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  • 关系代数是关系数据库系统查询语言的理论基础

    注:本篇转自网络,因为到处都有,无法注明出处:

    一、关系代数的9种操作:

        关系代数中包括了:并、交、差、乘、选择、投影、联接、除、自然联接等操作。

    五个基本操作:
        并(∪)、差(-)、笛卡尔积(×)、投影(σ)、选择(π)

    四个组合操作:
        交(∩)、联接(等值联接)、自然联接(R S)、除法(÷)
    注2:等值连接表示先做笛卡尔积(×)之后,对相应列进行选择或等值关联后的结果(仅筛选行、不筛选列)
    注2:自然连接表示两个关系中若有相同名称的属性,则自动作为关联条件,且仅列出一列
      

    二、关系代数表达式:

        由关系代数运算经有限次复合而成的式子称为关系代数表达式。这种表达式的运算结果仍然是一个关系。可以用关系代数表达式表示对数据库的查询和更新操作。


    三、举例说明:

        设教学数据库中有3个关系:
        学生关系S(SNO, SNAME,AGE,SEX)
        学习关系SC(SNO,CNO,GRADE)
        课程关系C(CNO,CNAME,TEACHER)


    (1) 检索学习课程号为C2的学生学号与成绩
    ------------------------------------
    SELECT SNO,GRADE
      FROM SC
    WHERE CNO='C2'
    ------------------------------------
    π SNO, GRADE (σ CNO='C2' (SC))
    ************************************


    (2) 检索学习课程号为C2的学生学号与姓名
    ------------------------------------
    SELECT SC.SNO,S.SNAME
      FROM SC,S
    WHERE SC.SNO=S.SNO
       AND SC.CNO='C2'
    ------------------------------------
    π SNO,SNAME (σ CNO='C2' (S SC))
    此查询涉及S和SC,先进行自然连接,然后再执行选择投影操作。
    ----
    π SNO,SNAME (S) (π SNO (σ CNO='C2' (SC)))
    自然连接的右分量为"学了C2课的学生学号的集合"。
    此表达式比前一个表达式优化,执行起来要省时间、省空间。
    ************************************


    (3) 检索选修课程名为MATHS的学生学号与姓名
    ------------------------------------
    SELECT SC.SNO,S.SNAME
      FROM SC,S,C
    WHERE SC.SNO=S.SNO
       AND SC.CNO=C.CNO
       AND C.CNAME='MATHS'
    ------------------------------------
    π SNO, SANME (σ CNAME='MATHS' (S SC C))
    ************************************


    (4) 检索选修课程号为C2或C4的学生学号
    ------------------------------------
    SELECT SNO
      FROM SC
    WHERE CNO='C2'
        OR CNO='C4'
    ------------------------------------
    π SNO (σ CNO='C2'∨CNO='C4' (SC))
    ************************************


    (5) 检索至少选修课程号为C2或C4的学生学号
    ------------------------------------
    SELECT SA.SNO
      FROM SC AS SA,SC AS SB
    WHERE SA.SNO=SB.SNO
       AND SA.CNO='C2'
       AND SB.CNO='C4'
    ------------------------------------
    π 1 (σ 1=4∧2='C2'∧5='C4' (SC×SC))
    ************************************


    (6) 检索不学C2课的学生姓名与年龄
    ------------------------------------
    SELECT SNAME,AGE
      FROM S
    MINUS
    SELECT S.SNAME,S.AGE
      FROM SC,S
    WHERE SC.SNO=S.SNO
       AND SC.CNO='C2'
    (Oracle)
    ------------------------------------
    π SNAME, AGE (S)-π SNAME, AGE (σ CNO='C2' (S SC))
    ************************************


    (7) 检索学习全部课程的学生姓名
    ------------------------------------
    这个定义用SQL表示比较麻烦,略过
    ------------------------------------
    π SNO, CNO (SC)÷π CNO (C)
    先用除法取出选取所有课程的SNO集(除法可以理解为一个Filter)
    π SNAME (S  (π SNO,CNO (SC)÷π CNO (C)))
    再关联S表取出SNAME
    ************************************


    (8) 检索所学课程包含S3所学课程的学生学号
    ------------------------------------
    这个定义用SQL表示比较麻烦,略过
    ------------------------------------
    π SNO,CNO (SC)÷ π CNO (σ SNO='S3' (SC))
    同样运用了除法的特性
    ************************************


    (9) 将新课程元组( 'C10','PHYSICS','YU') 插入到关系C中
    ------------------------------------
    INSERT INTO C VALUES('C10','PHYSICS','YU')
    ------------------------------------
    (C∪ ('C10','PHYSICS','YU'))
    记住该符号的用法
    ************************************


    (10) 将学号S4选修课程号为C4的成绩改为85分
    ------------------------------------
    UPDATE SC SET GRADE=85
    WHERE SNO='S4'
       AND CNO='C4'
    ------------------------------------
    (SC- ('S4','C4',? )∪ ('S4','C4',85))
    先用'- '实现DELETE功能,再用'∪'实现INSERT功能
    注意使用?来表示检索时忽略该字段值
    ************************************


    四、关系代数表达式的优化:

        目的 :为了系统在执行时既省时间又能提高效率。
        基本策略 :先做选择,运用投影去除多余属性等等。
        优化算法 :语法树( 尽量提前做选择操作;在每个操作后,应做个投影操作,去掉不用的属性值)

        例如:

        π SNO ,SNAME (σ GRADE>60 (S SC)) 进行 优化后转换为:
        π SNO ,SNAME (π SNO ,SNAME (S) π SNO (σ GRADE>60 (SC)))
        --即提前做选择操作;在每个操作后,应做个投影操作,去掉不用的属性值


        又如:

        S(S#,SNAME,AGE,SEX)
        SC(S#,C#,GRADE)
        C(C#,CNAME,TEACHER)

        π CNAME,TEACHER (σ SEX='女' (S SC C)) 进行 优化后转换为:
        π CNAME, TEACHER (C π C# (π S#,C# (SC) π S# (σ SEX='女' (S))))

        优化前和优化后的语法树如下所示:

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