数据库管理系统（DBMS）理解及实现

身份不同要对DBMS有不同的认识：
<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>用户（处于逻辑层、视图层）：数据库管理系统（DBMS）的主要目的：为用户提供虚拟视图，隐藏数据存储和维护的物理细节，主要体现出方便和高效的特征。<br><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>1、方便：即提供一致、灵活的操作手段，解决查询问题——对应的结构部件为：DDL、DML解析器及执行解析玩命令的查询执行引擎。<br><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>2、高效:数据的合理存储，建立高效的索引机制，缓冲机制——对应结构部件为：事务管理器、存储管理器、缓存管理器等。<br></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr>设计者（处于物理层）：对于设计人员而言，要清楚的了解是如何实现存储和维护的。更加透彻的了解数据模型，尤其是关系模型、对象模型和记录模型。</wbr></wbr></wbr></wbr>

查询的本质：关系运算
<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>——SQL的基础<br><wbr><wbr>操作关系数据库最常用的方法就是使用SQL（结构化查询语言），它直观、易用，这些特征是描述语言的特性，描述语言是为了讨好客户，使其不用长时间的培训即可使用。而这些描述语言的实现，还是要通过基础的程序化运算实现，这些基本的运算就是关系代数运算，是具体实现代码的理论基础。<br> 一、关系代数法<br> 关系数据库建立的基础是关系代数，其中最有价值的是其定义的一系列操作，作为SQL语言的基础：<br> （所有操作都是基于单个关系表的，如果计算设计两个表，则先将表进行连接操作）<br><wbr><wbr><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; line-height:21px; font-weight:bold">基本运算</span>：<br><wbr><wbr><wbr><wbr>1、选择：（即行选择）从多个关系元组中，根据某些属性的限制条件，筛选出一部分元组；<br><wbr><wbr><wbr><wbr>2、投影：（即列选择）从关系中的所有属性中，抽取出所需的属性；<br><wbr><wbr><wbr><wbr>3、并操作：（即对相容的两个关系进行合并）首先，相容的条件是：属性数目相同且两个关系的第i个属性必须同域（i为任意第几个属性）；<br><wbr><wbr><wbr><wbr>4、集合差：（相容的两个关系的差）；<br><wbr><wbr><wbr><wbr>5、笛卡尔积运算（即交叉串接）：一个关系中的每个元组都和另一个关系中的元组进行串接，形成一个新的元组，对于来源关系中同名的属性，采取关系名+属性的方式进行区分。（两个关系表的每个元组都需要一一比较时，都需要用到笛卡尔积运算）<br><wbr><wbr><wbr><wbr>6、更名运算（在关系代数和数据库关系之间建立联系）更名运算负责给一个关系代数运算式赋予名字，并且每个属性赋予名字，从而成为一个数据库关系表。比如，可以借助更名运算，计算关系和自己的笛卡尔积。<br><wbr><wbr>注：如上6中运算可以表达任何关系运算，但是，有些复杂运算会使得表示极其麻烦，因此，引入附加表达式：<br><wbr><wbr><wbr><wbr><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; line-height:21px; font-weight:bold">附加运算：</span><br><wbr><wbr><wbr>1、集合交：（即选出两个相容的关系中的共同元组）<br><wbr><wbr><wbr>2、自然连接操作：（即笛卡尔积操作复杂性的一种简化）找出两个关系中的共有属性，并且将两个关系中共有属性值相等的元组选择出来。<br><wbr><wbr><wbr>3、除运算（一个属性值集合（R—S属性），对应的另一个属性的集合(S属性)是否可以整除一个该属性的子集（S属性），如果可以返回该属性集合）：找出拥有全系列产品“所有”产品的客户。这个“所有的”集合（S），就是除数。<br><wbr><wbr><wbr>4、赋值运算：将一个关系临时保存为另一个关系，即中间变量，目的是方便关系的运算。<br><br><wbr>二、元组关系演算（注：具有关系运算具有等价的效果）<br><wbr><wbr><wbr><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; line-height:21px; font-weight:bold">元组关系演算（元组关系运算）：</span>我们查询的目的是获取元组的集合，则表达式为：<br><wbr><wbr>｛t|P（t）｝<wbr><wbr><wbr>表示：满足条件P（t）的元组的集合。而P（t）即为谓词逻辑表达式（具体内容可参见离散数学和数理逻辑的书籍）<br><wbr>三、域关系演算(每个属性域作为演算对象：同关系运算、元组运算等价)<br><wbr><wbr><wbr><wbr>域演算的形式：<br><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>｛&lt;x1,x2,x3....xn&gt;|P(x1,x2,x3,x4...xn)｝<br><wbr><wbr><wbr><wbr>结论为域向量（关系）的集合，该集合满足谓词条件P。<br> 注：三种方式的不同点为：计算的实体不同，一：关系；二：元组；三:属性域。<br><wbr><wbr><wbr><br> 扩展一：<span style="word-wrap:normal; word-break:normal; line-height:21px; font-weight:bold">关系代数的扩展</span><br><wbr><wbr><wbr>扩展一：将算数运算融入到关系代数运算中，比如聚集计算；<br><wbr><wbr><wbr>扩展二：外连接运算，可以处理缺失信息的空值。<br><wbr><wbr>1、广义投影：允许投影条件中，进行算数运算。比如，求两个属性的差值。<br><wbr><wbr>2、外连接（防止自然连接，因为null值而造成元组的丢失）：具有，左外连接、右外连接和全外连接。<br><wbr><wbr>对于自然连接的不匹配元组，左外连接：保留左边的条目，右侧属性用null填充；右外连接相反；全外连接为两者的合并。<br><wbr>3、聚集操作（融合操作）：比如，求和，计算出现次数等。这是个集合操作，需要去除重复项目。<br> 扩展二：<span style="word-wrap:normal; word-break:normal; line-height:21px; font-weight:bold">数据库的修改</span><br><wbr>数据库修改实现方式：通过运算得到新的关系，而后使用赋值运算将新关系替换成老关系。而这些运算就可以表达：删除（差操作），添加（并操作）、更新（投影操作）。<br> 扩展三：<span style="word-wrap:normal; word-break:normal; line-height:21px; font-weight:bold">使用视图定制关系表</span><br><wbr><wbr>视图是一种通过关系运算得来的新的关系表。这些表可以隐藏很多信息，支持为专门的用户提供特定的视图。<br><wbr><wbr><wbr><br><wbr><span style="color:rgb(62,115,160); font-family:微软雅黑,黑体; font-size:19px; font-weight:300; line-height:20px; background-color:rgb(188,211,229)">SQL之外的查询语言</span></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

