bảng câu vấn tin trên các quan hệ và xử lý câu vấn tin trên bảng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGÔ HUY THẮNG BẢNG CÂU VẤN TIN TRÊN CÁC QUAN HỆ VÀ XỬ LÝ CÂU VẤN TIN TRÊN BẢNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên, năm 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn I LỜI CẢM ƠN Những kiến thức căn bản trong luận văn này là kết quả của quá trình tự nghiên cứu trong quá trình công tác và hai năm học Thạc sỹ (2010 - 2012) tại Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên. Dưới sự giảng dạy, đào tạo và dìu dắt trực tiếp của các thầy cô trong trường và Viện Công nghệ thông tin Việt Nam. Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong Khoa Công nghệ thông tin, Phòng Đào tạo, Phòng Công tác học sinh sinh viên, Phòng Đào tạo sau đại học Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên, đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập tại trường. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, lời cảm ơn sâu sắc nhất đối với thầy giáo PGS.TS Lê Huy Thập đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng cho tôi giải quyết các vấn đề trong luận văn. Tôi cũng xin cảm ơn đến các anh chị đồng nghiệp ở Sở Thông tin và Truyền thông tỉnh Bắc Kạn, người thân, bạn bè và các bạn đồng môn lớp cao học CH 9A, đã ủng hộ và giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp. Thái Nguyên, ngày 15 tháng 8 năm 2012 Học viên Ngô Huy Thắng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn II LỜI CAM ĐOAN Với mục đích nghiên cứu, tìm hiểu để nâng cao kiến thức và trình độ chuyên môn để áp dụng trong các bài toán cụ thể trong tương lai nên tôi đã làm luận văn này một cách nghiêm túc và hoàn toàn trung thực. Nội dung luận văn do tự tôi tìm hiểu và hoàn thành. Trong luận văn, tôi có sử dụng tài liệu tham khảo của một số tác giả trong và ngoài nước để hoàn thành luận văn được nêu ở phần tài liệu tham khảo. Tôi xin cam đoan và chịu trách nhiệm về nội dung, sự trung thực trong luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ của mình. Thái Nguyên, Ngày 15 tháng 8 năm 2012 Học viên Ngô Huy Thắng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn III MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN …………….………………….……………………………… I LỜI CAM ĐOAN ………………….………………………………………… II MỤC LỤC ………………….………………………………………………… III BẢNG CÁC KÝ HIỆU …………………….………………………………. V BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT …….…………………………………… VI DANH MỤC HÌNH VẼ …………………………………………………… VII DANH MỤC BẢNG BIỂU ……………………… ……………………… VIII MỞ ĐẦU ……………………………………………… …………………… 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ …… 11 1.1.Khái quát về cơ sở dữ liệu …………………………………… ……… 11 1.1.1. Những vấn đề mà CSDL cần phải giải quyết ……… ……… 12 1.1.2. Ðịnh nghĩa Hệ thống cơ sở dữ liệu (Database Systems) .… 13 1.1.3. Cơ sở dữ liệu quan hệ và lược đồ cơ sở dữ liệu quan hệ …. 14 1.2.Các loại câu vấn tin SQL ……………………………………………… 17 1.3.Phương pháp chuyển câu vấn tin SQL sang câu vấn tin đại số quan hệ AQL 19 1.3.1. Ngôn ngữ truy vấn đại số quan hệ (AQL) ……………….