18. Язык sql. Таблицы. Запросы. Вставка, удаление и обновление.

Structured Query Language.

Стандарт языка SQL1, принятый ANSI в 1986 г., описывает только запросы. В настоящее время не используется. В промышленных СУБД используются следующие версии:

• SQL2 (SQL-92) принят в 1992 г.;

• SQL3 (SQL-99);

• SQL-2003.

Выделяются следующие подъязыки:

• Data Definition Language (DDL). Определяет структуру базы, задает хранимые объекты и привилегии доступа к ним.

• Data Manipulation Language (DML). Вставляет, обновляет и удаляет данные и выполняет запросы к ним.

• Data Control Language (DCL)

О терминологии SQL

Замечание: В РБД определен только язык запросов. Схема базы и данные в ней предполагаются заданными извне. Современный SQL существенно шире. В нем кроме выполнения запросов предусмотрены и работа с данными и построение схемы базы, включая таблицы, ограничения целостности, индексы, триггеры, последовательности, пользователей, а также механизм транзакций.

Базы, схемы, хранимые объекты базы

Хранимые объекты базы, образующие схему базы:

• Таблицы

• Представления (view)

• Индексы (обычно B* и побитовые)

• Триггеры

• Последовательности (sequence)

• Пользователи (user)

Современные СУБД имеют мощную процедурную часть. В них добавляются следующие хранимые объекты:

• Процедуры (procedure)

• Функции (function)

19. Реляционная алгебра.

В 1970 г. появилась работа Э.Ф.Кодда, в которой он применил к описанию баз данных алгебру отношений – реляционную алгебру. Появилась реляционная модель данных, представляющая базу данных как набор отношений, может быть связанных.

Реляционная модель данных

Очевидно, принадлежность записи к отношению определяется истинностью описывающего его предиката. Поэтому схема отношения определяется через задание предиката. Однако в реляционной модели принято говорить об именах отношений и атрибутах.

Отношения - это наборы однотипных объектов. Они имеют имя и набор свойств, называемых атрибутами.

Основные свойства отношений (в теории):

1. Кортежи не упорядочены;

2. Атрибуты не упорядочены;

3. Число кортежей в отношении конечно;

4. Любой атрибут отношения должен содержать данные одного типа;

5. Все используемые типы данных должны быть простыми;

6. Отношение не обладает метрическими свойствами, такими как ширина столбцов, число записей и т.д.

Схемы Джекобса

В 1982 г. Б. Джекобс [2] ввел экспликацию понятия “схема”, позволяющую описать уже определенные к тому времени иерархическую, реляционную и сетевую модели баз данных.

На множестве имен M вводится понятие “R-правила”, определенное как выражение вида:

(1) R=(R1, … Rm)

Имя R Î M имеет высший порядок, имена нулевого порядка R1, … Rm Î M и попарно различны, но одно из них может совпадать с R.

Схема базы это конечный набор R-правил, у которых левые части попарно различны:

(2) Sch = {Ri=(Ri1, … Riki)| i=1, …,n}.

Некоторые имена нулевого порядка могут быть именами связей между R-правилами.

Характеристическое свойство реляционной модели

Определение (1): Схема Джекобса будет реляционной, если в правых частях R-правил стоят только имена нулевого порядка.

Установим взаимно однозначное соответствие между R-правилом (1) и предикатом R(R₁, … R_m). Тогда определение реляционности схемы можно перефразировать так:

Определение (2): В реляционной модели имена отношений не могут совпадать с именами атрибутов.

Особенности реляционной модели:

1. Схема базы образуется единственным источником данных – отношениями – и связями между отношениями, имеющими тип “один-к-одному” и “один-ко-многим”;

2. Отношения строятся только на простых типах данных;

3. Используется два эквивалентных способа манипулирования реляционными данными – реляционная алгебра и реляционные исчисления.

Реляционная алгебра

Определяется на конечном множестве отношений с фиксированной сигнатурой и конечным числом кортежей. Поскольку сигнатуры отношений могут не совпадать, реляционная алгебра многосортна, сами отношения и кортежи разных отношений могут быть не сравнимы.

Отношение r определяется своей схемой R. Набор записей в отношении определяет его состояние. При этом повторяющиеся кортежи отсутствуют.

Операции реляционной алгебры

• Проекция

• Естественное соединение

• J - соединение

• Декартово произведение

• Селекция

• Булевы операции

• Частное

• Переименование атрибутов

Проекция

Проекция - это набор унарных операций выбора подмножества столбцов отношений proj_x(r), где R схема отношения r и x Í R – набор столбцов.

Пример:

Свойство: Если Y Í X Í R, то proj _y(proj _x (r)) = proj _y (r)

Обобщение на несколько отношений.

