数据库系统概论：第三章 关系数据库标准语言SQL-2

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1、An Introduction to Database System中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院 数据库系统概论数据库系统概论An Introduction to Database System第三章第三章 关系数据库标准语言关系数据库标准语言SQL SQL(续续1）An Introduction to Database System3.4 数据查询数据查询 v3.4.1 单表查询单表查询v3.4.2 连接查询连接查询v3.4.3 嵌套查询嵌套查询v3.4.4 集合查询集合查询v3.4.5 Select语句的一般形式语句的一般形式 An Introduction to Databa

2、se System3.4.2 连接查询连接查询 v 连接查询：同时涉及多个表的查询v 连接条件或连接谓词：用来连接两个表的条件 一般格式：n.n.BETWEEN.AND.v 连接字段：连接谓词中的列名称n 连接条件中的各连接字段类型必须是可比的，但名字不必是相同的An Introduction to Database System连接操作的执行过程连接操作的执行过程v 嵌套循环法(NESTED-LOOP)首先在表1中找到第一个元组，然后从头开始扫描表2，逐一查找满足连接件的元组，找到后就将表1中的第一个元组与该元组拼接起来，形成结果表中一个元组。表2全部查找完后，再找表1中第二个元组，然后再从

3、头开始扫描表2，逐一查找满足连接条件的元组，找到后就将表1中的第二个元组与该元组拼接起来，形成结果表中一个元组。重复上述操作，直到表1中的全部元组都处理完毕 An Introduction to Database System排序合并法排序合并法(SORT-MERGE)常用于=连接 首先按连接属性对表1和表2排序 对表1的第一个元组，从头开始扫描表2，顺序查找满足连接条件的元组，找到后就将表1中的第一个元组与该元组拼接起来，形成结果表中一个元组。当遇到表2中第一条大于表1连接字段值的元组时，对表2的查询不再继续An Introduction to Database System排序合并法排序合

4、并法 找到表1的第二条元组，然后从刚才的中断点处继续顺序扫描表2，查找满足连接条件的元组，找到后就将表1中的第一个元组与该元组拼接起来，形成结果表中一个元组。直接遇到表2中大于表1连接字段值的元组时，对表2的查询不再继续 重复上述操作，直到表1或表2中的全部元组都处理完毕为止 An Introduction to Database System索引连接索引连接(INDEX-JOIN)对表2按连接字段建立索引 对表1中的每个元组，依次根据其连接字段值查询表2的索引，从中找到满足条件的元组，找到后就将表1中的第一个元组与该元组拼接起来，形成结果表中一个元组 An Introduction to D

5、atabase System连接查询（续）连接查询（续）一、等值与非等值连接查询 二、自身连接三、外连接四、复合条件连接An Introduction to Database System一、等值与非等值连接查询一、等值与非等值连接查询 v等值连接：连接运算符为=例33 查询每个学生及其选修课程的情况 SELECT Student.*，SC.*FROM Student，SCWHERE Student.Sno=SC.Sno；An Introduction to Database System等值与非等值连接查询（续）等值与非等值连接查询（续）Student.SnoSnameSsexSageSde

6、ptSC.SnoCnoGrade200215121李勇男20CS200215121192200215121李勇男20CS200215121285200215121李勇男20CS200215121388200215122刘晨女19CS200215122290200215122刘晨女19CS200215122380查询结果：查询结果：An Introduction to Database System等值与非等值连接查询（续）等值与非等值连接查询（续）v自然连接：例34 对例33用自然连接完成。SELECT Student.Sno，Sname，Ssex，Sage，Sdept，Cno，Grade F

7、ROM Student，SC WHERE Student.Sno=SC.Sno；An Introduction to Database System连接查询（续）连接查询（续）一、等值与非等值连接查询 二、自身连接三、外连接四、复合条件连接An Introduction to Database System二、自身连接二、自身连接 v 自身连接：一个表与其自己进行连接v 需要给表起别名以示区别v 由于所有属性名都是同名属性，因此必须使用别名前缀例35查询每一门课的间接先修课（即先修课的先修课）SELECT FIRST.Cno，SECOND.Cpno FROM Course FIRST，Cour

