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1、第4章关系系统与查询优化本讲稿第一页，共十八页天津师范大学管理学院06/0722第第4 4章章 关系系统与查询优化关系系统与查询优化v v 4.1 关系系统关系系统v v 4.2 查询优化概述查询优化概述本讲稿第二页，共十八页天津师范大学管理学院06/07234.1 4.1 关系系统关系系统v 4.1.1 关系系统定义关系系统定义v 4.1.2 关系系统分类关系系统分类v 4.1.3 全关系系统的十二条准则全关系系统的十二条准则本讲稿第三页，共十八页天津师范大学管理学院06/07244.1.1 4.1.1 关系系统定义关系系统定义v关系系统是关系数据库管理系统的总称。关系系统是关系数据库管理系
2、统的总称。v关系系统定义关系系统定义v 一个系统可定义为关系系统，当且仅当它：一个系统可定义为关系系统，当且仅当它：支持关系数据库（关系数据结构）。支持关系数据库（关系数据结构）。支持选择、投影和（自然）连接运算，对这些运算不必要求支持选择、投影和（自然）连接运算，对这些运算不必要求定义任何物理存取路径。定义任何物理存取路径。v讨论：讨论：上述两个条件缺一不可。上述两个条件缺一不可。选择、投影和（自然）连接三种运算是关系系统最主要选择、投影和（自然）连接三种运算是关系系统最主要的运算功能。的运算功能。本讲稿第四页，共十八页天津师范大学管理学院06/07254.1.2 4.1.2 关系系统分类关
3、系系统分类v关系系统可以分为以下三类：关系系统可以分为以下三类：（最小）关系系统（最小）关系系统关系完备的系统关系完备的系统全关系系统全关系系统本讲稿第五页，共十八页天津师范大学管理学院06/07264.1.2 4.1.2 关系系统分类关系系统分类v（最小）关系系统（最小）关系系统仅支持关系数据结构（表）和三种关系操作。仅支持关系数据结构（表）和三种关系操作。例如微机关系数据库：例如微机关系数据库：FoxPro本讲稿第六页，共十八页天津师范大学管理学院06/07274.1.2 4.1.2 关系系统分类关系系统分类v关系完备的系统关系完备的系统支持关系数据结构和所有的关系代数操作支持关系数据结构
4、和所有的关系代数操作例如二十世纪例如二十世纪90年代初的年代初的DBMS。本讲稿第七页，共十八页天津师范大学管理学院06/07284.1.2 4.1.2 关系系统分类关系系统分类v全关系系统全关系系统支持关系模型的所有特征。支持关系模型的所有特征。即不仅关系完备，而且支持数据结构中域的概念、支持实即不仅关系完备，而且支持数据结构中域的概念、支持实体完整性和参照完整性。体完整性和参照完整性。目前大多数关系系统已经接近或达到这个目标。目前大多数关系系统已经接近或达到这个目标。本讲稿第八页，共十八页天津师范大学管理学院06/07294.1.3 4.1.3 全关系系统的十二条准则全关系系统的十二条准则
5、v准则准则0：一个关系型的：一个关系型的DBMS必须能完全通过它的关系能力来必须能完全通过它的关系能力来管理数据库。管理数据库。v准则准则0的两个推论：的两个推论：任何声称是关系型的任何声称是关系型的DBMS必须在关系这个级别上支必须在关系这个级别上支持数据的更新操作。持数据的更新操作。关系型关系型DBMS必须遵循信息准则和保证访问（存取）必须遵循信息准则和保证访问（存取）准则。准则。v准则准则0是后面是后面12个准则的基础。个准则的基础。本讲稿第九页，共十八页天津师范大学管理学院06/072104.1.3 4.1.3 全关系系统的十二条准则全关系系统的十二条准则*v准则准则1：信息准则：信息
6、准则关系型数据库（包括表和列名）的关系型数据库（包括表和列名）的所有信息都被清楚地表示成表中的数值。所有信息都被清楚地表示成表中的数值。v准则准则2：保证访问：保证访问保证关系数据库中的每一个数值都可用保证关系数据库中的每一个数值都可用表名、主键和列名的组合来访问。表名、主键和列名的组合来访问。v准则准则3：支持系统空值：支持系统空值DBMS对空值（未知或不可使用的数对空值（未知或不可使用的数据）应提供系统支持。据）应提供系统支持。本讲稿第十页，共十八页天津师范大学管理学院06/072114.1.3 4.1.3 全关系系统的十二条准则全关系系统的十二条准则v准则准则4：主动的、在线的、关系型数
