数据库系统原理（四） SQL查询

数据库系统原理（四） SQL查询

SQL查询的基本结构

SQL查询的基本结构由3个子句构成：select，from，where

• SELECT A1,A2,…,An
• From r1，r2,…,rm
• WHERE P

上述查询语句等价于关系代数表达式：
$$\prod _{A_1,A_2,...,A_n}({\sigma }_p(r_1\times r_2\times .....\times r_m))$$
查询的输入是在from子句中列出的关系，在这些关系中进行where和select子句中指定的运算，然后产生一个关系作为结果。

select子句

• 例：找出所有的教师的名字

​ select name

​ from instructor;

​ 表示成关系代数表达式：
$$\prod _{name}instructor$$

• 注意：SQL不允许在属性名称中使用字符“-”，例如，使用dept_name代替dept-name

• SQL不区分字母的大小写，因此可以使用大写字母或小写字母命名表，属性等。

• SQL允许在关系以及SQL表达式结果中出现重复的元组（代数表达式中不允许）

  • 如果要强行去除重复，可在select后加入关键词distinct

    例，查询instructor关系中所有系名，并去除重复

    select distinct dept_name
    from instructor;
    

• SQL也允许使用关键词all来显示知名不去除重复（SQL默认就是all）

• 星号 “*****” 在select语句中，可以用来表示“所有的属性”

  • 例，

    select *
    from instructor;
    

• select子句还可带含有+，-，*，/运算符的算数表达式，运算对象可以是常数或元组的属性

  • 例

  select ID,name,salary*1.05
  from instructor
  

where子句

• where子句允许我们只选出那些在from子句的结果关系中满足特定谓词的元组

  • 例，找出所有在Computer Science系并且工资超过70000美元的教师的姓名

  select name
  from instructor
  where dept_name = C.S and salary>70000 ;
  

• 上述SQL查询语句，对应的关系代数表达式为：

$$\prod _{name}({\sigma }_{dep{t}_{n}ame{=}^{\prime }C.S^{\prime }\wedge salary>70000}(instructor))$$

• SQL允许where子句在使用逻辑连词and，or和not，也可以使用between指定范围查询。逻辑连词的运算对象可以是包含比较运算符<,<=,>,>=和<>的表达式

  例: 找出工资在90 000美元和100 000美元之间的教师的姓名

  select name
  from instructor
  where salary<=100000 and salary >= 90000;
  

  或者：

  select name
  from instructor
  where salary between 90000 and 100000;
  

from子句

• from子句是一个查询求值中需要访问的关系列表，通过from子句定义了一个在该子句中所列出关系上的笛卡尔积

  • 例，找出关系instructor和teaches的笛卡尔积

  select *
  from instructor,teacher;
  

• 一般为了去除表笛卡尔积中无用的元组，还应该对其进行限制

select name,course_id
from instructor,teaches
where instuctor.ID = teacher.ID and instructor.name = 'C.S';
-- 要求同名属性的值相同，去除无用元组

更名运算

• SQL提供可为关系和属性重新命名的机制，即使用as子句：

  ​ old_name as new_name

  as子句既可以出现在select子句中，也可以出现在from子句中

• 例，将属性name重命名为instructor_name

  select name as instructor_name
  from instructor,teaches
  where instructor.ID = teaches.ID ;
  

• 使用更名运算，对关系重命名

  • 例，找出所有教师，以及他们所讲授课程的标识

  select T.name,S.course_id
  from instructor as T,teaches as S
  where T.ID =S.ID;
  -- 为了引用简洁
  

  • 例，找出所有教师名，他们的工资至少比Biology系某一个教师的工资要高

  select distinct T.name
  from instructor as T,instructor as S
  where T.salary > S.salary and S.dept_name = 'Biology'
  -- 为了区分
  

字符串运算

• 对字符串进行的最通常的操作是操作符 like 的模式匹配，使用两个特殊的字符来描述模式：
  • 百分号 （%）：匹配任意子串
  • 下划线 （_）: 匹配任意一个字符
• 例，找出所在建筑名称中包含子串"Watson"的所有系名

select dept_name
from department
where building like '%Watson%';
-- 前后可以匹配任意字符

• 为使模式中能够包含特殊字符（即%和_）,SQL允许定义转义字符。我们在like比较运算中使用escape关键词来定义转义字符

  • 例，使用反斜线（\）作为转义字符

  like "ab\%cd%" escape '\' --匹配所有以“ab%cd”开头的字符串
  like 'ab\\cd' escape '\'  --匹配所有以"ab\cd"开头的字符串
  