8、se SECOND WHERE FIRST.Cpno=SECOND.Cno；An Introduction to Database System自身连接（续）自身连接（续）FIRST表（Course表）Cno CnameCpnoCcredit 1数据库数据库 5 4 2数学数学 2 3信息系统信息系统 1 4 4操作系统操作系统 6 3 5数据结构数据结构 7 4 6数据处理数据处理 2 7PASCAL语言语言 6 4An Introduction to Database System自身连接（续）自身连接（续）Cno CnameCpnoCcredit 1数据库数据库 5 4 2数学数学 2

9、3信息系统信息系统 1 4 4操作系统操作系统 6 3 5数据结构数据结构 7 4 6数据处理数据处理 2 7PASCAL语言语言 6 4 SECOND表（Course表）An Introduction to Database System自身连接（续）自身连接（续）查询结果：CnoPcno173556An Introduction to Database System连接查询（续）连接查询（续）一、等值与非等值连接查询 二、自身连接三、外连接四、复合条件连接An Introduction to Database System三、外连接三、外连接v 外连接与普通连接的区别 普通连接操作只输出满

10、足连接条件的元组 外连接操作以指定表为连接主体，将主体表中不满足连接条件的元组一并输出例 36 改写例33 SELECT Student.Sno，Sname，Ssex，Sage，Sdept，Cno，Grade FROM Student LEFT OUT JOIN SC ON(Student.Sno=SC.Sno)；An Introduction to Database System外连接（续外连接（续）执行结果：执行结果：Student.SnoSnameSsexSageSdeptCnoGrade200215121李勇男20CS192200215121李勇男20CS285200215121李勇男

11、20CS388200215122刘晨女19CS290200215122刘晨女19CS380200215123王敏女18MANULLNULL200215125张立男19ISNULLNULLAn Introduction to Database System外连接（续外连接（续）v 左外连接 列出左边关系（如本例Student）中所有的元组 v 右外连接 列出右边关系中所有的元组 An Introduction to Database System连接查询（续）连接查询（续）一、等值与非等值连接查询 二、自身连接三、外连接四、复合条件连接An Introduction to Database Sy

12、stem四、复合条件连接四、复合条件连接v复合条件连接：WHERE子句中含多个连接条件例37查询选修2号课程且成绩在90分以上的所有学生SELECT Student.Sno,SnameFROM Student,SCWHERE Student.Sno=SC.Sno AND /*连接谓词*/SC.Cno=2 AND SC.Grade 90；/*其他限定条件*/An Introduction to Database System复合条件连接（续）复合条件连接（续）例38查询每个学生的学号、姓名、选修的课程名及成绩 SELECT Student.Sno，Sname，Cname，Grade FROM S

13、tudent，SC，Course /*多表连接多表连接*/WHERE Student.Sno=SC.Sno and SC.Cno=Course.Cno；An Introduction to Database System3.4 数据查询数据查询 v3.4.1 单表查询单表查询v3.4.2 连接查询连接查询v3.4.3 嵌套查询嵌套查询v3.4.4 集合查询集合查询v3.4.5 Select语句的一般形式语句的一般形式 An Introduction to Database System嵌套查询嵌套查询(续续)v嵌套查询概述 一个SELECT-FROM-WHERE语句称为一个查询块查询块 将一个

14、查询块嵌套在另一个查询块的WHERE子句或HAVING短语的条件中的查询称为嵌套查询嵌套查询 An Introduction to Database System嵌套查询嵌套查询(续续)SELECT Sname /*外层查询/父查询*/FROM Student WHERE Sno IN （SELECT Sno /*内层查询/子查询*/FROM SC WHERE Cno=2）；An Introduction to Database System嵌套查询嵌套查询(续续)子查询的限制不能使用ORDER BY子句 层层嵌套方式反映了 SQL语言的结构化 有些嵌套查询可以用连接运算替代An Introd

