Introduction to Database System --SQL

A, SQL Query Language Overview

view

• Derived from one or several basic Table
• Only the database view definition stored without storing the data corresponding to the view
• A view is a virtual table
• The user can then view on the view defined

Base table

• The mere existence of a separate table
• In a SQL table substantially corresponds to a relationship
• One (or more) substantially corresponds to a table storage file
• A table with a number of indexes can be

File storage

• Logical structures within the relational database model
• The physical structure of the user is shielded

Second, data definition

2.1 Data Types

You need to specify the data type and length defined attribute table

2.2 Mode

• A database can create multiple modes
• A pattern typically comprises a plurality of the tables, indexes and views database objects
• Each one basic table belong to a certain pattern

2.2.1 Custom mode

Mode definitions actually define a namespace , the pattern can define the database objects contained in this space, for example the base table, view, index, etc.

create schema <模式名> [<模式元素>...]
/*
创建一个以<模式名>命名的模式，并可以在创建模式的同时为该模式创建或不创建模式元素
模式元素可以是表定义、视图定义、断言定义、授权定义等
该格式可在以后用授权语句向其他用户授权访问创建的模式
*/

--或
create schema [<模式名>] authorization <用户名> [<模式元素>...]
--将创建的模式授权于<用户名>指定的用户。当<模式名>缺省时，用<用户名>作为模式名

Example: User Zhang to create a model test, and in which is defined a table tab1

create schema test authorization Zhang;

create table tab1 (
    col1 smallint,
    col2 int,
    col3 char(20)，
    col4 numeric(10,3),
    col5 decimal(5,2)
    );

2.2.2 Delete mode

drop schema <模式名> cascade|restrict

cascade（级联）
--删除模式的同时把该模式中所有的数据库对象全部删除
restrict（限制）
--如果该模式中定义了下属的数据库对象（如表、视图等），则拒绝该删除语句的执行

Delete mode case established

drop schema zhang cascade;
--删除模式 Zhang，同时该模式中定义的表 tab1也被删除

2.3 Basic Table

2.3.1 defines the basic table

create table <表名> (
    <列名> <数据类型> [default <缺省值>] [列级约束定义],
    <列名> <数据类型> [default <缺省值>] [列级约束定义],
    ...,
    [<表级约束定义>, ..., <表级约束定义>]
    );

--表名：基本表的名字
--列名：组成表的各个属性

--列级约束定义
    [constraint <约束名>] <列约束>
    --常用的列约束：
    --not null：不允许该列取空值
    --primary key：指明该列是主码，非空、唯一
    --unique：该列上的值必须唯一，即该列为候选码
    --check (<条件>)：指明该列的值必须满足的条件，<条件>是一个涉及该列的布尔表达式

--表级约束定义
    [constraint <约束名>] <列约束>
    --常用的表约束：
    --primary key (A1, ..., Ak)：属性列 A1, ..., Ak构成该关系的主码。当主码只包括一个属性时，也可以用列级约束定义主码
    --unique (A1, ..., Ak)：属性列 A1, ..., Ak上的值必须唯一，即 A1, ..., Ak构成候选码。当候选码只包括一个属性时，也可以用列级约束定义主码
    --check (<条件>)：说明该表上的一个完整性约束条件，<条件>是一个涉及该表一个或多个列的布尔表达式
    --foreign key (A1, ..., Ak) references <外表名> (<外表主码>) [<参照触发动作>]：属性 A1, ..., Ak是关系(表)的外码，<外表名>给出被参照关系的表名，<外表主码>给出被参照关系的主码，<参照触发动作>说明违反参照完整性时需要采取的措施

--如果完整性约束条件涉及到该表的多个属性列，则必须定义在表级上，否则既可以定义在列级也可以定义在表级

Example: the establishment of a "course" Table Course

create table Course (
    Cno char(4) primary key, --Cno是该表的主码
    Cname char(40),
    Cpno char(4),
    Ccredit smallint,
    --primary key(Cname,Cpno), "Cname,Cpno共同构成了该表的主码"
    foreign key (cpno) references course(cno)
    );

2.3.2 modify the base table

alter table <表名>
    [ add [column] <列名> <数据类型> [列级约束定义] ]
    [ alter [column] <列名> {set default <缺省值>|drop default} ]
    [ drop [ column ] <列名> {cascade|restrict} ]
    [ add <表级约束定义>]
    [ drop constraint <约束名> [cascade|restrict] ]