• SQL还允许在字符串上有多种函数，例如串联（"||"），提取子串，计算字符串长度，大小写转换（用upper（s）将字符串s转换为大写或用lower（s）将字符串s转换为小写），去掉字符串后面的空格（使用trim（s））

排列元组的显示此许

• SQL为用户提供了一些对关系中元组显示次序的空值。order by子句就可以让查询结果中元组按排列顺序显示

  • 例，按字母顺序列出在Physics系的所有教师

  select name
  from instructor
  where dept_name='physics'
  order by name;
  

• order by子句默认使用升序。要说明排序顺序，我们可以用desc表示降序，或者用asc表示升序

  • 例，按salary的降序列出整个instructor关系，如果有几位教师的工资相同，就将他们按姓名升序排列

  select *
  from instructor
  order by salary desc,name asc;
  -- 先按收入降序排列，收入相等按姓名字母升序排列
  

重复（不是很理解）

• 在关系模式的形式化数学定义中，关系是一个集合。因此，重复的元组不会出现在关系中。但在实践中，包含重复元组的关系是有用的
• 可以用关系运算符多重集版本（Multiset version）来定义SQL查询的复本定义，在此定义几个关系代数运算符的多重集版本，一直多重集关系r1和r2
  • 选择 σ（r1）：如果在r1中有元组t1的c1个复本，而且t1满足选择σ，那么有c1个t1的复本出现在结果中。
  • 投影 ∏a（r）：如果r1中t1的每个复本，在∏a（r1）中都有一个∏a（t1）的复本与其对应，其中∏a（t1）表示单个元组t1的投影
  • 交 r1×r2：如果有c1个t1的复本在r1中且有c2个t2的复本在r2中，那么有c1*c2个t1·t2元组的复本在 r1×r2中

集合运算

• SQL作用在关系union，intersect和except运算对应于数学集合论中的∪，∩，-运算
• uion，intersect和except运算与select子句不同，他们会自动去除重复
• 如果想保留所有重复，必须使用union all，intersect all 和except all
• 假设一个元组在关系r中重复出现了m此，在关系s中重复出现了n次，那么这个元组重复出现
  • 在 r union all s中，重复出现m+n次
  • 在r intersect all s中，重复出现 min（m,n）次
  • 在r except all s中，重复出现max（0，m-n）次

例1，找出在2009秋季开课，或者在2010年春季开课或两个学期都开课的所有课程

(select course_id
 from section
 where semester = 'Fall' and year = 2009)
 union
 (select couse_id
  from section
  where semester = 'Spring' and year = 2010 
 );

空值

• SQL允许使用null表示属性缺失。我们在谓词中可以使用特殊的关键词null测试空值，也可以使用is not null测试非空值

  • 例，找出instructor关系中元组在属性salary上取空值的教师名

  select name
  from instructor
  where salary is null;
  --不能使用salary=null，因为null = null结果不一定
  

• 控制的存在给聚集运算的处理也带来了麻烦。聚集函数根据以下原则处理空值。

  • 除了count(*)外所有的聚集函数都忽略集合中的空值
  • 规定：空值的count运算符值位0，其他所有聚集运算在输入为空集的情况下返回一个空值

聚集函数

• 聚集函数是以值的一个集合（集或多重集）为输入，返回单个值的函数。SQL提供了五个固有聚集函数：

  • 平均值：avg
  • 最小值：min
  • 最大值：max
  • 总和：sum
  • 计数：count
  • 其中，sum和avg的输入必须是数字集，但其他运算符还可作用在非数字数据类型的集合上，如字符串

• 分组聚集（group by）：group by子句中给出的一个或多个属性是用来构造分组的，在group by子句中给出的一个或多个属性是用来构造分组的，在group by子句中的所有属性上取值相同的元组将被分为一个组中

• having子句类似于where子句，但其是对分组限定条件，而不是对元组限定条件。having子句中的谓词在形成分组后才起作用，因此可以使用聚集函数。

例1，找出Computer Science系教师的平均工资

select avg(salary) as avg_salary  --平均后没有相应的属性名，要重命名
from instructor
where dept_name = 'C.S';

上述SQL查询等价于关系代数表达式：
$$g_{avg(salary)}({\sigma }_{dep{t}_{n}ame{=}^{\prime }C.S^{\prime }}(instructor))$$
例2，找出每个系的平均工资

select avg(salary) as avg_salary
from instructor
group by dept_name;