15、uction to Database System嵌套查询求解方法嵌套查询求解方法v不相关子查询：子查询的查询条件不依赖于父查询n由里向外 逐层处理。即每个子查询在上一级查询处理之前求解，子查询的结果用于建立其父查询的查找条件。An Introduction to Database System嵌套查询求解方法（续）嵌套查询求解方法（续）v相关子查询：子查询的查询条件依赖于父查询 首先取外层查询中表的第一个元组，根据它与内层查询相关的属性值处理内层查询，若WHERE子句返回值为真，则取此元组放入结果表 然后再取外层表的下一个元组 重复这一过程，直至外层表全部检查完为止An Introducti

16、on to Database System3.4.3 嵌套查询嵌套查询 一、带有IN谓词的子查询 二、带有比较运算符的子查询 三、带有ANY（SOME）或ALL谓词的子查询 四、带有EXISTS谓词的子查询An Introduction to Database System一、带有一、带有IN谓词的子查询谓词的子查询例39 查询与“刘晨”在同一个系学习的学生。此查询要求可以分步来完成 确定“刘晨”所在系名 SELECT Sdept FROM Student WHERE Sname=刘晨；结果为：CSAn Introduction to Database System带有带有IN谓词的子查询（续

17、）谓词的子查询（续）查找所有在IS系学习的学生。SELECT Sno，Sname，Sdept FROM Student WHERE Sdept=CS；结果为：SnoSnameSdept200215121李勇CS200215122刘晨CSAn Introduction to Database System带有带有IN谓词的子查询（续）谓词的子查询（续）将第一步查询嵌入到第二步查询的条件中 SELECT Sno，Sname，Sdept FROM Student WHERE Sdept IN (SELECT Sdept FROM Student WHERE Sname=刘晨)；此查询为不相关子查询。

18、An Introduction to Database System带有带有IN谓词的子查询（续）谓词的子查询（续）用自身连接完成例39查询要求 SELECT S1.Sno，S1.Sname，S1.Sdept FROM Student S1，Student S2 WHERE S1.Sdept=S2.Sdept AND S2.Sname=刘晨；An Introduction to Database System带有带有IN谓词的子查询（续）谓词的子查询（续）例40查询选修了课程名为“信息系统”的学生学号和姓名 SELECT Sno，Sname 最后在Student关系中 FROM Student

19、 取出Sno和Sname WHERE Sno IN (SELECT Sno 然后在SC关系中找出选 FROM SC 修了3号课程的学生学号 WHERE Cno IN (SELECT Cno 首先在Course关系中找出 FROM Course “信息系统”的课程号，为3号 WHERE Cname=信息系统 );An Introduction to Database System带有带有IN谓词的子查询（续）谓词的子查询（续）用连接查询实现例40 SELECT Sno，Sname FROM Student，SC，Course WHERE Student.Sno=SC.Sno AND SC.Cno

20、=Course.Cno AND Course.Cname=信息系统；An Introduction to Database System3.4.3 嵌套查询嵌套查询 一、带有IN谓词的子查询 二、带有比较运算符的子查询三、带有ANY（SOME）或ALL谓词的子查询四、带有EXISTS谓词的子查询An Introduction to Database System二、带有比较运算符的子查询二、带有比较运算符的子查询v 当能确切知道内层查询返回单值时，可用比较运算符（，=，=，!=或）。v与ANY或ALL谓词配合使用An Introduction to Database System带有比较运算符

21、的子查询（续）带有比较运算符的子查询（续）例：假设一个学生只可能在一个系学习，并且必须属于一个系，则在例39可以用=代替IN：SELECT Sno，Sname，Sdept FROM Student WHERE Sdept =(SELECT Sdept FROM Student WHERE Sname=刘晨)；An Introduction to Database System带有比较运算符的子查询（续）带有比较运算符的子查询（续）子查询一定要跟在比较符之后 错误错误的例子：SELECT Sno，Sname，Sdept FROM Student WHERE(SELECT Sdept FROM S