Естественное соединение

Пусть отношения r₁ и r₂ имеют схемы R₁(A₁,...,A_k,B₁,...,B_n) и R₂(A₁,...,A_k,C₁,...,C_m). Тогда естественное соединение (join) отношений r₁ и r₂ есть отношение r₃ со схемой R₃(A₁,...,A_k,B₁,...,B_n, C₁,...,C_m), в котором каждая запись(экземпляр) получена конкатенацией каждой записи из r₁ с теми записями из r₂, у которых совпадают значения в общих атрибутах A₁,...,A_k.

Обозначения: join(r₁,r₂) или join _=A (r₁,r₂) или r₁ join r₂

J - соединение

Определение: Пусть даны отношения r1, r2 со схемами

R₁(A₁,...,A_k, B₁,...,B_l),

R₂(C₁,...,C_m, D₁,...,D_n), соответственно;

J - оператор сравнения на группах атрибутов A и C. Тогда J - соединение отношений r₁ и r₂ есть отношение r₃ со схемой

R₃(A ₁,...,A_k, B₁,...,B_l, C₁,...,C_m, D₁,...,D_n),

полученной объединением атрибутов схем R₁ и R₂ без повторения. Записи r₃ получаются конкатенацией тех записей из r₁ и r₂, у которых значения группы столбцов A в r₁ и группы столбцов C в r₂ находятся в отношении J (удовлетворяют J).

Обозначение: join AJC (r1,r2)

Замечание: Очевидно, если J есть равенство “=” и AºC получим естественное соединение со схемой

R₃(A₁,...,A_k, B₁,...,B_l, D₁,...,D_n).

Пример:

Исходные отношения

Условие J = losal £ sal £ hisal

Декартово произведение

Определение: Декартовым произведением отношений r и s арностей k_r и k_s, с непересекающимися множествами атрибутов, соответственно, R и S,называется отношение t = r ´ s арности k_r+k_s, состоящее из кортежей, первые k_r компонентов которых есть кортежи из r, а последние k_s компонентов выбираются из s.

Иначе говоря, кортежи t образованы конкатенацией каждого кортежа из r с каждым кортежем из s. Поэтому, если в текущем состоянии r и s имеют n_r и n_s кортежей, то в t их n_r ´ n_s.

Замечание: В одном отношении недопустим повтор имен. Поэтому, в частности не существует декартов квадрат. При соединении отношений с одноименными атрибутами некоторые из них могут быть переименованы.

Селекция (выбор)

Определение: Пусть F – формула, образованная:

• операндами в виде констант или имен столбцов (номеров столбцов)

• операторами сравнения <, =, >, £, ³, ¹

• логическими операторами Ù, Ú, ù

Тогда результат селекции sel F(r) есть множество кортежей t из r, для которых формула F истинна.

Булевы операции

Два отношения r₁ и r₂ с одной и той же схемой R могут рассматриваться как подмножества множества всех возможных кортежей в схеме R. Поэтому к ним применимы булевы операции Ç, È, -

Дополнение

В определении дополнения возникают трудности. Пусть dom(R) множество всех возможных кортежей над атрибутами схемы R с определенным для каждого атрибута доменом. Если хотя бы один домен бесконечен, то полное отношение r*, включающее все элементы из dom(R), не будет отношением в понимании реляционной алгебры. Не будет отношением и дополнение к конечному отношению r: = r* – r

Частное

Определение: Пусть даны отношение r с арностью k_r и схемой R и отношение s с арностью k _s < k _r и схемой S, причем S Ì R и S ¹ Æ.

Тогда частным называется отношение r ¸ s арности k_r – k_s, которое:

• содержит столбцы отношения r отсутствующие в s;

• часть записи r включается в r ¸ s если в r она сцеплена с каждой записью из s.

Замечание: Смысл введения этой операции будет понятен при изучении многозначных функциональных зависимостей (MV-зависимостей).

Пример:

Обозначение: r division s или division(r,s) или r ¸ s

Совместимость отношений и переименование атрибутов

Теоретико-множественные операторы объединение, пересечение и разность требуют, чтобы отношения – операнды были совместимы, то есть относились к элементам одного сорта. Это означает, что отношения отличаются только именами и состояниями. Сигнатуры у них одинаковы, то есть количества атрибутов совпадают и атрибуты попарно совпадают по типам, а в простейшем случае, по именам.

Некоторые несовместимые отношения могут стать совместимыми после переименования атрибутов. Для реализации такой возможности вводится операция переименования атрибутов.

Операция переименования атрибутов

Пример 1: Необходимо объединить отношения “Employee” и “Работники” для расчета суммарной заработной платы:

Employee(ename, salary)

Работники(ФИО, зарплата)

Переименования: ФИО ® ename, зарплата ® salary

(типы соответствующих атрибутов считаются одинаковыми)

Операция переименования атрибутов:

[нов_имя_отношения] RENAME список_старых_атрибутов AS список_новых_атрибутов

Пример 2: Переименование атрибутов необходимо для объединения отношения с собой. Скажем, необходимо выбрать пары сотрудников с одинаковой зарплатой.

