Chương 5 Mô hình dữ liệu quan hệ

Ngôn ngữ quan hệNgôn ngữ phi thủ tục non-procedural language cho phép người dùng chỉ ra cái what họ muốn mà không cần chỉ ra cách thực hiện như thế nào how để được kết quả đó ◦ SQL là n

Chương 5

Mô hình dữ liệu quan hệ

1

Ngôn ngữ quan hệ

Ngôn ngữ phi thủ tục (non-procedural

language) cho phép người dùng chỉ ra cái (what) họ muốn mà không cần chỉ ra cách thực hiện như thế nào (how) để được kết quả đó

◦ SQL là ngôn ngữ phi thủ tục

Đại số quan hệ là một ngôn ngữ thủ tục

mức cao (high-level procedure language) cho phép DBMS tạo 1 quan hệ mới

3

Đại số quan hệ

(Relational Algebra)

Đại số quan hệ là ngôn ngữ tập hợp (set

language) bao gồm các toán tử (operator) thao tác trên 1 hay nhiều quan hệ để tạo

ra 1 quan hệ khác mà không làm thay đổi các quan hệ ban đầu

Các toán hạng và kết quả đều là quan hệ

Kết quả của 1 phép toán có thể trở thành toán hạng cho 1 phép toán khác  tính

bao đóng (closure)

4

Đại số quan hệ và SQL

Query thực chất là 1 biểu thức chứa các

toán tử của đại số quan hệ Kết quả của

query cũng là 1 quan hệ

Mối liên hệ giữa SQL và đại số quan hệ??

SQL là 1 ngôn ngữ phi thủ tục ( không xác định các thủ tục được dùng để xử lý truy

vấn), còn đại số quan hệ theo hướng thủ tục

5

Đại số quan hệ và SQL

Lập trình viên dùng SQL để xác định query của họ

DBMS kiểm tra cú pháp (parse) của

query, dịch nó thành 1 biểu thức của đại

số quan hệ, đơn giản hơn nhưng ít hiệu

quả hơn về giải thuật Query optimizer

biến đổi biểu thức đại số này thành 1 biểu thức tương đương nhưng ít tốn thời gian

thực thi hơn  tạo 1 execution plan Code generator chuyển đổi nó thành mã để thực thi

6

SQL query

Relational algebra Expression

Query Execution Plan

Executable Code

Parser

Query Optimizer Query Optimizer

Code generator

5 phép toán cơ bản

Các phép toán được thực hiện cho quan hệ

r trên lược đồ quan hệ R và điều kiện F

Điều kiện F là 1 biểu thức luận lý có giá trị true/false, nó bao gồm:

◦ Các toán hạng là hằng hoặc tên thuộc tính

◦ Các phép toán so sánh =, , <, ≤,>, 

◦ Các phép toán luận lý not (), and (), or ()

10

Phép chọn (selection operation)

Phép chọn trên r theo điều kiện F, ký hiệu

là F(r), cho kết quả là 1 quan hệ bao gồm các bộ của r thỏa mãn điều kiện F

F(r) = {t|t r và F(t) = true}

Nếu quan hệ r có bậc là n và có k bộ thì

F(r) có bao nhiêu bậc và bộ?

 Bậc là n và có tối đa là k bộ

11

Ví dụ

12

Select Operation – Example

7 7 3 10

7 10

14

PRICE<$2.0(Product )

PCODE =311452(Product)

Phép chiếu (Projection operation)

Cho quan hệ r trên R(A1, A2, ,Am) và tập con các thuộc tính X={Aj1, Aj2, …, Ajn}

với j1, j2, , jn là các số nguyên phân biệt nằm trong khoảng từ 1 đến m

Phép chiếu r trên tập thuộc tính X cho kết quả là 1 quan hệ

X(r) = {t |  u r sao cho t = u[X]}

Nếu quan hệ r có bậc là n và có k bộ thì

X(r) có bao nhiêu bậc và bộ?

 Bậc là |X| và luôn có k bộ

15

Project Operation – Example

1 1 1 2

A,C (r)

Phép tích Descartes

 Cho quan hệ r trên lược đồ R(A1,

A2, ,Am) và s trên lược đồ S(B1,B2,…,Bn)

Phép tích Descartes của r và s là 1 quan

hệ trên lược đồ T(A1, A2, , Am, B1, B2,

….,Bn)

r x s = {(t1,t2, ,tm,tm+1,…Tm+n) |(t1,

t2, , tm)  r và (tm+1, …, tm+n)  s }

Nếu quan hệ r có bậc là m, và k bộ

Và quan hệ s có bậc là n và l bộ thì r x s có bao nhiêu bậc và bộ?

 Bậc là m + n và có k x l bộ

18

Cartesian-Product Operation – Example

E a a b b a a b b

E

a a b b r

s

Ví dụ

20

PRODUCT x STORE

Phép tích Descartes

Nếu các quan hệ có tên trùng nhau ?