22、tudent WHERE Sname=刘晨 )=Sdept；An Introduction to Database System带有比较运算符的子查询（续）带有比较运算符的子查询（续）例41找出每个学生超过他选修课程平均成绩的课程号。SELECT Sno，Cno FROM SC x WHERE Grade=(SELECT AVG(Grade)FROM SC y WHERE y.Sno=x.Sno);相关子查询相关子查询 An Introduction to Database System带有比较运算符的子查询（续）带有比较运算符的子查询（续）v 可能的执行过程：可能的执行过程：1.从外层查询中

23、取出SC的一个元组x，将元组x的Sno值（200215121）传送给内层查询。SELECT AVG(Grade)FROM SC y WHERE y.Sno=200215121;2.执行内层查询，得到值88（近似值），用该值代替内层查询，得到外层查询：SELECT Sno，Cno FROM SC x WHERE Grade=88；An Introduction to Database System带有比较运算符的子查询（续）带有比较运算符的子查询（续）3.执行这个查询，得到 （200215121，1）（200215121，3）4.外层查询取出下一个元组重复做上述1至3步骤，直到外层的SC元组全部

24、处理完毕。结果为:（200215121，1）（200215121，3）（200215122，2）An Introduction to Database System3.4.3 嵌套查询嵌套查询 一、带有IN谓词的子查询 二、带有比较运算符的子查询 三、带有ANY（SOME）或ALL谓词的子查询 四、带有EXISTS谓词的子查询An Introduction to Database System三、带有三、带有ANY（SOME）或）或ALL谓词的子查询谓词的子查询 谓词语义ANY：任意一个值ALL：所有值An Introduction to Database System带有带有ANY（SOME

25、）或）或ALL谓词的子查询谓词的子查询（续）（续）需要配合使用比较运算符 ANY大于子查询结果中的某个值 ALL大于子查询结果中的所有值 ANY小于子查询结果中的某个值 =ANY大于等于子查询结果中的某个值 =ALL大于等于子查询结果中的所有值=ANY小于等于子查询结果中的某个值 =ALL小于等于子查询结果中的所有值=ANY等于子查询结果中的某个值 =ALL等于子查询结果中的所有值（通常没有实际意义）!=（或）ANY不等于子查询结果中的某个值!=（或）ALL不等于子查询结果中的任何一个值An Introduction to Database System带有带有ANY（SOME）或）或ALL谓

26、词的子查询谓词的子查询（续）（续）例42 查询其他系中比计算机科学某一学生年龄小的学生姓名和年龄 SELECT Sname，Sage FROM Student WHERE Sage ANY(SELECT Sage FROM Student WHERE Sdept=CS)AND Sdept CS ;/*父查询块中的条件*/An Introduction to Database System带有带有ANY（SOME）或）或ALL谓词的子查询谓词的子查询（续）（续）结果：执行过程：1.RDBMS执行此查询时，首先处理子查询，找出 CS系中所有学生的年龄，构成一个集合(20，19)2.处理父查询，找所

27、有不是CS系且年龄小于 20 或 19的学生SnameSage王敏18张立19An Introduction to Database System带有带有ANY（SOME）或）或ALL谓词的子查询谓词的子查询（续）（续）用聚集函数实现例42 SELECT Sname，Sage FROM Student WHERE Sage (SELECT MAX(Sage)FROM Student WHERE Sdept=CS)AND Sdept CS;An Introduction to Database System带有带有ANY（SOME）或）或ALL谓词的子查询谓词的子查询（续）（续）例43 查询其他

28、系中比计算机科学系所有学生年龄都小的学生姓名及年龄。方法一：用ALL谓词 SELECT Sname，Sage FROM Student WHERE Sage ALL (SELECT Sage FROM Student WHERE Sdept=CS)AND Sdept CS;An Introduction to Database System带有带有ANY（SOME）或）或ALL谓词的子查询谓词的子查询（续）（续）方法二：用聚集函数 SELECT Sname，Sage FROM Student WHERE Sage (SELECT MIN(Sage)FROM Student WHERE Sdep