--add：增加新列、新的列级约束定义和表级约束定义
--drop column：删除表中的列
--cascade：自动删除引用了该列的其他对象
--restrict：如果该列被其他对象引用，关系数据库管理系统将拒绝删除该列
--drop constraint：删除指定的完整性约束条件
--alter column：修改原有的列定义，包括修改列名和数据类型

2.3.3 Delete base table

drop table <表名> [restrict|cascade]
--删除基本表导致存放在表中的数据和表定义都将被彻底删除

2.4 Index

The purpose of indexing: speed up queries

2.4.1 Indexing

--索引可以建立在该表的一列或多列上，各列名之间用逗号分隔
create [unique] [cluster] index <索引名> 
    on <表名> ( <列名> [<次序>], ..., <列名> [<次序>] )

--表名：要建索引的基本表的名字
--次序：指定索引值的排列次序，升序：ASC，降序：DESC。缺省值：ASC
--unique：此索引的每一个索引值只对应唯一的数据记录
--cluster：表示要建立的索引是聚簇索引

Example: for students - Student course database, Course, SC three tables indexed. Student table in ascending order by student number to build a unique index, Course table in ascending order according to the course to build a unique index number, SC table in ascending order by student number and the course number descending to build a unique index

create unique index Student on student(sno);
create unique index Course on course(cno);
create unique index SC on sc(sno asc, cno desc);

2.4.2 Delete Index

drop index <索引名>
--删除索引时，系统会删除索引结构，并从数据字典中删去该索引的定义

data query

select [ all|distinct ] <选择序列>
from <表引用>, ..., <表引用>
[ where <查询条件> ]
[ group by <分组列>, ..., <分组列> [ having <分组选择条件> ] ]
[ order by <排序列> [ ASC|DESC ], ..., order by <排序列> [ ASC|DESC ] ]

--select子句：指定要显示的属性列
--from子句：指定查询对象（基本表或视图）
--where子句：指定查询条件
--group by子句：对查询结果按指定列的值分组，该属性列值相等的元组为一个组。通常会在每组中作用聚集函数
--having短语：只有满足指定条件的组才予以输出
--order by子句：对查询结果表按指定列值的升序或降序排序

Meaning a SQL query

1. Cartesian product is generated from relationships listed in clause
2. Application of the results of step 1 in the where clause specified predicate
3. Step 2 Results for each tuple in the result, the output attribute specified in the select clause or expression

Third, the single-table queries

The relationship between an input query is listed in the from clause, where performed on these relations and select clause specified operation, as a result eventually produce a relationship

A plurality of column selection table 3.1

3.1.1 query specifies column

--找出所有教师所在系的系名
select dept_name
from instructor;

3.1.2 All queries column

All column names are listed in the back of select keywords, or <target column expression> is specified as *, means "all properties"

--选中 instructor中的所有属性
select instructor.*
from instructor,teacher
where instructor.ID = teacher.ID;

--select * 表示 from子句结果关系的所有属性都被选中，即 instructor,teaches的所有属性都被选中

3.1.3 After calculation of the value of the query

select子句的 <目标列表达式> 可以是关系的属性，也可以是表达式 ，但不会导致对关系的任何改变

select salary-5000
from instructor;

3.1.4使用列别名改变查询结果的列标题

select Sname aName, 'Year of Birth:' Birth, 2014-Sage Birthday, lower(Sdept) Department
from Student;
--aName，Birth，Birthday，Department是别名

3.1.5更名运算

• from子句中的多个关系中可能存在同名的属性，导致结果中出现重复的属性名
• 如果在 select子句中使用算术表达式，结果属性就没有名字
• 想改变结果中的属性名字

as子句既可以出现在 select子句中，也可以出现在 from子句中

--对于大学中所有讲授课程的教师，找出他们的姓名以及所讲述的所有课程标识
select T.name, S.course_id
from instructor as T, teaches as S
where T.ID = S.ID;

--使用 as语句重命名结果关系中的属性：old_name as new_name

3.2选择表中的若干元组

3.2.1消除取值重复的行

SQL允许在关系以及SQL表达式结果中出现重复，如果想强行删除重复，可在 select后加入关键词 distinct，缺省为 all

select Sno
from sc;
--等价于
select all Sno
from sc;

