数据库系统概论（超详解！！！）第四节关系数据库标准语言SQL（Ⅲ）

1.连接查询

连接查询：同时涉及多个表的查询

连接条件或连接谓词：用来连接两个表的条件

一般格式：

[<表名1>.]<列名1> <比较运算符> [<表名2>.]<列名2>

[<表名1>.]<列名1> BETWEEN [<表名2>.]<列名2> AND [<表名2>.]<列名3>

连接字段：连接谓词中的列名称

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

查询每个学生及其选修课程的情况
     SELECT  Student.*,SC.*  
     FROM  Student,SC 
     WHERE  Student.Sno = SC.Sno;

1、等值与非等值连接查询

等值连接：连接运算符为=

查询每个学生及其选修课程的情况
		        SELECT  Student.*,SC.*
		        FROM     Student,SC
		        WHERE  Student.Sno = SC.Sno;

连接操作的执行过程：

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

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

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中的第二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

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


查询每个学生及其选修课程的情况，用自然连接完成。
 SELECT  Student.Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,Cno,Grade
 FROM     Student,SC
 WHERE  Student.Sno = SC.Sno;

一条SQL语句可以同时完成选择和连接查询，这时WHERE子句是由连接谓词和选择谓词组成的复合条件。

查询选修2号课程且成绩在90分以上的所有学生的学号和姓名。
    SELECT Student.Sno, Sname
    FROM     Student, SC
    WHERE  Student.Sno=SC.Sno  AND    		               
                    SC.Cno='2' AND SC.Grade>90;

执行过程:

先从SC中挑选出Cno='2'并且Grade>90的元组形成一个中间关系

再和Student中满足连接条件的元组进行连接得到最终的结果关系

2、自身连接

自身连接：一个表与其自己进行连接

需要给表起别名以示区别

由于所有属性名都是同名属性，因此必须使用别名前缀

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，Course  SECOND
     WHERE FIRST.Cpno = SECOND.Cno；

3、外连接

外连接与普通连接的区别：

普通连接操作只输出满足连接条件的元组

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

左外连接：列出左边关系中所有的元组

右外连接：列出右边关系中所有的元组

全外连接

查询每个学生及其选修课程的情况
SELECT Student.Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,Cno,Grade
    FROM  Student  LEFT OUTER JOIN SC ON    
                 (Student.Sno=SC.Sno);

4、复合条件连接（多表连接）

多表连接：两个以上的表进行连接

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    Student, SC, Course    /*多表连接*/
   WHERE Student.Sno = SC.Sno 
                  AND SC.Cno = Course.Cno; /*符合条件*/

2.嵌套查询

嵌套查询概述

一个SELECT-FROM-WHERE语句称为一个查询块

将一个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

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 '）；

上层的查询块称为外层查询或父查询

下层查询块称为内层查询或子查询

SQL语言允许多层嵌套查询：即一个子查询中还可以嵌套其他子查询

子查询的限制：不能使用ORDER BY子句

不相关子查询：

子查询的查询条件不依赖于父查询，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。

1、带有IN谓词的子查询

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
 ① 确定“刘晨”所在系名             
        SELECT  Sdept  
         FROM     Student                            
         WHERE  Sname= ' 刘晨 '；
	    结果为： CS
② 查找所有在CS系学习的学生。    
        SELECT   Sno，Sname，Sdept     
        FROM      Student                 
        WHERE  Sdept= ' CS '； 

查询与“刘晨”在同一个系学习的学生。
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。

用自身连接完成查询要求
     SELECT  S1.Sno，S1.Sname，S1.Sdept
      FROM     Student S1，Student S2
      WHERE  S1.Sdept = S2.Sdept  AND
                      S2.Sname = '刘晨'；

查询选修了课程名为“信息系统”的学生学号和姓名
 	SELECT Sno，Sname                       ③ 最后在Student关系中
  	FROM    Student                                     取出Sno和Sname
 	WHERE Sno  IN
             (SELECT Sno                              ② 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                       ① 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’
                     )
              );

用连接查询实现
     SELECT Sno，Sname
      FROM    Student，SC，Course
      WHERE Student.Sno = SC.Sno  AND
                     SC.Cno = Course.Cno AND
                     Course.Cname=‘信息系统’；

