码 
select name, course_id from instructor, teaches where instructor.ID = teaches.ID

查找艺术系所有教过某门课程的教师的姓名和course_id

sql 复制代码 
select name, course_id 
from instructor, teaches 
where instructor.ID = teaches.ID and instructor.dept_name = 'Art'

3.4 其他基本操作

Additional Basic Operations

The Rename Operation

SQL允许使用 as 子句重命名关系和属性:

sql 复制代码 
old-name as new-name

在"Comp. Sci"中找到所有薪水比某个教员高的教员的名字:

sql 复制代码 
select distinct T.name 
from instructor as T, instructor as S 
where T.salary > S.salary and S.dept_name = 'Comp.Sci.'

关键字 as 是可选的，可以省略:

sql 复制代码 
instructor as T ≡ instructor T

String Operations

SQL包含一个字符串匹配运算符，用于对字符串进行比较。操作符 like 使用使用两个特殊字符描述的模式:

  • 百分比（%） %字符匹配任何子字符串。
  • 下划线（ _ ） _ 字符匹配任何字符。

查找名称中包含子字符串"dar"的所有教员的名称：

sql 复制代码 
select name from instructor where name like '％dar％'

匹配字符串" 100% "：

sql 复制代码 
like '100\%' escape '\'

在上面的代码中，我们使用反斜杠（\）作为转义字符。

模式区分大小写。

模式匹配示例:

  • 'Intro%'匹配任何以'Intro '开头的字符串。
  • '%Comp%'匹配任何包含" Comp "作为子字符串的字符串。
  • '_ _ _' 匹配任何恰好三个字符的字符串。
  • '_ _ _ %'匹配任何至少三个字符的字符串。

SQL支持各种字符串操作，例如：

  • 串联（使用" || "）
  • 从大写到小写的转换（反之亦然）
  • 查找字符串长度，提取子字符串等

Ordering the Display of Tuples

请按字母顺序列出所有教员的姓名：

sql 复制代码 
select distinct name from instructor order by name

我们可以为每个属性指定 desc 表示降序，asc 表示升序；升序是默认的:

  • Example：

    sql 复制代码 
    order by name desc

可以对多个属性进行排序:

  • Example：

    sql 复制代码 
    order by dept_name, name

Where Clause Predicates

SQL包含一个 between 比较操作符

Example：查找工资在90,000到100,000（即，≥90,000 和 ≤100,000）之间的所有教师的姓名：

sql 复制代码 
select name from instructor where salary between 90000 and 100000

元组比较

sql 复制代码 
select name, course_id 
from instructor, teaches 
where (instructor.ID, dept_name) = (teaches.ID, 'Biology')

3.5 设置操作

Set Operations

查找2017年秋季或2018年春季的课程:

sql 复制代码 
(select course_id  from section where sem = 'Fall' and year = 2017)
union
(select course_id  from section where sem = 'Spring' and year = 2018)

查找2017年秋季和2018年春季的课程:

sql 复制代码 
(select course_id  from section where sem = 'Fall' and year = 2017)
intersect
(select course_id  from section where sem = 'Spring' and year = 2018)

查找2017年秋季而不是2018年春季的课程:

sql 复制代码 
(select course_id  from section where sem = 'Fall' and year = 2017)
except
(select course_id  from section where sem = 'Spring' and year = 2018)

设置操作 union , intersect 和 except

  • 上述每个操作都会自动消除重复项

要保留所有副本，请使用:

  • union all
  • intersect all
  • except all

假设一个元组在 r 中出现 m 次，在 s 中出现 n 次，那么，它出现:

  • m + n times in r union all s
  • min(m, n) times in r intersect all s
  • max(0, m -- n) times in r except all s

3.6 空值

Null Values

元组的某些属性可能有一个空值，用 null 表示

null 表示未知值或值不存在

任何涉及 null 的算术表达式的结果都是 null

  • Example:

    sql 复制代码 
    5 + null  returns null

谓词 is null 可用于检查空值

  • Example:

    sql 复制代码 
    select name from instructor where salary is null

如果应用谓词的值 is not null ，则谓词不为空成功。

SQL将任何涉及空值的比较的结果视为 unknown（谓词为空和非空除外）。

  • Example:

    sql 复制代码 
    5 < null   or   null <> null    or    null = null

where 子句中的谓词可以涉及布尔操作（and, or, not ）；因此，布尔运算的定义需要扩展以处理 unknown 。

  • and：

    sql 复制代码 
    (true and unknown) = unknown, 
(false and unknown) = false,
(unknown and unknown) = unknown

  • or：

    sql 复制代码 
    (unknown or true) = true,
(unknown or false) = unknown
(unknown or unknown) = unknown

如果 where 子句谓词的计算结果为 unknown，则将其结果视为 false

3.7 聚合函数

Aggregate Functions

这些函数对关系列的多值集进行操作，并返回一个值

avg 平均值
min 最小值
max 最大值
sum 值求和
count 值数量

Aggregate Functions Examples

找出计算机科学系讲师的平均工资：

sql 复制代码 
select avg (salary) from instructor where dept_name= 'Comp. Sci.'