SQL：使用了关系代数和关系演算结构的组合。

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>select：投影运算；</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>from：帝卡尔积的方式表示扫描对象；</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>where：条件谓词。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>as：更名操作；</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr>order by：指出根据那个属性排列顺序；</wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr>all修饰付：用来表示查询结果中不消除重复元组；和select以及关系运算符Union等操作关键词之后使用；</wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr>其他：聚集操作关键字（count，avg）集合操作付（union，intersect等）</wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr>嵌入关键字：in</wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr>嵌入式语言：即对SQL语言的扩展，使其可以在程序代码中使用，最典型的应该是PL/Sql （Oracle公司）。</wbr></wbr>

重点：其他查询语言

<wbr><wbr><wbr>1、QBE（Query By Example）基于域关系演算之上</wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>用一个表格表示查询框架（关系例子：表示from的功能），每个域上（元组的一个列上）都可以填充条件。同时，每个域也都可以表示为一个变量，通过condtion关键字表示任何条件。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr>2、Quel：基于元组关系演算之上</wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>range of：表示一个关系中的元组；</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>retrieve：相当于SQL中的Select，之后可以接融合操作关键字（比如 avg等）</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>where：同上</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr>（该类查询语言，是简历在元组运算之上的，等价于域运算和关系代数运算）</wbr></wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr>3、DATALOG（基于逻辑编程语言prolog的非过程化数据查询语言）</wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>基于规则的推理框架，仅仅是研究型系统，没有实用化。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>