…… 20 1.3.2. Các phép biến đổi tương đương trong đại số quan hệ …… … 22 1.3.3. Thuật toánchuyển câu vấn tin SQL sang câu vấn tin đại số quan hệ AQL 25 1.4.Kết luận chương 1 ………………………………….…………………… 32 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TÁCH GỘP CÁC HÀNG – CỘT 33 2.1. Phương pháp chuyển câu vấn tin đại số quan hệ sang bảng .…… 34 2.1.1. Mục tiêu của xử lý vấn tin …………………………….………… 35 2.1.2. Mô tả đặc trưng của xử lý vấn tin ………… ………………… 35 2.2. Định nghĩa và cách thể hiện câu truy vấn bằng bảng … … 37 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn IV 2.2.1. Cách thể hiện bảng vấn tin đại số quan hệ ………… ……… 38 2.2.2. Độ phức tạp của phép toán đại số quan hệ …………… …… 40 2.3. Phương pháp tách gộp hàng trong bảng vấn tin …………… …… 40 2.3.1.Kỹ thuật Gộp các hàng – cột ……………………… ………… 41 2.3.2. Kỹ thuật Tách các hàng – cột ………………….……………… 44 2.3. Kết luận chương 2 ……………………………………………………… 51 CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG GIẢI BÀI TOÁN CỤ THỂ ……….…… 52 3.1. Cách tính tải trên hàng và các phân hoạch của bảng vấn tin …… 52 3.1.1. Phân hoạch bảng vấn tin………………….…………………… 53 3.1.2. Cách tính tải trên hàng ………………….…………………….… 53 3.2. Phương pháp tìm Cell có chi phí truyền thông lớn …….………… 56 3.3. Thuật toán tạo ra bảng vấn tin tiền xử lý ……………….… ……… 58 3.4. Ví dụ minh họa ………………….…………………….………………… 61 3.4.1. Cây tối ưu cho truy vấn dạng ống có cân bằng tải ………… 61 3.4.2. Thuật toán chia công việc ……………………………………… 61 3.4.3. Mở rộng thuật toán nhát cắt cục bộ cho bài toán POM …… 62 3.5.Kết luận chương 3 ……………………………………………………… 68 KẾT LUẬN ………………………………………………………… ……… 69 HƯỚNG PHÁT TRIỂN …………………………………………………… 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………… 71 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn V BẢNG CÁC KÝ HIỆU ∩ Phép giao  Phép hợp  Ký hiệu thuộc − Phép trừ × Tích đề các  Phép nối  Phép chiếu  Tê ta * Kết nối tự nhiên ÷ Phép chia  Phép và  Phép hoặc  Phép chọn  Tập con Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn VI BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT SQL Structured Query Language – Ngôn ngữ truy vấn dữ liệu CSDL Cơ sở dữ liệu HQTCSDL Database management system - Hệ quản trị Cơ Sở Dữ Liệu AQL Algebraic Query Language (Ngôn ngữ vấn tin đại số) POT Pipeline Operator Tree – Cây toán tử dạng ống POM Pipeline Operator Matrix – Ma trận toán tử dạng ống QH Quan hệ QH i Quan hệ i, i = 1, 2,3,… Ip Isomorphous – Ma trận đặc trưng Cell Ô Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn VII DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Mô hình xử lí thông tin ………………………………………… 11 Hình 1.2. Mô hình hệ thống cơ sở dữ liệu ……………………………… 13 Hình 1.3. Cây đại số quan hệ ví dụ ……………………………………… 31 Hình 2.1. Gộp hai đỉnh i và j thành đỉnh m …………………………… 43 Hình 2.2. Tách hai đỉnh i và j …………………………………………… 46 Hình 2.3. Cắt các cạnh của cây toán tử ………………………………… 50 Hình 2.4. Gộp các đỉnh của cây toán tử ………………………………… 50 Hình 3.1. Cây toán tử tổng quát ………………………………………… 59 Hình 3.2. Cây toán tử đã được tiền xử lí …………………………………. 