注意：任何没有出现在group by子句中的属性，如果出现在select子句中的话，他只能出现在聚集函数的内部。

例3，找出教师平均工资超过42000美元的系

select avg(salary) as avg_salary
from instructor
group by dept_name
having avg(salary) > 42000;

注意：同上

嵌套子查询

SQL提供嵌套子查询机制。子查询是嵌套在另一个查询中的select-from-where表达式。子查询嵌套在where子句中，通常用于对集合的成员资格，集合的比较以及集合基数进行检查。主要用于：

• 集合成员资格
• 集合的比较
• 空关系测试
• 重复元组存在性测试
• from子句的子查询
• with子句

集合成员资格

• SQL允许测试元组在关系中的成员资格。连接词 in 测试元组是否是集合中的成员，集合是由select子句产生的一组值构成，对应的还有 not in

  • 例1，找出在2009年秋季和2010年春季学期同时开课的所有课程

  select distinct course_id
  from section
  where semester ='spring' and year = 2009 and
  course_id in (select course_id
                from section
                where semester = 'autumn' and year = 2010);
  

  • 例2，找出（不同的）学生总数，他们选修了ID为10101的教师所讲授的课程

  select  count(distinct stu_id)
  from take
  where (course_id,sec_id,semester,year) 
  				in (select course_id,sec_id,semester,year
                      from teach
                      where tea_id =10101);
  

集合的比较

• 考虑“查询满足下面条件的的所有教师的姓名，他们的工资至少比Biology系某一教师的工资要高”，在前面，我们将此查询写作：

  select name
  from instructor as T,instructor as S
  where T.salary>S.salary and S.dept_name = 'Biology';
  

  但是SQL提供了另一种方式书写上面的查询。短语“至少比某一个要大”在SQL中用 >some 来表示，则此查询还可写作

  select name
  from instructor
  where salary >some (select salary
                      from instructor
                      where dept_nmae = 'Biology');
  

• ***some***子句：代表元组中的某一个值。（=some）≡ in，但是（≠some）!≡ not in

• 考虑查询“找出满足下面条件的所有教师的姓名，他们比Biology系每个教师的工资都高”，在SQL中，结构***>all***对应于词组“比所有都大”，则

  select name 
  from instructor
  where salary >all (select salary
                     from instructor
                     where dept_name = 'Biology');
  

• ***all***子句：代表元组中的每一个值。（≠all）≡ not in 但是（=all）!≡ in

  例，找出平均工资最高的系

  select dept_name
  from instructor
  group by dept_name
  having avg(salary) >all (select avg(salary)
                          from instructor
                          group by dept_name);
  

空关系测试**（不是很理解）**

• SQL还有一个特性可测试一个子查询的结果中是否存在元组。***exists***结构在作为参数的子查询为空时返回true值

  • exists r <=> r ≠ 空集
  • not exists r <=> r = 空集

• 我们还以使用***not exists*** 结构模拟集合包含（即超集）操作“关系A包含关系B”写成“not exists(B except A)”

• 例，找出在2009年秋季学期和2010年春季学期同时开课的所有课程，使用exists结构

  select course_id
  from section as S
  where semester = 'autumn' and year = 2009 
  			and exists (select course_id
                	from section as T
               	where semester = 'spring' and year = 2010 and
                         S.course_id = T.course_id);
  --由于不能线性执行，该语句的时间开销比较大
  

• 例，找出选修了Biology系开设的所有课程的学生，使用except结构**（不是很理解）**

  select stu_id
  from student as S
  where not exists ((select course_id 
                     from course
                     where dept_name="Biology")
                    except
                    (select T.course_id
                     from takes as T
                     where S.ID= T.ID));
                     
  --难度较大
  

重复元组存在性测试

• SQL提供了一个布尔函数，用于测试在一个子查询的结果中是否存在重复元组。如果作为参数的子查询的结果中没有重复的元组***unique***结构将返回true值

  • 例1，找出所有在2009年最多开设一次的课程

    select course_id
    from course as T
    where unique (select course_id
                  from course as S
                  T.couse_id = S.course_id and S.year = 2009
    );
    
    

    注意：也可以将上述语句中的***unique***换成***1>=***

  • 例2，找出所有在2009年最少开设两次的课程

    select course_id
    from course as T
    where not unique (select course_id
                  from course as S
                  T.couse_id = S.course_id and S.year = 2009
    );
    
    

• unqiue,not unique 在oracle8，sql sever7中不支持

from子句中子查询

• SQL允许在from子句中使用子查询表达式。任何select-from-where表达式返回的结果都是关系，因而可以被插入到另一个select-from-where中任何关系可以出现的位置

