数据库 - 连接查询、嵌套查询、集合查询

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

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中的第一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

等值与非等值连接查询

等值连接：连接运算符为=
[例33]  查询每个学生及其选修课程的情况SELECT  Student.*，SC.*FROM     Student，SCWHERE  Student.Sno = SC.Sno；

自然连接：[例34]     对[例33]用自然连接完成。SELECT  Student.Sno，Sname，Ssex，Sage，Sdept，Cno，GradeFROM     Student，SCWHERE  Student.Sno = SC.Sno；

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[例35]查询每一门课的间接先修课（即先修课的先修课）SELECT  FIRST.Cno，SECOND.CpnoFROM  Course  FIRST，Course  SECONDWHERE FIRST.Cpno = SECOND.Cno；

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
[例 36] 改写[例33]SELECT Student.Sno，Sname，Ssex，Sage，Sdept，Cno，GradeFROM  Student  LEFT OUT JOIN SC ON (Student.Sno=SC.Sno)；

复合条件连接：WHERE子句中含多个连接条件[例37]查询选修2号课程且成绩在90分以上的所有学生     SELECT Student.Sno, SnameFROM    Student, SCWHERE Student.Sno = SC.Sno AND   /* 连接谓词*/SC.Cno= ‘2’ AND SC.Grade > 90；       /* 其他限定条件 */[例38]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，GradeFROM    Student，SC，Course    /*多表连接*/WHERE Student.Sno = SC.Sno and SC.Cno = Course.Cno；

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 StudentWHERE Sno IN（SELECT Sno             /*内层查询/子查询*/FROM SCWHERE Cno= ' 2 '）；

子查询的限制
不能使用ORDER BY子句
层层嵌套方式反映了 SQL语言的结构化
有些嵌套查询可以用连接运算替代
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。

嵌套查询求解方法

相关子查询：子查询的查询条件依赖于父查询
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
然后再取外层表的下一个元组
重复这一过程，直至外层表全部检查完为止

带有IN谓词的子查询

[例39]  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

将第一步查询嵌入到第二步查询的条件中SELECT Sno，Sname，SdeptFROM StudentWHERE Sdept  IN(SELECT SdeptFROM StudentWHERE Sname= ‘ 刘晨 ’)；此查询为不相关子查询。

 用自身连接完成[例39]查询要求SELECT  S1.Sno，S1.Sname，S1.SdeptFROM     Student S1，Student S2WHERE  S1.Sdept = S2.Sdept  ANDS2.Sname = '刘晨'；

[例40]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SnameWHERE 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[例40]SELECT Sno，SnameFROM    Student，SC，CourseWHERE Student.Sno = SC.Sno  ANDSC.Cno = Course.Cno ANDCourse.Cname=‘信息系统’；

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

例：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[例39]可以用 = 代替IN ：SELECT Sno，Sname，SdeptFROM    StudentWHERE Sdept   =(SELECT SdeptFROM    StudentWHERE Sname= ‘刘晨’)；

 子查询一定要跟在比较符之后错误的例子：SELECT  Sno，Sname，SdeptFROM     StudentWHERE ( SELECT SdeptFROM StudentWHERE Sname= ‘ 刘晨 ’ ) = Sdept；

［例41］找出每个学生超过他选修课程平均成绩的课程号。SELECT Sno， CnoFROM  SC  xWHERE Grade >=(SELECT AVG(Grade) FROM  SC yWHERE y.Sno=x.Sno);

可能的执行过程：
1. 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 yWHERE y.Sno='200215121';
2. 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， CnoFROM  SC xWHERE Grade >=88；

3. 执行这个查询，得到
    （200215121，1）
    （200215121，3）
4.外层查询取出下一个元组重复做上述1至3步骤，直到外层的SC元组全部处理完毕。结果为:
    （200215121，1）
    （200215121，3）
    （200215122，2）

带有ANY（SOME）或ALL谓词的子查询

谓词语义
ANY：任意一个值
ALL：所有值

需要配合使用比较运算符
> 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

[例42]  查询其他系中比计算机科学某一学生年龄小的学生姓名和年龄SELECT Sname，SageFROM    StudentWHERE Sage < ANY (SELECT  SageFROM    StudentWHERE Sdept= ' CS ')AND Sdept <> ‘CS ' ;           /*父查询块中的条件 */

用聚集函数实现[例42] SELECT Sname，SageFROM   StudentWHERE Sage < (SELECT MAX(Sage)FROM StudentWHERE Sdept= ‘CS ')AND Sdept <> ' CS ’;