60 Hình 3.3. Thuật toán nhát cắt cục bộ …………………………………… 64 Hình 3.4. Cây toán tử gốc ………………………… ……………………… 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn VIII DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Bảng quan hệ NHANVIEN ……………………….….……… 15 Bảng 1.2. Bảng quan hệ DONVI ……………………….………………… 16 Bảng 1.3. Bảng quan hệ DONVI_DIADIEM ……………….………… 16 Bảng 1.4. Bảng quan hệ DUAN ……………… ………………………… 16 Bảng 1.5. Bảng quan hệ NHANVIEN_DUAN …… ………………… 17 Bảng 2.1. Bảng vấn tin dạng đại số quan hệ ………………………… 39 Bảng 2.2. Toán tử Collapse (i,j) gốc ……………………………………… 42 Bảng 2.3. Toán tử Collapse (i,j) sau khi gộp i,j ………………………… 42 Bảng 2.4. POM dữ liệu ……………………………………………………. 43 Bảng 2.5. POM sau khi gộp ……………………………………………… 44 Bảng 2.6. Toán tử cut(i,j) gốc ……………………………………………… 45 Bảng 2.7.Toán tử cut(i,j) sau khi gộp i,j ……………………………… 45 Bảng 2.8. Dữ liệu POM …………………………………………………… 46 Bảng 2.9 POM 1 ……………………………………………………………… 47 Bảng 2.9a. POM 1,1 …………………………………………………………. 47 Bảng 2.9b. POM 1,2 ……………………………… ……………………… 47 Bảng 2.10. POM 4 ……………………………………………………………. 47 Bảng 2.11. Ma trận Ip truy vấn ………………………………………… 48 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn IX Bảng 2.12. Ma trận Ip truy vấn mảnh F1 ……………………………… 48 Bảng 2.13. Ma trận Ip truy vấn mảnh F2 ………………………………. 48 Bảng 2.14. Ma trận Ip truy vấn mảnh F3 …………………………… 49 Bảng 2.15. Ma trận Ip truy vấn lớp mảnh F1 ………………………… 49 Bảng 2.16. Ma trận Ip truy vấn lớp mảnh F2 ………………………… 49 Bảng 2.17. Ma trận Ip truy vấn lớp mảnh F3 ………………………… 49 Bảng 3.1. Bảng truy vấn Ip với các phép toán đại số quan hệ …… 54 Bảng 3.2. Các t i và cell ij của Ip …………………………………………… 55 Bảng 3.3. Ma trận Ip tương ứng với cây toán tử gốc ………………… 58 Bảng 3.4. Gộp các cạnh có trọng số lớn đã qua tiền xử lí ………… 60 Bảng 3.5. Ip truy vấn tương ứng với cây toán tử gốc ………… ……… 65 Bảng 3.6. Phân hoạch F1 ………… ……………………………………… 66 Bảng 3.7. Phân hoạch F2 ………… ……………………………………… 66 Bảng 3.8. Phân hoạch F3 ………… ……………………………………… 67 Bảng 3.9. Phân hoạch F4 ………… ……………………………………… 67 Bảng 3.10. Phân hoạch F5 ………… ……………………….…………… 67 Bảng 3.11. Phân hoạch F6 ………… …………………………………… 68 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn [...]... để thể hiện câu vấn tin bằng bảng mà không làm thay đổi về nội dung và kết quả của câu vấn tin Việc làm này sẽ giúp cho máy tính có thể xử lý câu vấn tin dựa vào các thuật toán đã biết trên mảng (ma trận) 2.1 Phương pháp chuyển câu vấn tin đại số quan hệ sang bảng Nhiệm vụ chính của xử lý vấn tin quan hệ là biến đổi câu vấn tin cấp cao (nghĩa là ở dạng phép tính quan hệ) thành câu vấn tin cấp thấp... hiện câu vấn tin SQL bằng bảng trước hết chúng ta chuyển nó sang câu vấn tin đại số quan hệ, sau đó thể hiện câu vấn tin này bằng một bảng gọi là bảng truy vấn Các tiêu đề hàng và cột sẽ là tên các