  • 例，找出系平均工资超出42000美元的那些系的教师的平均工资。

    在前面的的聚集函数中，我们用了having 写此查询，现在用***from***子句中使用子查询来重写

    select dept_name,avg_salary
    from (select dept_name,avg(salary)
          from instructor
          group by dept_name
         )as dept_avg(dept_name,avg_salary) --必须用as生成临时视图
    where avg_salary>42000;
    

  • 例，找出所有系中工资总额最大的系

    在此，***having***语句无能为力。但我们可以使用***from***的子查询写出：

    select max(dept_salary)
    from (select dept_name,sum(salary)
          from instructor
          group by dept_name
         )as dept_sum(dept_name,dept_salary);
    

with子句（不是很理解）

**with子句提供定义临时关系的方法，这个定义只对包含***with***子句的查询有效

• 例，找出具有最大预算值的系

  with max_budget(value) as --定义临时关系
  		(select max(budget)
           from departement)    
  select budget   --使用临时关系
  from department,max_budeget
  where departmen.budget = max_budget.value;
  

• 例，找出工资总额大于平均值的系**（不是很理解）**

  with dept_total(dept_name,dept_sum) as--每个系的工资总和
  		(select dept_name, sum(salary)
           from instructor
           group by dept_name)
  with dept_avg(avg_sum) as --所系的平均工资
  		(select avg(dept_sum)
           from dept_total)
  select dept_name
  from dept_total,dept_avg  --ppt中是from dept_total A,dept_avg 
  where dept_total>=dept_avg; -- where A.value>=B.value
  

数据库的修改

删除

• 删除请求的表达与查询非常类似。我们只能删除整个元组，而不能只删除某些属性上的值。SQL用以下语句表示删除：

  delete from r
  where p;
  -- p代表一个谓词，r代表一个关系
  

  • 例1，从instructor关系中删除与Finance系教师相关的所有元组

    delete from instructor
    where dept_name = 'Finance';
    

  • 例2，从instructor关系中删除所有这样的教师元组，他们在位于Wastion大楼的系工作

    delete from instructor
    where dept_name in (select dept_name
                        from department
                        where building = 'Watson')
    

  • 例3，删除工资低于大学平均工资的教师记录

    delete from instructor
    where salary < (select avg(salary)
                    from instructor);
    

    问题:当我们从instructor关系中删除元组时，平均工资就会改变

    SQL的解决方案：

    首先，计算出平均工资，并找出要删除的所有元组

    然后，删除上述找到的所有元组（不重新计算平均工资，也不重新测试元组是否符合删除条件）

    在同一SQL语句内，除非外层查询的元组变量引入内层查询，否则内层查询只进行一次。

插入

• SQL允许使用***insert***语句，向关系中插入元组，形式如下：

  insert int r [(c1,c2,...)]
  	values(e1,e2,...)
  	
  insert into r[(c1,c2,...)]
  	select e1,e2,...from...;
  

  • 例1，假设我们要插入的信息时Computer Science系开设的名为"Database System"的课程CS-437，他有4个学分

    insert into course
    	values ("CS-437","Database System",'C.S',4);
    	
    --或者
    insert into course(course_id,title,dept_name,credits)--指定属性
    	values ("CS-437","Database System",'C.S',4);
    	
    --未知属性的值可以设为null
    

  • 假设我们想让Music系每个修满144学分的学生称为Music系的教师，其工资为18000美元

    insert into instructor
    	select ID,name,dept_name,18000 --插入搜索到的值
    	from student
    	where dept_name='Music' and tot_cred >144;
    

更新

• SQL允许使用***update***语句，在不改变整个元组的情况下改变其部分属性的值，形式如下：

  update r
  set <c1=e1,[c2=e2,...]>
  [where <condition>];
  

  • 例1，假设给工资超过100000美元的教师涨3%的工资其余教师涨5%，可以写:

    update instructor
    set salary = salary*1.03
    where salary>100000;
    update instructor
    set salary = salary*1.05
    where salary<=100000;
    --两条语句顺序十分重要，不能调换
    

• SQL提供***case***结构，避免更新次序引发的问题，形式如下

  case 
  when pred1 then result1
  when pred2 then result2
  ...
  when predn then resultn
  else result0
  end
  

  因此上例查询可重新写为

  update instrutor
  set salary = case
  			when salary<=100000 then salary*10.5
  			else salary*1.03
  end