查找在2018年春季学期教授某门课程的教师总数:

sql 复制代码 
select count (distinct ID) from teaches where semester = 'Spring' and year = 2018

求课程关系中元组的个数:

sql 复制代码 
select count (*) from course;

Aggregate Functions -- Group By

求出各部门教员的平均工资:

sql 复制代码 
select dept_name, avg (salary) as avg_salary from instructor group by dept_name

聚合函数之外的 select 子句中的属性必须出现在 group by 列表中:

sql 复制代码 
/* erroneous query */
select dept_name, ID, avg (salary) from instructor group by dept_name

Aggregate Functions -- Having Clause

查找平均工资大于42000的所有部门的名称和平均工资:

sql 复制代码 
select dept_name, avg (salary) as avg_salary 
from instructor group by dept_name having avg (salary) > 42000

Note：having 子句中的谓词在组形成之后应用，而 where 子句中的谓词在组形成之前应用

3.8 嵌套子查询

Nested Subqueries

Nested 嵌套

SQL 为子查询的嵌套提供了一种机制。子查询 A subquery 是嵌套在另一个查询中的 "select-from-where" 表达式。

嵌套可以在以下 SQL 查询中完成：

sql 复制代码 
select A1, A2, ..., An from r1, r2, ..., rm where P

as follows:

  • From clause：ri 可以被任何有效的子查询替换。

  • Where clause：P 可以用如下形式的表达式代替:

    B (subquery)

    B是稍后定义的属性和。

  • Select clause:

    Ai 可以替换为生成单个值的子查询。

Set Membership

查找2017年秋季和2018年春季提供的课程:

sql 复制代码 
select distinct course_id
from section
where semester = 'Fall' and year= 2017 and
      course_id in (select course_id
                    from section
                    where semester = 'Spring' and year= 2018)

查找2017年秋季但不是2018年春季提供的课程:

sql 复制代码 
select distinct course_id
from section
where semester = 'Fall' and year= 2017 and
      course_id not in (select course_id
                    from section
                    where semester = 'Spring' and year= 2018)

说出所有既不是 "Mozart" 也不是 "Einstein" 的老师的名字:

sql 复制代码 
select distinct name
from instructor
where  name not in ('Mozart', 'Einstein')

查找由 ID 为10101的讲师讲授的课程部分的（不同的）学生总数:

sql 复制代码 
select count (distinct ID)
from takes
where (course_id, sec_id, semester, year) in             
				(select course_id, sec_id, semester, year
				from teaches
                where teaches.ID= 10101);

Note：上面的查询可以用更简单的方式编写。上面的公式只是为了说明 SQL 的特性

Set Comparison

Set Comparison -- "some" Clause

找出工资高于生物系某些（至少一个）教师的姓名:

sql 复制代码 
select distinct T.name
from instructor as T, instructor as S
where T.salary > S.salary and S.dept name = 'Biology'

相同的查询使用> some子句:

sql 复制代码 
select name
from instructor
where salary > some (select salary
					from instructor
					where dept name = 'Biology')

Definition of "some" Clause

Set Comparison -- "all" Clause

查找工资高于生物系所有教师工资的所有教师的姓名:

sql 复制代码 
select name
from instructor
where salary > all (select salary
					from instructor
					where dept name = 'Biology')

Definition of "all" Clause

Test for Empty Relations

如果参数子查询非空，exists 构造返回值 true。

Use of "exists" Clause

这是指定查询"查找2017年秋季学期和2018年春季学期教授的所有课程"的另一种方式:

sql 复制代码 
select course_id 
from section as S 
where semester = 'Fall' and year = 2017 and
		exists (select * 
                from section as T 
                where semester = 'Spring' and year= 2018 
                		and S.course_id = T.course_id)

关联名称 Correlation name ------外部查询中的变量 S

相关子查询 Correlated subquery ------内部查询

sql 复制代码 
select distinct course_id
from section
where semester = 'Fall' and year= 2017 and 
		course_id in (select course_id
                      from section
                      where semester = 'Spring' and year= 2018)

Use of "not exists" Clause

找到所有修过生物系所有课程的学生:

sql 复制代码 
select distinct S.ID, S.name
from student as S
where not exists ( (select course_id
                    from course
                    where dept_name = 'Biology')
                  except
                  (select T.course_id
                   from takes as T
                   where S.ID = T.ID))
  • 第一个嵌套查询列出了生物学提供的所有课程
  • 第二个嵌套查询列出了特定学生所修的所有课程

Test for Absence of Duplicate Tuples

unique 构造测试子查询的结果中是否有任何重复元组。

如果给定的子查询不包含重复项，则 unique 构造的计算结果为"true"。

查找2017年最多开设一次的所有课程:

sql 复制代码 
select T.course_id 
from course as T 
where unique (select R.course_id
              from section as R 
              where T.course_id= R.course_id 
              		and R.year = 2017)

