Соединение данных из множества таблиц. Рекомендации по выполнению работы и перечень типовых заданий. Учебно–методическое пособие

УДК 681.3.06

В–19

Васильева М. А., Балакина Е. П., Васильева М. В. Соединение данных из множества таблиц. Рекомендации по выполнению работы и перечень типовых заданий. Учебно–методическое пособие. Издание второе, исправленное и дополненное. – М.: РУТ (МИИТ).2024. – 72с.

В учебно–методическом пособии рассмотрены операторы языка SQL диалекта СУБД PostgreSQL, относящиеся к соединению данных из множества таблиц. Представлены варианты заданий.

Учебно–методическое пособие предназначено для обучающихся по направлению «Управление в технических системах» профиля «Управление и информатика в технических системах» (27.03.04), а также обучающихся по специальности «Компьютерная безопасность» специализации «Информационная безопасность объектов информатизации на базе компьютерных систем» (10.05.01).

Рецензент:

Ведущий научный сотрудник ФГБУ «ИПГ» к. ф-м. н. Палей А. А.

© Васильева М. А., 2024 © Балакина Е. П., 2024 © Васильева М. В., 2024

4

Введение

В соответствии с Федеральным государственным общеобразовательным стандартом выпускники, освоившие программу специалитета по специальности 10.05.01 Компьютерная безопасность, и программу бакалавриата по направлению подготовки 27.03.04 Управление в технических системах, должны в том числе освоить общепрофессиональные компетенции,

связанные со способностью проектировать базы данных [1], [2], [3]. Для освоения вышеуказанных компетенций в учебном плане имеются соответствующие дисциплины. В рамках преподавания данных дисциплин студенты изучают в том числе язык структурированных запросов SQL

(Structured Query Language).

На кафедре «Управление и защита информации» активно разрабатывается программное обеспечение, которое в том, числе рассчитывает энергооптимальные программы движения с минимизацией электроэнергии на тягу поездов метрополитена [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14].

Программный комплекс имеет базу данных, которая трансформируется вместе с ним [15], [16]. Для того, чтобы обучающиеся могли влиться в команду разработки, серьезное внимание уделяется обучению дисциплине, связанной с проектированием баз данных. За десятилетия преподавания данных дисциплин разработаны методические рекомендации для разных СУБД [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27].

Для СУБД PostgreSQL разработаны методические указания [28], [29], [30], [31].

Цель работы:

Изучить операторы SQL диалекта PostgreSQL, необходимые для работы с данными, находящимися в разных таблицах. Научиться создавать запросы на соединение данных из множества таблиц. Отчет по выполненной работе должен быть выполнен с соблюдением ГОСТ по НИР 7.32 [32].

5

Рекомендации по выполнению работы

Работа производится с учебной базой данной

AdwentureWorksPostgrePro [29].

Каждый скрипт должен выполняться в отдельном файле и иметь задание в виде комментария. Всю работу необходимо проводить в системе контроля версий [33], [34], [35], [36].

Оператор INNER JOIN

При разработке структуры БД необходимо следовать правилу, что данные должны храниться только один раз. Такое правило позволяет не допустить аномалий добавления, удаления и обновления данных. То есть, вся информация должна быть нормализована. Однако для конечного пользователя такой вид информации в таблицах будет не читаем, так как числовые значения ключей не говорят человеку ни о чем [20], [24].

Для удобочитаемости информации необходимо запрашивать данные из родительских и дочерних таблиц, соединенных по ключевому полю. В

реляционной алгебре таким оператором является оператор естественное соединение, в стандарте SQL – оператор INNER JOIN ... ON:

SELECT

A.Field1

,A.FieldN

,B.Field1

,B.FieldN FROM TableA AS A

INNER JOIN TableB AS B ON A.ID = B.ID_TableA1

Обратите внимание на то, что при работе с несколькими таблицами в

предложении SELECT необходимо указывать полное имя столбца, включая

имя таблицы или ее псевдоним (alias).

1 Когда вы проектируете БД, следует придерживаться правил именования первичных и вторичных ключей. В данном примере первичный ключ именуется ID, вторичный ключ –

ID_ИмяРодительскойТаблицы.

6

В литературе можно встретить другой способ выборки значений из нескольких таблиц простым перечислением их имен в предложении FROM, а

затем наложением ограничения в предложении WHERE – равенство первичного ключа родительской таблицы и вторичного ключа дочерней таблицы:

SELECT

A.Field1

,A.Field2

,B.Field1

,B.Field2

,...