[例43]  查询其他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，SageFROM StudentWHERE Sage < ALL(SELECT SageFROM StudentWHERE Sdept= ' CS ')AND Sdept <> ' CS ’;

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

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

[例44]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关系
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送入结果关系

用嵌套查询SELECT SnameFROM StudentWHERE EXISTS(SELECT *FROM SCWHERE Sno=Student.Sno AND Cno= ' 1 ')；

用连接运算SELECT SnameFROM Student, SCWHERE Student.Sno=SC.Sno AND SC.Cno= '1';

[例45]  查询没有选修1号课程的学生姓名。SELECT SnameFROM StudentWHERE NOT EXISTS(SELECT *FROM SCWHERE Sno = Student.Sno AND Cno='1')；

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：
(x)P ≡  ( x( P))

例：[例39]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，SdeptFROM Student S1WHERE EXISTS(SELECT *FROM Student S2WHERE S2.Sdept = S1.Sdept ANDS2.Sname = ‘刘晨’)；

[例46] 查询选修了全部课程的学生姓名。SELECT SnameFROM StudentWHERE NOT EXISTS（SELECT *FROM CourseWHERE NOT EXISTS(SELECT *FROM SCWHERE Sno= Student.SnoAND Cno= Course.Cno））；

   用EXISTS/NOT EXISTS实现逻辑蕴函(难点)
SQL语言中没有蕴函(Implication)逻辑运算
可以利用谓词演算将逻辑蕴函谓词等价转换为：p  q ≡  p∨q

 [例47]查询至少选修了学生200215122选修的全部课程的学生号码。
解题思路：
用逻辑蕴函表达：查询学号为x的学生，对所有的课程y，只要200215122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200215122选修了课程y”用q表示谓词 “学生x选修了课程y”则上述查询为: (y) p  q

用NOT EXISTS谓词表示：     SELECT DISTINCT SnoFROM SC SCXWHERE NOT EXISTS(SELECT *FROM SC SCYWHERE SCY.Sno = ' 200215122 '  ANDNOT EXISTS(SELECT *FROM SC SCZWHERE SCZ.Sno=SCX.Sno ANDSCZ.Cno=SCY.Cno))；

集合查询

集合操作的种类
并操作UNION
交操作INTERSECT
差操作EXCEPT(MINUS)
参加集合操作的各查询结果的列数必须相同；对应项的数据类型也必须相同

[例48]  查询计算机科学系的学生及年龄不大于19岁的学生。
方法一：SELECT *FROM StudentWHERE Sdept= 'CS'UNIONSELECT *FROM StudentWHERE Sage<=19；
UNION：将多个查询结果合并起来时，系统自动去掉重复元组。
UNION ALL：将多个查询结果合并起来时，保留重复元组

方法二：SELECT  DISTINCT  *FROM StudentWHERE Sdept= 'CS'  OR  Sage<=19；

[例50]  查询计算机科学系的学生与年龄不大于19岁的学生的交集SELECT *
FROM Student
WHERE Sdept='CS'
INTERSECT
SELECT *
FROM Student
WHERE Sage<=19

[例50] 实际上就是查询计算机科学系中年龄不大于19岁的学生SELECT *FROM StudentWHERE Sdept= 'CS' AND  Sage<=19；

[例51]  查询选修课程1的学生集合与选修课程2的学生集合的交集SELECT SnoFROM SCWHERE Cno=' 1 ' INTERSECTSELECT SnoFROM SCWHERE Cno='2 '

[例51]实际上是查询既选修了课程1又选修了课程2   的学生SELECT SnoFROM SCWHERE Cno=' 1 ' AND Sno IN(SELECT SnoFROM SCWHERE Cno=' 2 ')；

[例52]  查询计算机科学系的学生与年龄不大于19岁的学生的差集。SELECT *FROM StudentWHERE Sdept='CS'EXCEPTSELECT  *FROM StudentWHERE Sage <=19;

   [例52]实际上是查询计算机科学系中年龄大于19岁的学生SELECT *FROM StudentWHERE Sdept= 'CS' AND  Sage>19；

SELECT语句的一般格式

SELECT [ALL|DISTINCT]  <目标列表达式> [别名] [ ，<目标列表达式> [别名]] …FROM     <表名或视图名> [别名] [ ，<表名或视图名> [别名]] …[WHERE <条件表达式>][GROUP BY <列名1>[HAVING     <条件表达式>]][ORDER BY <列名2> [ASC|DESC]