DBPA · 2.2

关系操作

基本操作和导出操作

VER. 2608 Built with impress.js

学习目标

面对业务要求，判断数据库是要返回结果表、修改记录，还是改变表结构

01判断一个请求属于查询、更新、定义还是控制，并说明它的结果
02画出一张表经过筛选、保留列和连接后怎样变成下一张表
03根据业务问题选择五种基本操作或连接、除、交等导出操作
04（可选）用同一个查询比较关系代数、关系演算和 SQL 的表达思路
05（可选）判断一种语言能否写出关系代数可写的全部查询

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LEARNING OBJECTIVES

返回结果，还是改变关系

“查询成绩”产生结果关系，“修改成绩”改变关系中的数据

查询 Query

从已有关系中得到所需的结果

例如：查询某位学生某门课程的成绩

更新 Update

改变关系中的元组或属性值

例如：添加、删除、修改

Takeaway

查询回答“现在有什么”，更新改变“数据库中保存什么”

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QUERY AND UPDATE

输入和输出都是关系

筛出关系中所有满足条件的行，是否需要一次读入整张表？

以 Cno 等于 81002 的筛选为示意，关系输入经过一次成组处理产生关系结果

处理方式	逻辑操作单位	学习重点
成组处理	一组元组组成的关系	一次处理所有满足条件的行
逐条处理	一条记录	一次处理一条记录

查询在特定语言中怎样表达？

Takeaway

操作对象、结果和中间结果都是关系，所以复杂查询可以继续组合

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SET AT A TIME

基本操作

基本操作用来筛出特定的行或列、合并或配对

操作	代数位置	主要问题	示例
选择	基本操作	哪些元组满足条件	找出选修 `Cno=81002` 的记录
投影	基本操作	保留哪些属性	只保留学号和姓名
并	基本操作	合并哪些同型关系	合并两个班的学生数据
差	基本操作	排除哪些同型关系	找免修某门课的学生
笛卡儿积	基本操作	所有配对组合是什么	形成可能配对后再筛选

Takeaway

选择、投影、并、差和笛卡儿积，是五种基本操作

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BASIC OPERATIONS

导出操作

组合关系、满足全部条件或找出共同部分

操作	代数位置	主要问题	学生选课中的例子
连接	导出操作	按相关属性组合哪些关系	按某个属性连接两个关系
除	导出操作	哪些对象与全部对象有关	找修满全部课程的学生
交	导出操作	哪些元组同时属于两组	找共同名单

Takeaway

连接、除和交可以由基本操作导出，也属于关系操作

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DERIVED OPERATIONS

案例：教务查询

查询选了编号为 81002 课程的学生姓名

01

选择

SC → \(R_1\)（Cno=81002 的选课记录）

02

投影

\(R_1\) → \(R_2\)（学生学号）

03

连接

按 Sno 将 \(R_2\) 与 Student 连接 → \(R_3\)（补回学生信息）

04

投影

\(R_3\) → \(R_4\)（学生姓名）

Takeaway

中间结果仍是关系，可以继续运算

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CASE JUDGMENT

示例：判断请求属于哪一种操作

请求是否数据？请求要得到什么结果？

业务请求	大类	具体操作	关系中的结果/变化
找选课记录	查询	选择	产生结果，不改变原关系
找出学生姓名	查询	选择、连接、投影	连接 `Student` 找到姓名
新增选课记录	更新	插入	增加一个元组
修改成绩	更新	修改	改变一个分量
删除成绩	更新	删除	移除满足条件的元组
定义关系结构	定义	DDL	改变关系结构

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OPERATION JUDGMENT

用运算步骤表达“选修 81002 的学生”

筛选选课记录、保留学号、连接学生、保留姓名

运算对象

关系是关系代数的输入对象

运算过程

用选择、投影、连接等操作处理输入关系

运算结果

结果仍然是关系，可以继续下一步运算

SC → 选修 81002 的记录 → 学号关系 → 与 Student 组合 → 姓名关系

Takeaway

每一步关系运算的结果都能继续作为下一步输入

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RELATIONAL ALGEBRA

用谓词表达同一个查询条件

学生进入结果，当且仅当存在课程号匹配、学号相同的选课记录

元组关系演算

用变量分别指代 Student 和 SC 中的一整行，再要求课程号匹配且两行学号相同

域关系演算

用变量分别表示学号、姓名、课程号等列值，再要求这些值满足同样条件

Takeaway

关系代数偏向“怎样运算”，关系演算偏向“满足什么条件”

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RELATIONAL CALCULUS

SQL：关系数据库的综合数据语言

SQL 是综合数据语言，不只提供查询

DQL

Data Query Language：从已有关系中查询结果

DDL

Data Definition Language：定义或修改关系结构和数据库对象

DML

Data Manipulation Language：插入、删除和修改关系数据

DCL

Data Control Language：管理访问权限和数据控制

Takeaway

这些功能由具体 SQL 语句实现

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SQL LANGUAGE

关系完备

是否能实现关系代数全部查询？

语言	表达方式	语言层次
关系代数	对关系进行运算	抽象查询语言
元组关系演算	用元组变量和谓词	抽象查询语言
域关系演算	用域变量和谓词	抽象查询语言
SQL	查询、定义、操纵与控制	实际综合语言；达到关系完备

Takeaway

关系代数、两类关系演算和 SQL 都能表达某个查询；但 SQL 还可以做更多

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RELATIONAL COMPLETENESS

SQL 描述目标，RDBMS 实际执行

关系型数据库管理系统扫描表、查索引、为表建立连接

用户描述查询目标→RDBMS 执行→返回结果

用户说明目标

给出需要的关系结果和筛选条件，不逐步写出访问文件的动作

系统比较路径

RDBMS 可以在顺序扫描、索引扫描和不同连接顺序中选择一种

结果保持一致

不同执行计划应得到相同查询结果，但所需时间和资源不同

Takeaway

“非过程化”依然需要执行过程，只是具体过程交给了 RDBMS

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NONPROCEDURAL QUERY

练习：从业务要求到数据库

从学号查询相应学生选了哪些课程

请求改变什么

判断它产生结果、改变数据、改变结构还是改变权限

每一步得到哪张表

写出输入表、每张中间结果表和最终结果表，并标出各表保留哪些行和列

需要哪些操作

先选能回答问题的最小操作组合，判断哪些是基本操作、哪些是导出操作

谁决定执行路径

区分用户描述的查询目标与 RDBMS 选择的扫描、索引和连接顺序

Takeaway

用关系代数式思路口述查询过程，画出每一步生成的关系

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SECTION REVIEW

本节思维导图

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KNOWLEDGE MAP

本节问题

01查出库存不足商品和扣减库存分别属于哪类请求？判断依据是什么？
02关系操作采用成组处理，逻辑操作单位与物理执行方式有什么不同？
03五种基本操作是哪五种？连接、除和交为什么属于导出操作？
04对“找出选修 81002 的学生姓名”，关系代数强调的是什么？
05SQL 的 DQL、DDL、DML、DCL 分别承担什么功能？

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SECTION QUESTIONS