FROM TableA AS A, TableB AS B

WHERE A.ID = B.ID_TableA

Такой способ лучше не использовать, так как предложение WHERE

является необязательным в данном запросе, и про него легко забыть. Ошибки в синтаксисе не будет, и запрос выполнится. Однако результат запроса не будет правильным. Но не это является самым страшным последствием данной ошибки, а количество результирующих данных и время выполнения запроса.

Дело в том, что в результате запроса каждая строка из родительской таблицы соединится с каждой строкой дочерней таблицы, в итоге количество строк результирующего набора будет равно произведению строк первой и второй таблиц. Обычно в таблицах БД хранят тысячи строк, следовательно, в

результате получится набор из миллионов строк.

В любом случае, даже если вы не забыли предложение WHERE, в котором ограничивается результирующий набор, сначала СУБД соединит и получит миллионы строк, и только после этого ограничит его для пользователя и покажет только те, ключи которых совпадают по значению. Такой подход будет сложнее и дороже для СУБД, чем применение оператора

INNER2 JOIN ... ON.

2 В PostgreSQL оператор INNER для внутреннего соединения можно опустить.

7

В PostgreSQL существует специальный оператор Декартово произведение – CROSS JOIN, работа которого аналогична выполнению

запроса на выборку без фильтрации:

SELECT

A.Field1

,A.Field2

,B.Field1

,B.Field2

,...

FROM TableA AS A, TableB AS B

Воспользуемся примером из [20]. В схеме данных всего две таблицы:

Города (Cities) и Жители (Citizens), которые живут в этих городах. В

таблице Citizensимеется поле ID_City, которое является внешним ключом к таблице City.

Пример 1

Показать, в каком городе живёт каждый житель.

SELECT c."Name"

, c2."FirstName" FROM "Cities" c

INNER JOIN "Citizens" c2 ON c."ID" = c2."ID_City";

Рисунок 1 – Результат выполнения оператора INNER JOIN

Результат выполнения запроса (Пример 1)

8

Пример 2

Показать пол, имя, фамилию, возраст и должность работника.

Пол (Gender), должность (JobTitle) и дата рождения (BithDate)

находятся в таблице Работник (Employee). Имя (FirstName) и фамилия

(LastName) находятся в таблице Персоны (Person). Все персоны имеют имя, однако, не все они являются работниками данного предприятия. Запись о сотруднике хранится в БД только один раз, в таблице Работник (Employee)

имеется ссылка в виде вторичного ключа на таблицу Персона

(Person) – BusinessEntityID.

В таблице хранится информация о дате рождения. Возраст можно рассчитать, как разницу между текущей датой и датой рождения [28].

SELECT

E."Gender"

,AGE(CURRENT_DATE, E."BirthDate") AS "Age"

,E."JobTitle"

,P."FirstName"

,P."LastName"

FROM "HumanResources"."Employee" AS E

INNER JOIN "Person"."Person" AS P

ON P."BusinessEntityID" = E."BusinessEntityID;

Рисунок 2 – Результат выполнения оператора INNER JOIN

Результат выполнения запроса (Пример 2)

Результирующий набор данных можно ограничить в предложении WHERE.

9

Пример 3

Показать имя, фамилию, должность для мужчин, младше 35 лет.

SELECT

E."Gender"

,AGE(CURRENT_DATE, E."BirthDate") AS "Age"

,E."JobTitle"

,P."FirstName"

,P."LastName"

FROM "HumanResources"."Employee" AS E

INNER JOIN "Person"."Person" AS P

ON P."BusinessEntityID" = E."BusinessEntityID"

WHERE EXTRACT

(YEAR FROM AGE(CURRENT_DATE, E."BirthDate")) < 35

AND e."Gender" = 'M';

Рисунок 3 – Результат выполнения оператора INNER JOIN

с предложением WHERE (Пример 3)

Ограничений на количество таблиц в операторе Соединение

(INNER JOIN) нет.

Оператор OUTER JOIN

LEFT OUTER JOIN

Часто возникает необходимость соединить таблицы по неключевому полю.

В случае совпадения, в результирующем наборе останется строка с данными,

принадлежащими обеим таблицам. Если нет совпадения по выбранному полю,

то в результирующем наборе остается строка, содержащая данные из левой таблицы (той, к которой происходит соединение), и значения NULL для всех

10