Các hệ cơ sở dữ liệu lí thuyết và thực hành tập 1

HỐTHN (Chú biên) HƠ CẮM HÁ Lí T+HuyỂT& T+^ Ự C n+H »Ố.V ; * • rs;, ♦í^ **♦ , ^ • NHA XUẤT BÀN GIÁO DUC Hồ Thuần (Chủ biên), Hồ cẩm Hà CÁC HỆ Cơ Sỏ DỮ LIỆU ■ ■ Lí THUYẾT VÀ THỰC HÀNH Tập ( l a i b a n ỉá t ì t l ì ỉ i b a ) NI IÀ XUẤT BÁN GIÁO DỤC Nhà xuất Giáo dục TP Hà Nội giữ quyền công bố tác phẩm Mọi tổ chức, cá nhản muốn sử dụng tác phẩm hinh thức phải dược dóng ỷ chủ sở hữu quyén tác gè 04 20()9/C’XB/408 21I7/G D Mã sỏ : 7K591li‘) !) I LỜI NÓI ĐẨU rhu' d ủ hiẽĩ, í'íh- lìự ((/ S{ỳ ílữ liệiỉ (lỉự C S D L ì clúiỉ Ỉỉ('ỉi (lìùn \ ủ \ dựỊỉìị ílỉco l út ìỉiơ liìnli ỊỉhiỉỊ t (ỉỊf vù m õ hi/ili ỉỉiạni> líà Miciỉ vào {^iữíi nliữỉi'^ Ịiãiềi 1900, (ỉượí \eỉti ĩlỉitộí ĩlỉc hợ fh ỉ' nìiấỉ i ii(í cúc liợ i/tuifi ỈỈI (()' sõ' iìữ Hệỉi (hệ Q T C S D l.) 'Ịịcịì theo la ĩhé hẹ íhứ lu/i l ác hệ Q T d ^ D L (Ịiiítíì \úy (lựỉỉiỊ theo ỉỉìâ lìiỉìlì (lữ lỉêii iiiiíỉi liẹ ilo E F Cìíi dứ Miủĩ vào ỉiủỉỉỉ 1970 L(i( hẹ Q T C S D L cỏ ỉtiiỉí tiẽiỉ ĩo i lỉỉíi dừ liệu, íruỴ t ùp l ạỊ) ỉỉlỉậr ỉilỉữỉiỉĩ kliôi lượỉi^ Iớ fi í Ỹ //('// f}ìộ ! i ú c h ỉlỉnậỉi lợ i, a n ĨOÙỊỊ v l i i ệ i t c/ttii f íhc hẹ ílúií í áí' hệ Q T C S D L cííĩ (ỈỚỊ) ứ n ^ (ỈKỢi /ỉlìií (■(/// ///// ĩlìập ĩỏ chức i ú( ílữ Iịợ u tiiiiỉi li i íỉ(ỉ í \i ìì\>hiệp ìò ( ìiih 'Ịĩi\ ỉihiứỉi, vói rai írỏ ỉiiịàx i àỉììỉ^ to lớn cùa Tin lỉỌi ỉìOỉii^ nlỉiẽií Ỉĩỉili vực khác nlmií iíà líUn uiy sin/i nltièỉi ứỉii^ ilnỉiíỉ ĩiiới ỉỉotii^ (ỉó I)hâi cỊỉtàỉi li ỉìlìữỉììị (íổi ĩiíợn^ cỏ củii ỉnic' pliứi rụi) Ị ủn íhiỉì, Ufìì ílianli, hì/ili ànlỉị \'í/ (íộỉì\ị ịcá c í hươn^ Ỉrìỉilỉ, ĩỉiỏ phòỉiịịị troNiỊ nliữỉii' ỉuhỉi 1990 (Ííĩ Aỉtúí liiệỉi tìiộỊ thê hệ ĩìiứ ÌHỈ ( íH' hẹ Ọ T C S D L - i á( hệ "liKỚỉì^ dổi ĩưỢỉìKị" cố kliù hồ ỉrợ cải ữiỉ^ (lụỉisỉ pliưoỉii' íiệỉỉ ịĩniilĩÌỊỊìCiliíi ì- Q ĩỉ ìnlì pliúĩ ĩriến i iìa /lệ Q T C S D L dỉíỢc ĩrìtih h()x s ìtíợc ĩrcỉỉ riuiì> cíù (lé clỉo íiáy việi t/ỉfảfỉ ĩrị C S D L (hĩ (ỉi ĩử íúỉi' íliuỉi^ tỉiủx ỉiìih chnvớn Ììiệĩ (tè írờ ỉhànli NIỘĨ íliàỉh pliiin ỉntỉi^ fùnì cùa ỉnộĩ nioi íỉ iíùìii^ Ỉỉỉilì ĩn ìiiựn ílt ỉi Chinh vi yậy viợí- ĩiun^ị hị i ’á( kiếỉi ỉhứi nên ỊÙị ị \* \'i i ih' hệ C S D L í ho {'ác siỉìh viứn Ihìc ÌÍỈO (tdniị vù (tại lìọc d ã f ĩ thành /ỈI p h a n íỊtii trisị troỉỉiỉ _iìiúo dục tạo vể kltỉlìoc ttìáx ỉinlt tVục dich í ùa ^iủo íiÌỊịli " Cái Ììệ í s (lữ liệu: Li íliu vi'} \’í/ fììựí lìủnli" nhíhỉi ỉrìnlỉ l)ủy ctH- khái ỉỉiẹỉìì ĩlìĩ ĩốỉì ( s c iiíỉ (/ỉtản ĩ ỉ ị C S D L h(j(ỉ i^ồĩỉì: íá(\fìiâ liinh d ữ ỉiệii vù iá i ìit' C>L)L íii'(yn^ ứỉìiị, CÚI ỉì\ịỏfì ìi^ữ C S D l., ĩơ c /ỉửi' liíu ỉrữ vủ tìỉìì kichi, \ n V() ĩổi ưỉi hóa i iìỉi lói, lỊiuiỉi lí i^iíỉo íac vù clicn kliien tiíơtìs* ĩrnỉìlì, ỉliicỉ ki' ( ủi (Íụí l^'(ỉỉ!