Subqueries in the From Clause

SQL 允许在 from 子句中使用子查询表达式

找出那些平均工资超过4.2万美元的院系教师的平均工资:

sql 复制代码 
select dept_name, avg_salary
from ( select dept_name, avg (salary) as avg_salary 
      from instructor 
      group by dept_name) 
where avg_salary > 42000

注意，我们不需要使用 having 从句

上述查询的另一种写法:

sql 复制代码 
select dept_name, avg_salary
from (select dept_name, avg (salary) 
      from instructor 
      group by dept_name)
      as dept_avg (dept_name, avg_salary) 
where avg_salary > 42000

With Clause

with 子句提供了一种定义临时关系的方法，该临时关系的定义仅对出现 with 子句的查询可用。

找到所有有最大预算的部门:

sql 复制代码 
with max_budget (value) as 
	(select max(budget) 
     from department) 
select department.name 
from department, max_budget 
where department.budget = max_budget.value;

Complex Queries using With Clause

找出总工资大于所有部门总工资平均值的所有部门:

sql 复制代码 
with dept _total (dept_name, value) as
        (select dept_name, sum(salary)
         from instructor
         group by dept_name),
dept_total_avg(value) as
       (select avg(value)
       from dept_total)
select dept_name
from dept_total, dept_total_avg
where dept_total.value > dept_total_avg.value

Scalar Subquery

标量 Scalar 子查询是在需要单个值的地方使用的查询

列出所有部门以及每个部门的教师人数:

sql 复制代码 
select dept_name, 
	(select count(*) 
     from instructor 
     where department.dept_name = instructor.dept_name) 
    as num_instructors
from department

如果子查询返回多个结果元组，则运行时错误

3.9 数据库的修改

Modification of the Database

  • 从给定关系中删除元组
  • 在给定的关系中插入新的元组
  • 更新给定关系中某些元组中的值

Deletion

删除所有教员

sql 复制代码 
delete from instructor

删除财务部门的所有教员

sql 复制代码 
delete from instructor where dept_name = 'Finance'

删除教员关系中与Watson大楼中某个部门相关联的教员的所有元组

sql 复制代码 
delete from instructor
where dept_name in (select dept_name
                    from department
                    where building = 'Watson')

删除所有工资低于教员平均工资的教员

sql 复制代码 
delete from instructor
where salary < (select avg (salary) 
                from instructor)
  • Problem：当我们从教员中删除元组时，平均工资发生了变化
  • SQL中使用的解决方案：
    • 首先，计算 avg （salary）并找到所有要删除的元组
    • 接下来，删除上面找到的所有元组（不重新计算 avg 或重新测试元组）

Insertion

向course添加一个新的元组

sql 复制代码 
insert into course values ('CS-437', 'Database Systems', 'Comp. Sci.', 4)

或者同样的

sql 复制代码 
insert into course (course_id, title, dept_name, credits) 
values ('CS-437', 'Database Systems', 'Comp. Sci.', 4)

添加一个新的元组到student, tot_creds设置为null

sql 复制代码 
insert into student values ('3003', 'Green', 'Finance', null)

让每个获得超过144个学分的音乐系学生成为音乐系讲师，年薪18000美元

sql 复制代码 
insert into instructor 
	select ID, name, dept_name, 18000 
	from student 
	where dept_name = 'Music' and total_cred > 144

在将 select from where 语句的任何结果插入到关系中之前，将对其进行完全求值。

否则，如下的查询将导致问题：

sql 复制代码 
insert into table1 select * from table1

Updates

给所有教员加薪5%

sql 复制代码 
update instructor set salary = salary * 1.05

对收入低于7万的指导员加薪5%

sql 复制代码 
update instructor set salary = salary * 1.05 where salary < 70000

对工资低于平均水平的指导员，给予5%的加薪

sql 复制代码 
update instructor 
set salary = salary * 1.05
where salary <  (select avg (salary)
                 from instructor)

对年薪超过10万美元的教员加薪3%，其他教员加薪5%

  • 写两个 update 语句:

    sql 复制代码 
    update instructor set salary = salary * 1.03 where salary > 100000
update instructor set salary = salary * 1.05 where salary <= 100000

  • 顺序很重要

  • 用 case 语句可以做得更好（如下）

Case Statement for Conditional Updates

与之前相同的查询，但使用case语句

sql 复制代码 
update instructor
	set salary = case
		when salary <= 100000 then salary * 1.05
		else salary * 1.03
		end

Updates with Scalar Subqueries

重新计算并更新所有学生的tot_creds值

sql 复制代码 
update student S 
set tot_cred = (select sum(credits)
                from takes, course
                where takes.course_id = course.course_id  and
                	S.ID= takes.ID.and
                takes.grade <> 'F' and
                takes.grade is not null)

对于没有上过任何课程的学生，将tot_creds设置为null

代替 sum（credits），使用:

sql 复制代码 
case
	when sum(credits) is not null then sum(credits)
	else 0
end
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