29、t=CS)AND Sdept CS;An Introduction to Database System带有带有ANY（SOME）或）或ALL谓词的子查询谓词的子查询（续）（续）表3.5 ANY（或SOME），ALL谓词与聚集函数、IN谓词的等价转换关系 =或或!=ANY IN -MAXMIN=MINALL -NOT IN MINMAX=MAXAn Introduction to Database System3.4.3 嵌套查询嵌套查询 一、带有IN谓词的子查询 二、带有比较运算符的子查询 三、带有ANY（SOME）或ALL谓词的子查询 四、带有EXISTS谓词的子查询An Introduc

30、tion to Database System带有带有EXISTS谓词的子查询谓词的子查询(续）续）v 1.EXISTS谓词n存在量词 n带有EXISTS谓词的子查询不返回任何数据，只产生逻辑真值“true”或逻辑假值“false”。若内层查询结果非空，则外层的WHERE子句返回真值 若内层查询结果为空，则外层的WHERE子句返回假值n由EXISTS引出的子查询，其目标列表达式通常都用*，因为带EXISTS的子查询只返回真值或假值，给出列名无实际意义v 2.NOT EXISTS谓词 若内层查询结果非空，则外层的WHERE子句返回假值 若内层查询结果为空，则外层的WHERE子句返回真值An In

31、troduction to Database System带有带有EXISTS谓词的子查询谓词的子查询(续）续）例44查询所有选修了1号课程的学生姓名。思路分析：n本查询涉及Student和SC关系n在Student中依次取每个元组的Sno值，用此值去检查SC关系n若SC中存在这样的元组，其Sno值等于此Student.Sno值，并且其Cno=1，则取此Student.Sname送入结果关系An Introduction to Database System带有带有EXISTS谓词的子查询谓词的子查询(续）续）n用嵌套查询 SELECT Sname FROM Student WHERE EXI

32、STS (SELECT*FROM SC WHERE Sno=Student.Sno AND Cno=1)；An Introduction to Database System带有带有EXISTS谓词的子查询谓词的子查询(续）续）n用连接运算SELECT SnameFROM Student,SCWHERE Student.Sno=SC.Sno AND SC.Cno=1;An Introduction to Database System带有带有EXISTS谓词的子查询谓词的子查询(续）续）例45 查询没有选修1号课程的学生姓名。SELECT Sname FROM Student WHERE NO

33、T EXISTS (SELECT*FROM SC WHERE Sno=Student.Sno AND Cno=1)；An Introduction to Database System带有带有EXISTS谓词的子查询谓词的子查询(续）续）v 不同形式的查询间的替换n一些带EXISTS或NOT EXISTS谓词的子查询不能被其他形式的子查询等价替换n所有带IN谓词、比较运算符、ANY和ALL谓词的子查询都能用带EXISTS谓词的子查询等价替换v 用EXISTS/NOT EXISTS实现全称量词(难点)SQL语言中没有全称量词（For all）可以把带有全称量词的谓词转换为等价的带有存在量词的谓词

34、：(x)P (x(P)An Introduction to Database System带有带有EXISTS谓词的子查询谓词的子查询(续）续）例：例39查询与“刘晨”在同一个系学习的学生。可以用带EXISTS谓词的子查询替换：SELECT Sno，Sname，Sdept FROM Student S1 WHERE EXISTS (SELECT*FROM Student S2 WHERE S2.Sdept=S1.Sdept AND S2.Sname=刘晨)；An Introduction to Database System带有带有EXISTS谓词的子查询谓词的子查询(续）续）例46 查询选修

35、了全部课程的学生姓名。SELECT Sname FROM Student WHERE NOT EXISTS （SELECT*FROM Course WHERE NOT EXISTS (SELECT*FROM SC WHERE Sno=Student.Sno AND Cno=Course.Cno ）；An Introduction to Database System带有带有EXISTS谓词的子查询谓词的子查询(续）续）用EXISTS/NOT EXISTS实现逻辑蕴函(难点)SQL语言中没有蕴函(Implication)逻辑运算 可以利用谓词演算将逻辑蕴函谓词等价转换为：p q pq An In