íỊ c/ií ú íỉ ì ỉ ỉ h l ĩ i c n S O Í U Ì ('lỉúỉii^ t ò i ( h ì ( ỉ ự a í t/í hệ C S D L v o n ọ i í h n ỉ ^ c h ỉ í Ị ì ^ íf i n l ì i ' ú a i n ỏ f ì h ọ c liỉệ/i líỉiii' (ỉĩíỢi iịiàfì\ị í/ựv ĩại ĩntòỉìiị D ại học ĩroiìiị ỉiiùii , dổỉỉi' ĩliòi ( ũtiiỊ i ó phiiỉỉ (hỉh nộĩ sơ ĩliủnli ỉựií ìììới í iia c ỏ n ^ ỉi^lìệ CSDL M ộ ĩ sỏ í hươỉii' Ỉrìỉili ỉịiíiỉỊ{Ị (lạy vê CSD L t ii(j í'ỉỹ: C S / (dirợí ỉlỉièì kè cììo cúi sinli viên i h i s ílụuíỉ i'(H' hệ CS D L, kliơn^ị ỉìlỉâĩ ĩlìiêí Ị)híJi cui (íặĩ ỊỊìộí liệ QT C SD L) , CS 245 (lủ ỉìiột ỉỉliập /nó/i i lìo cài dặĩ ffiộĩ hệ QTCSDL), u ho cúc sinli viên nuiỚN (li sâii \ủo li íliirvêí l lỉự C S D L ) , CS34(ì (cíè án cài (Íậí ìỉỌ Q ỉ C Ỉ U L ',, C S J4 / yiao túi' vủ C S D L pliiỉ/ỉ ĩáiìì clỉọnlọi' cúi ỉiội dìin^ dìki \\)o ^iáo ỉrinìỉ cíưực i lỉú/ỉi^ tơi thiiỉỉi kháo lỉê ( ỉUÌi) ỉ! inh " i '(H lw I () \ sõ thiêu Xitc Đói hẹ so clioii cũnt: cỏ thò dươc suy từ nliCnií: đặc Irinm thu()c lính A Giáim hạn ncii A klioa ilii s , (k) có llie điRKc ưck: Iưiíiií: l/ii Khi C l hội hay tuvcn cùa nhicu dicu kieii tli liẹ số chọn cũim phụ ihiióc vào nhĩmí: phụ thuịx: eiữa thuỏc tính liên lịUaii d i n i i lian, ncLi ciicu kiộii " ( A OỊ) a) A ( B a p b) '■ \ c c i hi iộc t í n h A B đ(>c l ậ p ihì liẹ so ciion có lliế dược ước lưíyiit: ià r iié p chicu n ^ 1.1 , (R).Sn ,^,|,(R) ^ (R) ,\ét inrờiií: hơp hộ dư đươc lã)' Nói ch ung việc ước lượng kícli thước kẽi t|ii;i cua pliép chicii khó Tuy Iihicn có nhiẽii trường lurp dặc hiệt, việc ưức lượng có thc dươc tièn hành iưcyiig dòi \ c / 7ívV/;s< Ìiọ-Ịì ị : j A , A, I niộl siêu khố 'lYoiig trường lurp khõnu có ilir \ a d o đ ó s ò hơ troiis ĨÌa \ ( R ) v ẫ n II CỊII \ị k í c h t h c c u a \ị Ĩ1 > , ( R ) traiìi! (n.(X\ ilcimth (A,)))/kích íỉìirớc irang, dó lciií:th(A,) kí hiệu số bytcs dc bicii ciièii c.íc uiá Irị cua A / nrừni^ hợp { = 1, có nghĩa kct cua pliép chiêu chi chứa lìiộl thuộc tính Khi dó số lỉt)niz két q u a \ è số uiá trị phân hiệt irona còt A cúa R, kích thước kết qua linh theo Iranu sc banu disK Aj ).lcnetlì( A | )/ kích tlìirức Iraiiy Mỏt í ỉ irò ỉìi^ lìỢ Ị) t ỉ ì u o c lin l) c ò n l.ii K h i Ironu c c llìuộc lính A đ ó s ó b ộ c u a k c l c Ịu a c h n u l ian, < J < t, x c đ ị n h h m c c d i s l ( A j ) , c ù n k íc l i llu r t c ủ a k è t tỊu t ín h theo tranu là; dist(Aị) (X\^ịlcnutỉì (A,))/kícli thước trang Tì Hoỉiy liỢỊ) 4: 'l al ca cạc Ihiiỏc nnli tlcii dộc lập Khi số cùa kci qiià ước luọnu dc dàim 'riií du V(')i t =: 2, so cló hãnu: n.