quan hệ cơ sở, các quan hệ trung gian hoặc kết qủa thực hiện câu vấn tin Các Cell sẽ là các toán tử để thực hiện các phép toán đại số quan hệ nhằm sinh ra các quan hệ trung gian Cùng với tiêu đề hàng và cột... liệu quan hệ Trong chương này cung cấp các kiến thức lý thuyết cơ bản những khái niệm về CSDL quan hệ, các loại câu vấn tin và phương pháp chuyển đổi câu vấn tin SQL sang câu vấn tin đại số quan hệ Chương II: Phương pháp tách – gộp hàng, cột trong bảng vấn tin Với những nội dung chính như: Phương pháp chuyển câu vấn tin đại số quan hệ sang bảng và phương pháp tách gộp hàng, cột trong bảng vấn tin Chương... phải chọn một câu vấn tin cấp thấp nào để hạ thấp nhất việc sử dụng tài nguyên nói riêng và tổng chi phí nói chung Câu vấn tin đại số quan hệ được thể hiện bằng một bảng gọi là bảng truy vấn Các tiêu đề hàng và cột sẽ là tên các quan hệ cơ sở, các quan hệ trung gian hoặc kết quả thực hiện câu vấn tin Các Cell sẽ là các toán tử để thực hiện các phép toán đại số quan hệ nhằm sinh ra các quan hệ trung gian... danh_sach_cot]] Câu lệnh SELECT được sử dụng để tác động lên các bảng dữ liệu và kết quả của câu lệnh cũng được hiển thị dưới dạng bảng, tức là một tập hợp các dòng và các cột (ngoại trừ trường hợp sử dụng câu lệnh SELECT với mệnh đề COMPUTE) 1.3 Phương pháp chuyển câu vấn tin SQL sang câu vấn tin đại số quan hệ AQL Từ câu vấn tin SQL, chúng ta chuyển sang câu vấn tin đại số quan hệ bằng cách sử dụng các phép... quyết bao gồm: Cách sử dụng câu vấn tin SQL để tạo, sửa, xóa dữ liệu trong quan hệ Phương pháp chuyển câu vấn tin SQL bất kỳ sang câu vấn tin AQL, sử dụng các câu truy vấn được viết bằng ngôn ngữ bậc cao, qua quá trình xử lý vấn tin các truy vấn đó có thể biểu diễn bằng biểu thức đại số quan hệ mà người dùng có thể hiểu Sử dụng ngôn ngữ truy vấn đại số quan hệ để truy vấn dữ liệu bằng các phép toán... dạng đại số quan hệ) Câu vấn tin phải đạt được cả tính đúng đắn lẫn tính hiệu quả Một biến đổi được xem là đúng đắn, nếu câu vấn tin cấp thấp có cùng ngữ nghĩa với câu vấn tin gốc – tức là cả hai cùng cho ra một kết quả Có nhiều cách để biến đổi một câu vấn tin cấp cao thành các câu vấn tin cấp thấp – nghĩa là có rất nhiều câu vấn tin cấp thấp mang tính đúng đắn và hiệu quả Các câu vấn tin cấp thấp... nối sau Where là các dòng lệnh hoặc phần câu lệnh có dạng . . Replace . < Tên Quan hệ 2>. By ⋈ . // nối các quan hệ thông qua thuộc tính khóa If . pháp chuyển câu vấn tin SQL sang câu vấn tin đại số quan hệ AQL. Từ câu vấn tin SQL, chúng ta chuyển sang câu vấn tin đại số quan hệ bằng cách sử dụng các phép toán đại số quan hệ AQL như:. THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGÔ HUY THẮNG BẢNG CÂU VẤN TIN TRÊN CÁC QUAN HỆ VÀ XỬ LÝ CÂU VẤN TIN TRÊN BẢNG LUẬN VĂN THẠC SĨ. BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Bảng quan hệ NHANVIEN ……………………….….……… 15 Bảng 1.2. Bảng quan hệ DONVI ……………………….………………… 16 Bảng 1.3. Bảng quan hệ DONVI_DIADIEM ……………….………… 16 Bảng 1.4. Bảng quan hệ