数据库系统原理与实践笔记 #1_数据库系统原理实践-优快云博客

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数据库系统原理与实践笔记 #1
关系模型介绍
SQL

数据库系统原理与实践笔记 #1

这次会把《数据库系统原理与实践》这门课的笔记发在这个系列的博客当中，可能有一些错误，也可能不太全，希望各位谅解。

关系模型介绍

关系的例子

关系模型是目前广泛应用的一种数据模型
关系数据库由表的集合构成

关系模式的表示

元组与属性

元组：表中的一行，元组顺序无所谓
属性：必须是原子的，空值(null)是一个特殊的值，表示该属性未知或不存在
属性域：属性的取值范围

关系模式可以表示为 $R(A_1, A_2, ..., A_n)$

$R$ 表示关系名，例如后面的instructor就是一个关系名，而 $A_1,A_2,...,A_n$ 表示属性，如后面的ID,name等等都是instructor关系的属性
例如：instructor(ID, name, dept_name, salary)
在关系模式中，使用相同属性可将不同关系的元组联系起来（貌似跟外键引用Foreign Key有关系）

关系模式与关系实例

关系模式：关系的逻辑设计
关系实例：给定时刻关系中数据的一个快照
一般来说，关系模式不常变化，关系实例常常变化

Keys(键、码)

K能唯一标识关系r®中的一个元组，则称K为关系r®的超码(Superkey)
超码K是一个或多个属性的集合， $K\subseteq R$
例：{ID}和{ID, name}是instructor的超码
超码可能包含无关紧要的属性
K的任意超集也是超码

候选码(candidate key)和主码(primary key)

任何真子集都不能称为超码的最小超码称为候选码
例：{ID}是instructor的候选码

外码(foreign key)

一个关系模式( $r_1$ )在其属性上包含另一个关系模式( $r_2$ )的主码，此属性在 $r_1$ 上称为引用 $r_2$ 的外码， $r_1$ 称为外码依赖的引用关系， $r_2$ 称为外码的被引用关系
参照关系的任意元组在特定属性（如外码）上的取值，必须等于被引用关系的某个元组在该特定属性上的取值，这种约束要求称之为引用完整性约束

模式图

一个含有主码和外码依赖的数据库模式可用模式图来表示
每一个关系模式用一个矩形来表示
主码属性用下划线标注
外码约束（依赖）用从参照关系的外码到被引用关系的主码之间的箭头来表示
不要与E-R图混淆

关系查询语言

命令式/过程化查询语言
函数式查询语言
声明式/非过程化语言

纯查询语言

关系代数（函数式）：SQL的理论基础
元组关系演算、域关系演算（声明式）
实践中查询语言(如SQL)会同时包括命令式、函数式、声明式方法的元素

SQL

SQL查询语言概述

商业系统提供了绝大部分的SQL标准功能（即使不是全部的SQL-92），再加上从后来的标准和特殊额专有功能（可能是非SQL标准）提供的不同功能集合

SQL数据定义

SQL的数据定义语言能够定义每个关系的信息，包括：

关系的模式
属性的取值类型、取值范围（属性域）
完整性约束（主外码）
关系的安全性与权限信息
还包括其他信息如：每个关系维护的索引集合、每个关系在磁盘上的物理存储结构

SQL的基本类型

char(n)：固定长度的字符串，用户指定长度为n
varchar(n)：可变长度字符串，用户指定最大长度n
int: 整数类型(4字节)
smallint: 小整数(2字节)
numeric(p, d): 定点数，精度由用于指定。这个数有p位数字，其中，d位数字在小数点右边
real, double precision：浮点数与双精度浮点数，精度与机器相关
float(n)：精度至少为n位的浮点数

基本关系模式定义

create table r( A1 D1, 
    ...,
    An Dn,
    <完整性约束1>,
    ...,
    <完整性约束k>
); (分号结束)

r是关系名， $A_i$ 是关系r模式中的一个属性名， $D_i$ 是属性 $A_i$ 的域(即取值类型、范围)

Create Table中的完整性约束

not null
primary key( $A_1, ..., A_n$ )
foreign key( $A_m, ..., A_n$ ) references r( $A_p, ..., A_q$ );