(JisU Aị )/ii + Jisl(A )/ii - disl(A| ựíì.disK Ao/n) = disl( A | ) + disl{Aj) - disUA,).disl(A,)/n S;ui clã U(Vc lươim đirơc số bộ, kích thước kẽí qiul đươc xác địiih dỏ dà ng nìỏi ho iKìiiii kct t| có độ dài banu I', ịlciigth í A j Vhiĩị) kc*t nòi R [> t|uan hẹ tưcíiig đirơniĩ vứi biêu tliức dã cho đirưc irớc lượiig có chi phí Ihirc lỉii nlio luTii Có thê dù ng quy tac biên dổi tưimg dưmig đế tạo sinh cách hệ tỉiốne lâl c;i bicu ihức tiKíiig dương vứi câu hỏi dã c ho chọn bicu tliức với chi phí nhó nhát (re nhất) Các phươiig án dịnh giá khác nhaii cho bièu thức ^lìiie có Ihe dược tạo sinh b(Vi quy tắc lir aig tự có thc chọn phưưng án rc Iihãl trơn tất ca bicii thức Có Iihiéu kì thuật tối ưu đc làm giám số bicu thức phirưim án cần dưựe lao siiih ra, 207 ‘I* ( ’() lliõ dìiim ciíc iKnirislic dè làm ui;ini sò plurcyiii; án cẩn điroc \CI 11 \ c l v;i clo ttd làm eiiim clii plií cua lói ưu liố CVic qii\ lãc houristic dc biõn clỏi c;ic câu hoi cl.ii so qiiiiii hẹ hao eổiii: n u r c liiọii plicp chon s(Vm Iiiiáì C() tliẽ; n i ự c liiỌii SDIII cac phópcliièu; Tránh lích Dcscarlcs c Ả lỉ HOI ƠN T Ậ P ( H l ()N (; Muc clích cua lòi ưu hố câu liDi nniặt Iiuữ lối ưu hoá câu lioi pliai đươc liicii thê cho cỉiiiiu ’ Trình bày giái ihícỉi đ v tlii bước troni: cỊiiá tiìiih \ ứ lí càu hoi d.iiii: luot scí dỏ Hãv clii bưíVc C(y sơ qiiá trình dó Chi phí dịnli giá cho mỏt cãu hoi cần dược clo tlico lài imuycn ĩiào ? Troim so dó chi plií có lính cliál chi phối ? Trone hệ C S D L phàn tán hay song SOII” can phai lính thẽni chi phí Hãy hieii diền quy tác hicn đổi inỏt hicii thức đại sò qiuui liẹ ihàiih niot hicu thức tươiiíỉ đưmm dưứi clạiiẹ lìliữim cặp cãy dại sỏ urưng clirưiig Mỏt sò kl thuạt tói ưu liố cãii hoi lìm cách tliưc liiệii mrớc hết phép lốii Iihãiii t h u n h ỏ k í c h i h ir ớc c u a c c q ii i h ệ c ỏ m ậ t I r o n g c â u h o i N h ữ n g p h é p t o n Iiliir v ậ y , ngồi phép cliọn chiêii ra, có pliép Iiửii kõt Có ihõ xom phép nưii kòl noi Iihư mội phép cliọn suy r ỏ n s clirợc khóim ? '1’ại Từ \ ịệc ntihiên cứu phưiriig pháp lối ưu hố loịỊÌc/ phép viõt lại, có Iliò rúi r;i nhĩriit: kêt luận quan Iroiig ÍZÌ Cách liếp cạii có