2、带有比较运算符的子查询

当能确切知道内层查询返回单值时，可用比较运算符（>，<，=，>=，<=，!=或< >）。

与ANY或ALL谓词配合使用

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
查询每个学生的学号、姓名、选修的课程名及成绩
可以用 = 代替IN ：
     SELECT Sno，Sname，Sdept
     FROM    Student
     WHERE Sdept   =
                   (SELECT Sdept
                    FROM    Student
                    WHERE Sname= ‘刘晨’)；

子查询一定要跟在比较符之后

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);

从外层查询中取出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';

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；

3、带有ANY（SOME）或ALL谓词的子查询

使用ANY或ALL谓词时必须同时使用比较运算，语义为：

> 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

< ALL 小于子查询结果中的所有值

>= 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

查询非计算机科学系中比计算机科学系任意一个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 */

执行过程：
   （1）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，找所有不是CS系且年龄小于 
        20 或 19的学生

用聚集函数实现

     SELECT Sname,Sage
     FROM   Student
     WHERE Sage < 
                             (SELECT MAX（Sage）
                               FROM Student
                               WHERE Sdept= 'CS ')
       AND Sdept <> ' CS ';

查询非计算机科学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 ’;

方法二：用聚集函数
        SELECT Sname,Sage
        FROM Student
        WHERE Sage < 
                               (SELECT MIN(Sage)
                                FROM Student
                                WHERE Sdept= ' CS ')
          AND Sdept <>' CS ';

ANY（或SOME），ALL谓词与聚集函数、IN谓词的等价转换关系

4、带有EXISTS谓词的子查询

EXISTS谓词：存在量词

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

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。

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

查询所有选修了1号课程的学生姓名。
 思路分析：
本查询涉及Student和SC关系
在Student中依次取每个元组的Sno值，用此值去检查SC表
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送入结果表
    
     SELECT Sname
     FROM Student
     WHERE EXISTS
                   (SELECT *
                    FROM SC
                    WHERE Sno=Student.Sno AND Cno= ' 1 ');

查询没有选修1号课程的学生姓名。
     SELECT Sname
     FROM     Student
     WHERE NOT EXISTS
                   (SELECT *
                    FROM SC
                    WHERE Sno = Student.Sno AND Cno='1');

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');

不同形式的查询间的替换

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

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

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：

查询选修了全部课程的学生姓名。（不存在没有选修的课程）
        SELECT Sname
        FROM Student
        WHERE NOT EXISTS
                      (SELECT *
                        FROM Course
                        WHERE NOT EXISTS
                                      (SELECT *
                                       FROM SC
                                       WHERE Sno= Student.Sno
                                             AND Cno= Course.Cno
                                      )
                       );

分步理解，从最下边的where看起，从下往上分析。

1、最内层的select是把学生学号和课程号带入，结果是查询学生选课的记录，加上not exists，就是学生没选的课程。

2、再加上上层的select（从课程表），就是选出学生没选的课程。

3、最后在上面又加了一个not exists，就是不存在学生没选的课程（既学生选了所有的课程才会符合记录）

用EXISTS/NOT EXISTS实现逻辑蕴涵（难点）

SQL语言中没有蕴涵（Implication）逻辑运算，可以利用谓词演算将逻辑蕴涵谓词等价转换为：

查询至少选修了学生201215122选修的全部课程的学生号码。

解题思路：

用逻辑蕴涵表达：查询学号为x的学生，对所有的课程y，只要201215122学生选修了课程y，则x也选修了y。

形式化表示：

用P表示谓词 “学生201215122选修了课程y”

用q表示谓词 “学生x选修了课程y”

等价变换：

变换后语义：不存在这样的课程y，学生201215122选修了y，而学生x没有选。

用NOT EXISTS谓词表示：     
       SELECT DISTINCT Sno
       FROM SC SCX
       WHERE NOT EXISTS
                     (SELECT *
                      FROM SC SCY
                      WHERE SCY.Sno = ' 201215122 '  AND
                                    NOT EXISTS
                                    (SELECT *
                                     FROM SC SCZ
                                     WHERE SCZ.Sno=SCX.Sno AND
                                                   SCZ.Cno=SCY.Cno));