36、troduction to Database System带有带有EXISTS谓词的子查询谓词的子查询(续）续）例47查询至少选修了学生200215122选修的全部课程的学生号码。解题思路：n用逻辑蕴函表达：查询学号为x的学生，对所有的课程y，只要200215122学生选修了课程y，则x也选修了y。n形式化表示：用P表示谓词“学生200215122选修了课程y”用q表示谓词“学生x选修了课程y”则上述查询为:(y)p q An Introduction to Database System带有带有EXISTS谓词的子查询谓词的子查询(续）续）n等价变换：(y)p q (y(p q)(y(p q

37、)y(pq)n变换后语义：不存在这样的课程y，学生200215122选修了y，而学生x没有选。An Introduction to Database System带有带有EXISTS谓词的子查询谓词的子查询(续）续）n用NOT EXISTS谓词表示：SELECT DISTINCT Sno FROM SC SCX WHERE NOT EXISTS (SELECT*FROM SC SCY WHERE SCY.Sno=200215122 AND NOT EXISTS (SELECT*FROM SC SCZ WHERE SCZ.Sno=SCX.Sno AND SCZ.Cno=SCY.Cno)；An I

38、ntroduction to Database System3.4 数据查询数据查询 v3.4.1 单表查询单表查询v3.4.2 连接查询连接查询v3.4.3 嵌套查询嵌套查询v3.4.4 集合查询集合查询v3.4.5 Select语句的一般形式语句的一般形式 An Introduction to Database System3.4.4 集合查询集合查询v集合操作的种类 并操作UNION 交操作INTERSECT 差操作EXCEPTv参加集合操作的各查询结果的列数必须相同；对应项的数据类型也必须相同 An Introduction to Database System集合查询（续）集合查询（

39、续）例48 查询计算机科学系的学生及年龄不大于19岁的学生。方法一：SELECT*FROM Student WHERE Sdept=CS UNION SELECT*FROM Student WHERE Sage=19；nUNION：将多个查询结果合并起来时，系统自动去掉重复元组。nUNION ALL：将多个查询结果合并起来时，保留重复元组 An Introduction to Database System集合查询（续）集合查询（续）方法二：SELECT DISTINCT *FROM Student WHERE Sdept=CS OR Sage=19；An Introduction to Da

40、tabase System集合查询（续）集合查询（续）例49 查询选修了课程1或者选修了课程2的学生。SELECT Sno FROM SC WHERE Cno=1 UNION SELECT Sno FROM SC WHERE Cno=2；An Introduction to Database System集合查询（续）集合查询（续）例50 查询计算机科学系的学生与年龄不大于19岁的学生的交集SELECT*FROM StudentWHERE Sdept=CS INTERSECTSELECT*FROM StudentWHERE Sage=19 An Introduction to Database

41、 System集合查询（续）集合查询（续）v例50 实际上就是查询计算机科学系中年龄不大于19岁的学生SELECT*FROM Student WHERE Sdept=CS AND Sage=19；An Introduction to Database System集合查询（续）集合查询（续）例51 查询选修课程1的学生集合与选修课程2的学生集合的交集 SELECT Sno FROM SC WHERE Cno=1 INTERSECT SELECT Sno FROM SC WHERE Cno=2；An Introduction to Database System集合查询（续）集合查询（续）例51

42、实际上是查询既选修了课程1又选修了课程2的学生 SELECT Sno FROM SC WHERE Cno=1 AND Sno IN (SELECT Sno FROM SC WHERE Cno=2)；An Introduction to Database System集合查询（续）集合查询（续）例52 查询计算机科学系的学生与年龄不大于19岁的学生的差集。SELECT*FROM Student WHERE Sdept=CS EXCEPT SELECT *FROM Student WHERE Sage 19；An Introduction to Database System3.4 数据查询数据查询 v3.4.1 单表查询单表查询v3.4.2 连接查询连接查询v3.4.3 嵌套查询嵌套查询v3.4.4 集合查询集合查询v3.4.5 Select语句的一般形式语句的一般形式 An Introduction to Database System3.4.5 SELECT语句的一般格式语句的一般格式 SELECT ALL|DISTINCT 别名 ，别名 FROM 别名 ，别名 WHERE GROUP BY HAVING ORDER BY ASC|DESC An Introduction to Database System 下课了。下课了。休息一会儿。休息一会儿。