du đế ihii dược niõt pliư(tn” ;iii thirc thi V(VÌ chi pỉií nh(i nliát khong ■’ Tui '^ao ’’ 'l ìo n s lỏi iru hcKÍ vạt lí, can cỊiiaii lãm lới nliữiiu vàn đc '.'Tại việc ước lirơni: kích thirớc' kẽl qiui truiií: i:ian Iroiiị: việc xứ lí càu lioi hii c;'in Ihiẽt c h o viỌc xác định pturơiiiz án thực ihi lõi ưu s Như dã biôt, có Iihicii ihuặt tốn clc tính kèt nòi cua h;ii qiiali hộ Mày cho biêl Irong mrờnii hựp dìiiii: thuật tốn lìi lliích liợp :o s BÀI T Ậ P C H Ư Ơ N G Xét quan hệ r,(A, B, C), r^íC, D, E), rj(E, F) với khố theo thứ tự A, c E Giả sử r, c ó 1000 bộ, Ĩ có 1500 r, c ó 75 Hãy ước lượng kích thước r, [> < e E , - E | > < ] e E ) Hãy giái thích xem áp dụng chúng n o đê cải thiện hiệu quà sơ câu hỏi Hãy cho thí dụ chứng tỏ cách tiếp cận tối ưu hoá heuristic dựa đại số có th ể dẫn tới m ộ t phương án thực thi tồi Chứng minh rẳng: a) Với quan hệ r„ r,, r„ có 12 cách thứ tự kết nối khác để tính r, í>HỐ); SẢN_PHẨM (SHRV, SIINSX) G iả i tliídi : SHNSX: số hiệu nhà sản xuất, SHNU: số hiệu người uống, SHRV: số hiệu rượu vang a) Hãy viết câu hỏi ọ sau SQL: “Cho biết tên vùng nho loại rượu vang sản xuất bời nhà sản xuất Bordeaux vào nãm 1976 có đ ộ rượu k h n g 14 đ ộ ” 10 b) Lập đồ thị liên kết quan hệ, đồ thị liên kết thuộc tính câu hỏi rcn c) Biểu diễn câu hỏi đại số tiến hà nh tối ưu hố cách đưa phép chọn chiếu xuốn g thấp d) Dùng phép tách để làm xuất ph ép c h ọ n nửa kết nối câu hỏi ọ T À I L IỆ U T H A M K H Ả O 111 A ho A.V., Sagiv Y., U llm a n J.D., “ Equivalences a m ong relational exprcssions”, SI AM J o u m a l o f C om put ing , vol.8, n"2, pp 218 - 246, June 1979 |2 | c.odd , E.F, “ A relational model for large shared data b a n k ”, C om m , A C M 13:6, pp 377 - 387, 1970 |3 | Date C.J., “ A n intrtxiuction to database s yst em s” , seventh edition, Addison VVesley, 2() 00 |4| Hiiiaiice B., Ga rdarin G., “ A rule - based query optimizer with adaptable search strategies”, Data and K no w le d ge Engineering, North Holland Ed., vol.3, n”2, 1994 |5| Gardarin G., "Bases de n n é es objet & relational”, Eyrolles, 1999 |6| Graeíc G., " Q u e r y evaluation techniques for large databas es”, A C M Computing Surveys, vol.25, n"2, pp.73-170, June 1993 |7| Hector G a rc ia - Monila, U ll m a n J.D., Jennifer W id o m “ Database Systems: The complete Book", Prentice - Hall, 2002 ỊSi Jarke M., K oc h J., “Q u e ry optimization in database systems", A C M Computing Survcys, vol.16, n “2, pp 11 