SQL禁止破坏完整性约束的数据库更新，例如：

新插入的元组主码属性为空值、或取值与关系中的另一元组主码属性相同
新插入的student元组所在的dept_name未出现在department关系中，破坏外码约束

删除和修改表

drop table student 删除整个student表
delete from student 删除表里的内容，但是保留表本身
alter table 增加、删除属性：

    alter table r add A D
    -- 其中A为要被添加到关系r的属性的名称，并且D是A的域
    -- 关系中所有元组使用null作为新的属性值
    alter table r drop A
    -- 其中，A是关系r的属性的名称
    -- 许多数据库都不支持删除属性，但支持drop整个表

SQL查询的基本结构

select语句的基本结构

典型的SQL查询语句的形式：

    select A1, A2, ..., An
    from r1, r2, ..., rm,
    where P1 and (or, not) Pn;

$A_i$ 代表一个属性

select子句

选择字句列出的是查询语句所需要的属性
对应关系代数中的投影操作（属性的选择）
SQL在查询结果和干洗中默认允许重复
为了强制消除重复，可以在select后加上关键字distinct
例如找出所有教师所在的系名，并且结果中没有重复的名称：

    select distinct dept_name
    from instructor;

关键字all表示允许重复
"*"在select子句中表示“所有属性”

    select *
    from instructor;

select子句中可以包含算是表达式，算术表达式中可以有+,-,*,/运算符和对常量和属性的操作：

    select ID, name, salary/12
    from instructor;

select子句还可以包含其他一些特殊的数据类型，如日期以及算术函数等等

where子句

where子句表示结果必须满足的限定条件
对应关系代数的选择操作(元组的选择)
例如：找出Comp. Sci.系中公子大于80000的教师的姓名

    select name
    from instructor
    where dept_name = 'Comp. Sci.' and salary > 80000;

where子句中可以包含逻辑运算符and, or, not
逻辑运算符的运算对象可以是包含比较运算符>, >=, <, <=, =和<> 的表达式
允许使用比较运算符来比较字符串、算术表达式以及日期类型等等

from分句

from分句中列出了查询中用到的关系
对应关系代数中笛卡尔积的操作
笛卡尔积instructor $\times$ teaches

    select *
    from instructor, teaches;

生成每一个可能的instructor-teaches对，所有属性来自两个表
理解为一个迭代（多重循环） 的过程
经常结合where子句使用（关系代数中的选择操作）
如果多关系中存在相同属性，则再select、where子句中须作区分，例如：instructor.ID, teaches.ID

连接

对所有上课的教师，查询他们的姓名及课程ID:

    select name, course_id
    from instrctor, teaches
    where instructor.ID = teaches.ID;

查询Comp. Sci.开的每一门课course ID, semester, year, title

    select section.course_ID, semester, year, title
    from section, course
    where section.course_ID = course.course_ID and dept_name = 'Comp. Sci.';

SQL查询语句

通常来说，一个SQL查询的含义可以理解如下：

1.为from子句中列出的关系产生笛卡尔积
2.在步骤1的结果上应用where子句中指定的为此
3.对于步骤2结果中的每个元组，输出select子句中指定的属性（或表达式的结果）

上述过程不是SQL查询语句的执行顺序，实际SQL查询语言的执行是经过查询优化

如果省略where子句，则谓词P为true
与关系代数表达式不同，在SQL的查询结果中可以包含很多重复的元组

自然连接

自然连接会匹配两个关系中所有共同属性的相同值的元组，去除重复属性列
自然连接结果 = 共同属性+第一个关系属性+第二个关系属性+…
例如：

    select *
    from insturctor natural join teaches;

natural join是自然连接关键字

    select name, course_id
    from instructor natural join teaches;
    -- Or --
    select name, course_id
    from instructor, teaches
    where instructor.ID = teaches.ID;

危险的自然连接：谨防无关的属性具有相同的名字
列出老师的姓名，教师所教的课程的名称
错误做法：

    select name, title
    from instructor natural join teaches natural join course;

正确做法：

    select name, title
    from instructor natural join teaches, course
    where teaches.course_ID = course.course_ID;

正确做法2：

    select name, title
    from (instructor natural join teaches)
        join course using(course_id);
    -- 这个join using是做什么的？
    select name, title
    from (instructor join teaches using(ID))
        join course using(course_id);