Независимые операции реляционной алгебры

Объединение, вычитание, декартово произведение, выборка и проекция независимые (примитивные) операции - их нельзя выразить друг через друга.

• Декартово произведение - единственная операция, увеличивающая количество атрибутов. Поэтому она не выразима через остальные операции, не обладающие этим свойством.

• Проекция - единственная операция, уменьшающая количество атрибутов. Поэтому её нельзя выразить через остальные операции, не обладающие этим свойством.

• Селекция - единственная операция, сравнивающая атрибуты отношения. Поэтому она не выразима через остальные операции, не обладающие этим свойством.

• Доказательство независимости объединения и вычитания не приводятся.

Зависимые операции реляционной алгебры

Операции соединения, пересечения и деления можно выразить через другие реляционные операции:

• Операция соединения определяется через операции декартового произведения и выборки.

join _F (r₁,r₂) = sel _F (r₁ ´ r₂)

• Операция пересечения выражается через вычитание следующим образом:

r₁ Ç r₂ = r₁ – (r₁ – r₂)

• Оператор деления выражается через операторы вычитания, декартового произведения и проекции следующим образом:

r₁ ¸ r₂ = proj _X r₁ – proj _X ((proj _X r₁) join r₂) – r₁)

Реляционная алгебра. Перечень обозначений.

Обозначим:

• U – множество атрибутов (универсум),

• D – множество доменов,

• dom – полная функция dom: U ® D – назначает домен каждому атрибуту,

• R – множество всех возможных схем отношений на U,

• r = {r₁,...,r_p} есть множество отношений r_i со схемами R_i, соответственно,

• q - множество бинарных отношений, определенных на доменах из D содержащее, по крайней мере, отношение равенства и неравенства для каждого домена.

Реляционная алгебра. Определение.

Определение: Реляционной алгеброй над U , D, dom, R, r, q называется семиместный кортеж

B = (U , D, dom, R, r, q, O ),

где O – это множество, содержащее операции селекции, проекции, объединения, пересечения, разности, дополнения, частного, естественного и J - соединения, а также операцию переименования атрибутов из U .

Примеры запросов

Заданы отношения:

emp (empno, ename, job, sal,deptno),

dept (deptno, dname, loc)

Смысл имен с точки зрения предметной области:

emp от employee – работник;

dept от department – отдел;

empno табельный номер;

ename имя работника;

job должность;

sal заработная плата;

deptno номер отдела;

dname название отдела;

loc местонахождение отдела.

1. Выдать фамилии и должности лиц, получающих зарплату больше 1000:

proj _{{ename, job}} (sel _sal>1000 (emp))

2. Выдать список сотрудников в виде отношения с атрибутами:

empno, ename, job, dname.

Первая неудачная попытка. Запрос с соединением:

proj _{{empno, ename, job, dname}}(join _{deptno=deptno}(emp, dept))

недопустим, так как в условии соединения deptno=deptno непонятно, из каких отношений берутся значения этих атрибутов.

Переименуем их таким образом: deptno из dept обозначим deptno1, а deptno из emp оставим без изменения.

Правильный запрос:

proj _{{empno, ename, job, dname}}(join _{deptno1=deptno}(emp, dept))

Замечание: в реализациях можно использовать уточнение имени атрибута именем отношения. В нашем примере dept.deptno и emp.empno.

Сравнение отношений и их табличных реализаций в БД

Три отличия отношений от таблиц:

• В отношении нет одинаковых кортежей. Таблицы могут содержать одинаковые строки.

• Тело отношения есть множество и потому кортежи не упорядочены. Строки таблиц обычно упорядочены. Одно отношение можно реализовать таблицами, отличающимися порядком строк.

• Атрибуты отношения определяются уникальными в пределах отношения именами и потому не упорядочены. Столбцы таблиц упорядочены. Поэтому имена столбцов могут заменяться их номерами. Одно отношение можно реализовать таблицами, отличающимися порядком столбцов.

Заключение

• Выражения реляционной алгебры строятся на отношениях и возвращают отношения же. Эти результаты можно использовать как аргументы в других выражениях.

• Выделяются две группы операций:

  • Теоретико-множественные: объединение, пересечение, вычитание, декартово произведение, частное.

  • Реляционные: выборка, проекция, соединение, деление.

• Для выполнения некоторых операций необходимо обеспечить совместимость отношений по сигнатуре.

• Независимость операций. Операции соединение, пересечение и деление можно выразить через другие реляционные операции. Операции объединение, вычитание, декартово произведение, выборка, проекция нельзя выразить друг через друга.

• Реляционная алгебра - это язык запросов. Выразить создание отношений, заполнить их, изменить или удалить кортежи в этой алгебре нельзя.