--指定关键词 distinct后消除重复行
select distinct dept_name
from instructor;

3.2.2查询满足条件的元组

select name
from instructor
where dept_name='Comp.Sci' and salary>70000;

3.3 ORDER BY子句

可以按一个或多个属性列排序
升序：ASC；降序：DESC；缺省值为 ASC
例：查询选修了3号课程的学生的学号及其成绩，查询结果按分数降序排列

select Sno, Grade
from SC
where Cno='3'
order by Grade DESC;

3.4聚集函数

• 统计元组个数 count( * )
• 统计一列中值的个数 count([distinct | all] <列名> )
• 计算一列值的总和（此列必须为数值型）sum([distinct | all] <列名> )
• 计算一列值的平均值（此列必须为数值型）avg([distinct | all] <列名> )
• 求一列中的最大值和最小值 max([distinct | all] <列名> )，min([distinct | all] <列名> )

sum和 avg的输入必须是数字集，其他运算符可作用在非数字数据类型的集合如字符串

3.5 GROUP BY子句

group by子句中给出的一个或多个属性用于构造分组，group by子句中的所有属性上取值相同的元组将被分在同一组

--找出每个系的平均工资
select dept_name, avg(salary) as avg_salary
from instructor
group by dept_name;

分组情况：

最终结果：

任何没有出现在 group by子句中的属性如果出现在 select子句中，只能出现在聚集函数内部，否则该查询错误
having短语与 where子句的区别

• 作用对象不同
• where 子句作用于基表或视图，从中选择满足条件的元组
• having 短语作用于组，从中选择满足条件的组

四、多表查询

同时涉及两个及以上的表的查询

4.1等值连接与自然连接

等值连接：关系R、S，取两者笛卡尔积中属性值相等的元组，例如 R.A=S.B，R.B=S.B
自然连接：特殊的等值连接。运算作用于两个关系并产生一个关系作为结果，在相同属性上进行相等比较，并投影去掉重复属性

列出属性的顺序：先是两个关系模式中的共同属性，然后是只出现在第一个关系模式中的属性，最后是只出现在第二个关系模式中的属性

--from子句中可以用自然连接将多个关系结合在一起
select A1, A2, … ,An
from R1 natural join R2 natural join … natural join Rm
where P;

4.2自身连接

自身连接：一个表与其自己进行连接
由于所有属性名都是同名属性，因此属性前必须给表起别名以示区别
例：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;

五、嵌套查询

5.1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

相关子查询：子查询的查询条件依赖于父查询

1. 首先取外层查询中表的第一个元组，根据它与内层查询相关的属性值处理内层查询，若 where子句返回值为真，则取此元组放入结果表
2. 然后再取外层表的下一个元组
3. 重复这一过程，直至外层表全部检查完为止

5.2带有 in谓词的子查询

谓词 in测试元组是否是集合中的成员，集合由 select子句产生的一组值构成

--找出在2009年秋季和2010年春季学期同时开课的所有课程
select distincy course_id
from section
where semester = 'Fall' and year = 2009 and course_id in (
                                                        select course_id
                                                        from section
                                                        where semester = 'Spring' and year = 2010
                                                        );

in和 not in操作符能用于枚举集合

--找出"Mozart"和"Einstein"之外的老师
select distincy name
from instructor
where name not in ('Mozart','Einstein');

5.3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< >）
“至少比某一个大”用 > some表示

--找出至少比 Biology系某一个教师的工资高的所有老师的姓名
select distinct T.name
from instructor as T, instructor as S
where T.salary > S.salary and S.dept_name = 'Biology';
--注意这里 as语句的用法

select name
from instructor
where salary > some (
                    select salary
                    from instructor
                    where depr_name = 'Biology'
                    );

“比所有的都大”用 > all表示

--找出比 Biology系所有教师的工资都高的所有老师的姓名
select name
from instructor
where salary > all (
                    select salary
                    from instructor
                    where depr_name = 'Biology'
                    );

5.4带有 exists谓词的子查询

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

六、集合查询

intersect, union, except分别对应交、并、差运算，均可以自动去除重复，若想保留重复只需在后面加上 "all"