Id ,Name(STUDENT)x Id,DeptId(PROFESSOR)

Hướng giải quyết:

◦ Đặt tên quan hệ trước thuộc tính bị trùng tên

21

Phép tích Descartes

Hướng giải quyết:

◦ Đặt tên quan hệ trước thuộc tính bị trùng tên

24

25

Biểu thức phức

E a a b b a a b b







10 10 20

a a b

A=C(r x s)

Phép kết 

 -join

Cho quan hệ r trên R, quan hệ s trên S

Gọi T = R  S, các thuộc tính của R khác với các thuộc tính của S,  là 1 phép so

sánh A  R và B  S là 2 thuộc tính có

thể so sánh với nhau bởi phép 

Phép kết  của r và s trên 2 thuộc tính A

và B, cho kết quả là 1 quan hệ q trên lược

đồ quan hệ T bao gồm các bộ t

Q(T) = {t |  tr  r và ts  s với t[R] = tr

và t[S] = ts và t[A]  t[B] }

27

Ví dụ

29

Ví dụ

30

TRANSCRIPT(StudId,CrsCode,Semester, Year, Grade)

Hãy liệt kê tên sinh viên và giáo sư mà ID của sinh viên nhỏ hơn Id của giáo sư

Id,Name(STUDENT) Id<Id Id,Name(PROFESSOR)

[stuid, sudname, profid, profname]

31

Ví dụ

Hãy liệt kê tên các giáo sư dạy môn học

mùa thu 2007 (semester =‘F2007’)

Name(PROFESSOR Id=ProfId

Semester=‘F2007’(TEACHING))

32

Phép kết bằng của r và s trên các thuộc

tính A1, A2,…, Ak và B1, B2,… Bk cho kêt quả là 1 quan hệ trên T bao gồm các bộ:

Q(T) = {t |  tr  r và ts  s với t[R] = tr

và t[S] = ts và t[Ai] = t[Bi],

i =1, , k }

34

Phép kết tự nhiên

(Natural join)

Phép kết tự nhiên của 2 quan hệ r và s

cho kết quả là 1 quan hệ q trên lược đồ

quan hệ T với T = R  S bao gồm các bộ t như sau:

r s = {t|  tr  r và ts  s với t[R] = tr và t[S] = ts }

R và S có thể có thuộc tính trùng nhau

Quan hệ kết quả q không lặp lại các thuộc tính được kết với nhau

36

Natural Join Operation – Example

1 2 4 1 2

a a b a b

B

1 3 1 2 3

1 3 1 2 3

D

a a a b b

a a a b b

Ví dụ: liệt kê danh sách Id của các sinh

viên đã từng học 1 môn học cùng với Id

của giáo sư

id(TRANSCRIPT TEACHING)

38

Natural-Join Operation - Example

Cho R = (A, B, C, D)

S = (E, B, D)

◦ Lược đồ kết quả = (A, B, C, D, E)

◦ r s được xác định như sau:

r.A, r.B, r.C, r.D, s.E (r.B = s.B  r.D = s.D (r x s))

So sánh phép kết tự nhiên và kết

bằng

Thuộc tính kết quả của kết tự nhiên:

StudId, CrsCode, Semester, Grade, ProfId

Thuộc tính kết quả của kết bằng:

StudId, TRANSCRIPT.CrsCode, TEACHING CrsCode, TRANSCRIPT.Semester,

TEACHING.Semester, Grade, ProfId

 Không hoàn toàn giống nhau

41

Nếu muốn tìm sinh viên đăng ký học 15

môn khác nhau thì sao???

42

Phép kết ngoài

(Outer join)

Cho phép các bộ của 1 quan hệ xuất hiện trong kết quả của phép kết cho dù chúng kết được với các bộ của quan hệ khác hay không

Cho quan hệ r trên R, s trên S R S   Gọi T = R  S

44

Outer Join – Example

Relation loan

 Relation borrower

customer_name loan_number

Jones Smith Hayes

Jones Smith Hayes

L-170 L-230 L-155

L-170 L-230 L-155

3000 4000 1700

loan_number amount

L-170 L-230 L-260

branch_name

Downtown Redwood Perryridge

Outer Join – Example

branch_name

Downtown Redwood

Jones Smith

null

Jones Smith

null

loan_number amount

L-170 L-230 L-260

L-170 L-230 L-260

3000 4000 1700

3000 4000 1700

customer_name

branch_name

Downtown Redwood Perryridge

Downtown Redwood Perryridge

loan borrower

Outer Join – Example

null

3000 4000

null

customer_name

Jones Smith Hayes

Jones Smith Hayes

branch_name

Downtown Redwood

null

Downtown Redwood

null

loan_number amount

L-170 L-230 L-260 L-155

3000 4000 1700

null

customer_name

Jones Smith

null

Hayes

branch_name

Downtown Redwood Perryridge

Phép nửa kết 

(  -semijoin)

Phép nửa kết của r và s trên 2 thuộc tính

A  R và B  S cho kết quả là 1 quan hệ

bao gồm các bộ của r mà chúng kết với s theo điều kiện A  B

Phép chia

(Division)

Xét các query sau:

khoa CS (computer Science) đều dạy?

học được dạy bởi các giáo sư của khoa CS?

 Cần tìm ra các bộ của 1 quan hệ khớp

(match) với tất cả các bộ của 1 quan hệ

khác

52

Phép chia

(Division)

Cho quan hệ r trên R(A1,…, An,B1, , Bm)

và s trên S(B1,…,Bm)

Phép chia quan hệ r cho s, ký hiệu r/s với

s   cho kết quả là 1 quan hệ q trên T

(A1, …, An) bao gồm các bộ <a> sao cho đối với mỗi bộ <b> của s , thì bộ <a,b>

thuộc r

<a>  r/s if and only if {<a>} x s  r

53

_a

_b _c

54

Not in r/s

In r/s

Division Operation – Example

s

Ví dụ phép chia

PROFCS Id

101555

CrsCodeCS305

783 009 121

555 101

900

101

M123 M123 EE101

CS305

CS315 MA23

CS305

56

Kết quả của PROFCOURSES/PROFCS

Môn học mà tất cả giáo sư CS đều dạy