7、据字典：主动的、在线的、关系型数据字典在逻辑上，在逻辑上，数据库的描述及其内容都被表示为表的形式，并能用数数据库的描述及其内容都被表示为表的形式，并能用数据库语言进行查询。据库语言进行查询。v准则准则5：统一的数据子语言：统一的数据子语言至少有一种支持语言，该语至少有一种支持语言，该语言应具有严格、统一的语法格式。言应具有严格、统一的语法格式。v准则准则6：视图更新准则：视图更新准则所有理论上可更新的视图也可以被系所有理论上可更新的视图也可以被系统更新。统更新。本讲稿第十一页，共十八页天津师范大学管理学院06/072124.1.3 4.1.3 全关系系统的十二条准则全关系系统的十二条准则v准则
8、准则7：集合级的插入、更新和删除：集合级的插入、更新和删除DBMS不仅支持集不仅支持集合级上的检索，还应支持集合级上的插入、更新与删除。合级上的检索，还应支持集合级上的插入、更新与删除。v准则准则8：物理数据的独立性：物理数据的独立性当数据的存储结构或数据的物理当数据的存储结构或数据的物理存取方法改变时，应用程序和其他特殊程序在逻辑上不受影响。存取方法改变时，应用程序和其他特殊程序在逻辑上不受影响。v准则准则9：逻辑数据的独立性：逻辑数据的独立性当表的结构改变时，应用程序和当表的结构改变时，应用程序和其他特殊程序应尽可能地保持逻辑上不受影响。其他特殊程序应尽可能地保持逻辑上不受影响。本讲稿第十
9、二页，共十八页天津师范大学管理学院06/072134.1.3 4.1.3 全关系系统的十二条准则全关系系统的十二条准则v准则准则10：数据完整性的独立性：数据完整性的独立性数据库语言必须能够定义完数据库语言必须能够定义完整性原则。并存在联机数据字典中，不能被忽略。整性原则。并存在联机数据字典中，不能被忽略。v准则准则11：分布独立性：分布独立性当首次引入分布式数据或数据当首次引入分布式数据或数据重新分布时，应用程序和其他特殊程序在逻辑上应不受重新分布时，应用程序和其他特殊程序在逻辑上应不受影响。影响。v准则准则12：无损害准则：无损害准则决不能用一种低级的语言绕过用数据决不能用一种低级的语言绕
10、过用数据库语言定义的完整性规则。库语言定义的完整性规则。本讲稿第十三页，共十八页天津师范大学管理学院06/072144.2 4.2 查询优化概述查询优化概述v等价关系表达式概念等价关系表达式概念在关系代数运算中，在关系代数运算中，如果用同样的关系实例代替两个表达式如果用同样的关系实例代替两个表达式E1和和E2中相应的关系所得到的结果是中相应的关系所得到的结果是相同的。相同的。那么这两个表达式那么这两个表达式E1和和E2是等价的。是等价的。v等价表达式的运算效率问题等价表达式的运算效率问题一个关系表达式可以有多个形式上不同但却等价的式子。一个关系表达式可以有多个形式上不同但却等价的式子。例如，例
11、如，RSR-(R-S)或或RS-(S-R)。结果一样，但执行却不尽相。结果一样，但执行却不尽相同。同。因此就提出了优化问题。因此就提出了优化问题。本讲稿第十四页，共十八页天津师范大学管理学院06/072154.2 4.2 查询优化概述查询优化概述v查询优化技术主要是：查询优化技术主要是：对关系代数表达式做等价变换，对关系代数表达式做等价变换，合理调整关系代数表达式中的操作顺序，合理调整关系代数表达式中的操作顺序，减少时间和空间的开销，减少时间和空间的开销，提高执行效率。提高执行效率。本讲稿第十五页，共十八页天津师范大学管理学院06/072164.2 4.2 查询优化概述查询优化概述v查询优化的
12、主要策略有：查询优化的主要策略有：尽可能先做选择运算。它可以是中间结果变小。尽可能先做选择运算。它可以是中间结果变小。进行连接操作时，适当对关系进行预处理。例如对表进行连接操作时，适当对关系进行预处理。例如对表进行排序、建立索引。进行排序、建立索引。将乘积和其后的选择合并成连接操作。减少扫描动作。将乘积和其后的选择合并成连接操作。减少扫描动作。一连串的选择和一连串的投影应同时运算。一连串的选择和一连串的投影应同时运算。v说明：说明：关系代数表达式的优化是由关系代数表达式的优化是由DBMS的的DML（关系数据操纵（关系数据操纵语言）编译器完成的。语言）编译器完成的。本讲稿第十六页，共十八页天津师范大学管理学院06/07217本章参考文献本章参考文献v1.1.数据库实用教程数据库实用教程 丁宝康丁宝康 董健全编著董健全编著 清华大学出版社清华大学出版社 北京北京 2001.9v2.2.数据库原理与技术数据库原理与技术 刘芳鑫主编刘芳鑫主编 电子工业出版社电子工业出版社 北京北京 2002.2本讲稿第十七页，共十八页天津师范大学管理学院06/07218v本章结束本章结束本讲稿第十八页，共十八页