6.1交运算

--找出2009年秋季和2010年春季同时开课的所有课程
(
select course_id
from section
where semester = 'Fall' and year = 2009
)
intersect
(
select course_id
from section
where semester = 'Spring' and year = 2010
);

--结果中出现的重复元组数等于在 c1和 c2中出现的重复次数里最少的那个

6.2并运算

--找出2009年秋季开课，或2010年春季开课，或两个学期都开课的所有课程
(
select course_id
from section
where semester = 'Fall' and year = 2009
)
union
(
select course_id
from section
where semester = 'Spring' and year = 2010
);

--结果中出现的重复元组数等于在 c1和 c2中出现的重复元组数的和

6.3差运算

--找出2009年秋季开课但不在2010年春季开课的所有课程
(
select course_id
from section
where semester = 'Fall' and year = 2009
)
except
(
select course_id
from section
where semester = 'Spring' and year = 2010
);
--except运算从其第一个输入中输出所有不出现在第二个输入中的元组

--结果中出现的重复元组数等于在 c1中出现的重复元组数减去 c2中出现的重复元组数（前提是结果为正）

七、基于派生表的查询

子查询不仅可以出现在 where子句中，还可以出现在 from子句中，这时子查询生成的临时派生表成为主查询的查询对象
如果子查询中没有聚集函数，派生表可以不指定属性列，子查询 select子句后面的列名为其缺省属性

--找出系平均工资超过50000美元的那些系中教师的平均工资
select dept_name,avg_salary
from (
    select dept_name,avg(salary)
    from instructor
    group by dept_name
    )
as dept_avg (dept_name,avg_salary) --括号外是表名，括号内是属性名
where avg_salary > 50000;
--子查询的结果关系被命名为 dept_name，其属性名是 dept_name和 avg_salary

八、数据更新

数据更新包括插入，删除，修改

8.1插入

8.1.1插入元组

insert into T [(A1, ..., Ak)]
    values (C1, ..., Ck)

/*
T是基本表
A1, ..., Ak是 T的属性
    into子句中属性的顺序可与表中定义的不一致：
        没有指定属性列：表示插入的是一条完整的元组，且属性与表定义中的顺序一致
        指定部分属性列：插入的元组在其余属性列上取空值
C1, ..., Ck是 A1, ..., Ak对应的取值
    values子句中提供的值必须与 into子句匹配
*/

例：插入 Computer Science系开设的名为"Database Systems"的课程 CS-437，4个学分

insert into course
    values ('CS-437', 'Database Systems', 'Comp. Sci.', 4);

--若用户不记得属性顺序，可以在 insert语句中指定属性
--上式等价于
insert into course (title, course_id, credits, dept_name)
    values ('Database Systems', 'CS-437', 4, 'Comp. Sci.');

8.1.2插入子查询结果

insert into T [(A1, ..., Ak)]
    <查询表达式>

/*
T是基本表或者视图
A1, ..., Ak是 T的属性
<查询表达式>是一个 select语句，其目标列必须与 into子句匹配
*/

例：对每一个系，求学生的平均年龄，并把结果存入数据库

--第一步：建表
create table Dept_age(
    Sdept char(15),  /*系名*/
    Avg_age smallint  /*学生平均年龄*/
    );

--第二步：插入数据
insert into Dept_age(Sdept, Avg_age) (
    select Sdept, Avg(Sage)
    from Student
    group by Sdept
    );

8.2修改

update T
    set A1 = C1, ..., Ak = Ck
    [where <修改条件>]

--T是基本表或视图
--A1, ..., Ak是 T的属性
--C1, ..., Ck是表达式

功能

• 修改指定表中满足 where子句条件的元组
• set子句给出的表达式的值用于取代相应的属性的值
• 如果省略 where子句，表示要修改表中的所有元组

例：对工资低于平均数的教师涨5%的工资

update instructor
    set salary = salary*1.05
    where salary < (
                    select avg(salary)
                    from instructor
                    );

--SQL还提供 case结构进行多选择操作
case
    when pred1 then result1
    when pred2 then result2
    …
    when predn then resultn
    else result0
end


--给工资低于10000美元的教师涨5%的工资，其余涨3%
update instructor
    set salary = case
                    when case <= 10000 then salary*1.05
                    else salary*1.03
                 end