ỉ-1 52 , June 1984 | ‘;)| King J.J., “ QUIST: A system for semàhtic query optimization in reỉational databas cs”, Proc 7"’ Intl Conf on Very large Databases, Cannes, Prance, I E E E E Bd., p p - , Scpt 1981 I !i)| Licn, Y.E, "On the equivalence of database mtxỉels ", J ACM, 29:2, pp 33-362, 1982 111 { Maicr, D , "'llie theory of Relationaí Database ", Co mp ute r Science Press, Rckville, Md 1983 |12| Rosenkrantz D J., Hunt H B., "Processing conjunctivc predicates and querics", ỊVoc 6th Intl Conf on Very large Databases, Montreal, Canada, IEEE ed., Scptember 1980 | I | s Abiteboul, R Hull, V Vianu, "Poundation o f database", Addison, NVesley Publishing C o m p a n y , 1995 |14| Sniith J.M., C han g P.Y., “Optimixing the performance o f a relational algebra database interface”, C o m m A C M , vol.18, n"10, pp 68-79, 1975 [ 15| A Silherschat/ H F Korth, s Sudarshan, "Database system concepts", Third Hdition, McGravv-Hill, 1997 [15| Ullman J.D., “ Principles of database and knovvledge-base systems", vol and lỉ, Com pute r Science Press, 1988 211 | | y i l i n a n J.D., “ Principles of Database Sy st em s” , C o m p u te r Science Press, Rockville, Md, 1982 [18] U ll m a n J.D., J VVidom “ A first course in Da tabase Systems", Prentice - Hall, I9*‘) [19] W o n g E., Youssefi K., “ Decomposition - A strategy for qu e ry P r o c e s s i n g ” , ACN' TO D S, vol.l, n"3, September 1976 [20] Yu C.T., M en g w , “ Principles of Da tabase Ọ u e ry P r o c e s s i n g for advancec applications” , M org an Kaufmann Publishers, Inc., 1998 ^ [21] Zloof, M M., "Query-by-Example: a database l a n g u a g c ’', IBM Systems J 16:4, Pf 32 4-3 43, 1977 212 MỤC LỤC Lời nói đẩu Chưong Khái quát hệ sở dữliệu 11 CSDL ? Tại cẩn tới hệ CSDL ? 1.2 Kiến trúc ba mức hệ CSDL 1.3 Lược dồ cứa C SD L 1.4 Sự độc lập c liệu 1.5 Những cách tiêp cận C SD L 10 1.6 Hệ quán trị sò liệu 17 1.7 Vai trò người hệ CSDL 26 T ó m tát cuối chưưng 28 C àu hỏi òn tập ch n g 29 Bài tập chưưng 30 Chương Mô hình thực thể ■liên kết 31 2.1 M hình d ữ liệu khái niệ m bậc cao trình thiết k ế CSDL 31 2.2 Các thành phần bán c m hình thực thể - liên kết 33 Một số vấn để phát sinh thiết k ế m hình thực thê - liên kết 38 2.4 Các ràng buộc kiểu liên kết 40 2.5 TTiực ihế yếu 42 2.6 Biểu đổ thực thể - liên kết 43 2.7 Các tính chất m rộng c ủ a m hình thực thể - liên kết 46 2.X Thiết kế lứực đồ thực Ihể - liên kết 50 2.9 Một ví dụ vể thiết k ế lược đồ thực thể - liên kết 51 T ó m tắt cuối chương 54 C âu hỏi ôn tập ch n g 55 Bài tập chương 55 213 Chưdng Mơ hình iiệu quan hệ sở liệu quan hệ 58 3.1 Các khái niệm c bán 3.2 Ngôn ngữ đại sô quan hệ 69 3.3 Ngòn ngữ tân từ (Các phép tính quan hệ) K4 3.4 So sánh đại số quan hệ phép tính quan hệ 91 3.5 Khung nhìn (View) T óm tát cuỏi chưưng Câu hỏi ôn tập chương Bài tập chương ^^4 ChuOng Ngôn ngữ SQ L 100 4.1 Giới thiệu SQL 100 4.2 TTiao tác liệu H)3 4.3 Định nghĩa liệu 123 4.4 Cấp phát thu hồi quyền truy cập CSDL 128 4.5 SQL nhúng 1-^0 T ó m t t cuỏi c h ư n g 1^2 ('â u hỏi ôn tàp chư ơng 133 Bài tập chương 133 Chương Tổ chút vật ií sở liệu 136 5.1 Các khái niẹm sở 136 5.2 Tổ chức chi mục (Indcxing) 150 5.3 Tổ chức B+ 5.4 Phép bãm (Hashing) 167 T ó m tát cuối chương 175 C áu hỏi ôn tập chưưng 176 Bài tập chương 176 214 C h n g I , M u ^ xử l i v tòi u h ó a c u hỏi tl.m I S ( 'ac lìu ic \\cu ciia i HÌI ho.i ị\)\ ini lu>á loLĩic hii\ p l ì c p \ ictlai Ív4 (Vic U)áii tử vãi lí I'oi 7S irii lì oa lỉẽii co' I oni !al cuoi chưoriỊi ( iiii hoi on ỉ a p 1S2 ISS 1^)4 SO' u'ov Uitíiiỵ clii p h í 204 207 2í)íS Hai la p chiriỊí 2W T ài liệu t h a m 211 k h ả o Chịu trách nhiệm xuất h ùn : Chú tịch H Đ Ọ T kiêm T ổ n g Giám đốc NGÔ TRẦN i Phó Tổng G iá m đốc kiê m Tổ ng biên tập N G U Y Ễ N q u ý t h a o To ( hức hán llicio vủ cliỊii li (í( lì Ii l i i ự n ì Iiọi íliiin’; r.iáiii dốc N X B G D tai TP Hà Noi P H A N KH l íiẢl Biên tập lán dầu ; N G Ô ÁNFI T U Y Ế T Biên tập tái hảii N G U Y Ễ N THI N G U Y Ê N T H U Ý T rìn h hủv bìa : TRẦN THUÝ HẠNH Clìé hảii : T R Ầ N THI BÍCH V Â N CÁC HỆ C S ỏ DỮ LIỆU - TẬP MỘT Mã số: 7K591h9 - D A l In 1.000 (QĐ : 03) khổ 19 X 27 cm In Công ty In - Thương mại TTXVN Địa ch’ : số 70/342 Khương Đình, Hạ Đình, Thanh Xuàn, Hà Nội Sô' ĐKKH xuất : 04 2009/CXB/408 In xorg nộp lưu chiểu tháng năm 2009 2117/GD ... m ò hình (dữ liệu) vật lí Các m hình iogic tập Irung vào bán chất logic bièu diễn liệu, tập trung 'ào dưưc biêu diẻn CSDL, CÒ !1 gọi mơ hình liệu bậc cao Các mò hình vật lí tập trung vào nhĩmg... vật lí dùng đê m ó tà liệu mức Hầu hết hệ sở liệu dùng hệ sở liệu dựa mỏ hình quan hệ Tliỏng tin nhữiig hệ sở tổ chức báng ngôn ngữ SQL ngơn ngữ thòng dụ ng nhát chúng Các hệ quàn trị CSDL thirèíiig... phưoiiịỊ I1 ỨC Ịhix-iiitưi 1' S/ Cìiaodiộn bẽn Iigii tới cac đòi tương vãn t:iữ Iitiiiycii khỏng thay dổi Kliác với thực ihê I 11 liìiih E-R, mỏi đòi tươiiu C(') lính dỏnt’ nhát 11 011 1: dộc lâp