8.3删除

delete from T
    [where <删除条件>]

--T是基本表或视图

功能：删除指定表中满足WHERE子句条件的元组
where子句

• 指定要删除的元组
• 缺省表示要删除表中的全部元组，表的定义仍在字典中

delete命令只能作用于一个关系，但是可以通过在 where子句中嵌套子查询引用任意数目的关系
执行任何删除之前先对所有元组进行测试，测试完成后再进行删除操作，防止部分元组提前改变导致标准变动，引起结果错误
例：删除所有在位于 Waston大楼的系工作的教师元组

delete from instructor
where dept_name in (
                    select dept_name
                    from department
                    where building = 'Waston'
                    );

九、视图

特点

• 虚表，是从一个或几个基本表（或视图）导出的表
• 只存放视图的定义，不存放视图对应的数据
• 基表中的数据发生变化，从视图中查询出的数据也随之改变

9.1定义视图

9.1.1建立视图

create view <视图名> [ (<列名>, ..., <列名>]) ]
    as <查询表达式>
    [with check option]

--with check option表示该视图是可更新的，且对视图更新时要满足<查询表达式>的查询条件
--create view是说明语句，它创建一个视图并将视图的定义存放在数据字典中，而定义中的<查询表达式>并不立即执行

组成视图的属性列名：全部省略或全部指定

• 全部省略

1. 由子查询中SELECT目标列中的诸字段组成

• 明确指定视图的所有列名

1. 某个目标列是聚集函数或列表达式
2. 多表连接时选出了几个同名列作为视图的字段
3. 需要在视图中为某个列启用新的更合适的名字

例：建立信息系学生的视图，并要求进行修改和插入操作时仍需保证该视图只有信息系的学生

--create view IS_Student
as 
    select Sno,Sname,Sage
    from Student
    where Sdept= 'is'
    with check option; --对该视图进行插入、修改和删除操作时，RDBMS会自动加上 Sdept='is'的条件

若一个视图是从单个基本表导出的，并且只是去掉了基本表的某些行和某些列，但保留了主码，我们称这类视图为行列子集视图，上述 IS_Student视图就是一个行列子集视图。行列子集视图是可更新的

9.1.2删除视图

drop view <视图名> [cascade|restrict]

--从数据字典中删除指定的视图定义
--如果该视图上还导出了其他视图，使用cascade级联删除语句会把该视图和由它导出的所有视图一起删除
--删除基表时，由该基表导出的所有视图定义都必须显式地使用drop view语句删除

9.2查询视图

用户角度：查询视图与查询基本表相同
关系数据库管理系统实现视图查询的方法：视图消解法

1. 进行有效性检查
2. 转换成等价的对基本表的查询
3. 执行修正后的查询

例：在信息系学生的视图中找出年龄小于20岁的学生

select Sno,Sage
from IS_Student
where Sage<20;

--视图消解转换后的查询语句为：
select Sno,Sage       
from Student
where Sdept= 'IS' and Sage<20;

有些情况下，视图消解法不能生成正确的查询
例：在S_G视图中查询平均成绩在90分以上的学生学号和平均成绩

select *
from S_G
where Gavg>=90;

--S_G视图的子查询定义： 
create view S_G (Sno,Gavg)
as
    select Sno,AVG(Grade)
    from SC
    --这里不能用 where AVG(Grade)>=90 !!!
    group by Sno
    having AVG(Grade)>=90;

9.3更新视图

By attempting to update the view refers to add, delete, change operation
because views are directly or indirectly based on the basic table definition, and therefore based on the updated view based ultimately be converted into a base table update
some views can be updated to be uniquely converted to update its basic definition table becomes view updatable ; update some of the views will translate into uniquely define its base table updates, become view is not updated

--将信息系学生视图IS_Student中学号”201215122”的学生姓名改为”刘辰”
update IS_Student
set Sname= '刘辰'
where Sno= '201215122';

--转换后的语句：
update Student
set Sname= '刘辰'
where Sno= '201215122' and Sdept= 'IS';

/*插入，删除同理*/

Allow a subset of the ranks of view to be updated. There are different limits for different systems to update other types of views

9.4 Role of view

1, make some queries more concise expression
2, provides a degree of independence logic
3, play a security role
4, allows users to look at the same data at different angles