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  • 元组关系演算

    2020-08-26 21:39:24
    1.定义 元组关系演算是非过程化的查询语言。 表达式:{t│Q(t)} 使谓词Q(t)为真的全部元组t。 形式化定义 2.例题 题目 关系数据库(图6-22) 答案

    1.定义

    元组关系演算是非过程化的查询语言。
    表达式:{t│Q(t)}
    使谓词Q(t)为真的全部元组t。

    形式化定义
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    2.例题

    题目

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    关系数据库(图6-22)

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    答案

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    元组关系演算

    概述

    • 元组:表示关系表中的记录
    • 元组变量:关系表中的某一条记录。
    • 元组关系演算公式: 表示的关系表。

    在元组关系演算系统中,称 {t|Φ(t)} 为元组演算表达式。其中 t 是元组变量, Φ(t) 为元组关系演算公式,简称公式。
    它由原子公式和运算符组成。

    种类

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    这是一张user

    第一种R(t)

    用元组演算表达式表示出来,是这样 {t|user(t)},用t表示某条记录,用user(t)表示t是关系表user表中的一条记录。

    这里的{t|user(t)}用于描述元组是属于哪张关系表(数据表)。

    第二种t[i] θ u[j]

    t 和 u 是元组变量, θ 是算术比较运算符。 t[i] θ u[j] 表示断言 “ 元组 t 的第 i 个分量与元组 u 的第 j 个分量满足比较关系 θ ” 。例如, t[2] < u[3] 表示元组 t 的第 2 个分量小于元组 u 的第 3 个分量。

    两个元组中分量的比较(我们已经知道元组是关系表的一条记录,元组中分量是记录中的一个属性的值),也就是比较两个记录中某个属性。

    第三种t[i] θ c 或 c θ t[i]

        这里 c 是常量,该公式表示 “t 的第 i 个分量与常量 C 满足比较关系 θ” 。例如: t[4]=3 表示元组 t 的第 4 个分量等于 3 。
    
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  • 数据库 元组关系演算

    千次阅读 2019-02-17 21:47:37
    数据库 元组关系演算
                   

    元组关系演算


        之前学习了一下关系代数表达式,现在再学习一下元组关系的演算,这样就全了。这篇东西的符号打出来费了好多时间,比较麻烦,还好看着还能看懂,关键是全文本的,好下面开始正文。


        为了讨论方便,先允许关系的基数是无限的。然后再对这种情况下定义的演算作适当的修改,保证关系演算中的每一个公式表示的是有限关系。


        在元组关系演算系统中,称 {t|Φ(t)} 为元组演算表达式。其中 t 是元组变量, Φ(t) 为元组关系演算公式,简称公式。 
    它由原子公式和运算符组成。

     

         原子公式有三类:

     

        (1) R(t)

            R 是关系名, t 是元组变量。 R(t) 表示 t 是 R 中的元组。于是,关系 R 可表示为: {t|R(t)}

        (2) t[i] θ u[j]

            t 和 u 是元组变量, θ 是算术比较运算符。 t[i] θ u[j] 表示断言 “ 元组 t 的第 i 个分量与元组 u 的第 j 个分量满足比较关系 θ ” 。例如, t[2] < u[3] 表示元组 t 的第 2 个分量小于元组 u 的第 3 个分量。

        (3) t[i] θ c 或  c θ t[i] 
            这里 c 是常量,该公式表示 “t 的第 i 个分量与常量 C 满足比较关系 θ” 。例如: t[4]=3 表示元组 t 的第 4 个分量等于 3 。

     

         在关系演算中定义了 “ 自由元组变量 ” 和 “ 约束元组变量 ” 的概念。这些概念和谓词演算中的概念完全一样。若公式中的一个元组变量前有 “ 全称量词 ” 或 “ 存在量词 ” ,则称该变量为约束元组变量,否则称自由元组变量。

     

        公式可以递归定义如下:

     

        (l) 每个原子公式是公式。 
        (2) 如果 Φ 1 和 Φ 2 是公式,则 Φ 1 ∧ Φ 2 、 Φ 1 ∨ Φ 2 、 ﹁ Φ1 也是公式。分别表示: 
            ① 如果 Φ 1 和 Φ 2 同时为真。则 Φ 1 ∧ Φ 2 才为真,否则为假; 
            ② 如果 Φ 1 和 Φ 2 中一个或同时为真,则 Φ 1 ∨ Φ 2 为真,仅 Φ 1 和 Φ 2 同时为假时, Φ 1 ∨ Φ 2 才为假; 
            ③ 如果 Φ 1 真,则 ﹁ Φ 1 为假。 
        (3) 若 Φ 是公式,则 ∃ t(Φ) 也是公式。其中符号 ∃ 是存在量词符号, ∃ t(Φ) 表示: 
            若有一个 t 使 Φ 为真,则 ∃ t(Φ) 为真,否则 ∃ t(Φ) 为假。 
        (4) 若 Φ 是公式,则 ∀ t( Φ ) 也是公式。其中符号 ∀ 是全称量词符号, ∀ t( Φ ) 表示: 
            如果对所有 t ,都使 Φ 为真,则 ∀ t( Φ ) 必为真,否则 ∀ t( Φ ) 为假。 
        (5) 在元组演算公式中,各种运算符的优先次序为: 
            ① 算术比较运算符最高; 
            ② 量词次之,且 ∃ 的优先级高于 ∀ 的优先级; 
            ③ 逻辑运算符最低,且 ﹁ 的优先级高于 ∧ 的优先级, ∧ 的优先级高于 ∨ 的优先级; 
            ④ 加括号时,括号中运算符优先,同一括号内的运算符之优先级遵循 ①②③ 各项。 
        (6) 有限次地使用上述五条规则得到的公式是元组关系演算公式,其他公式不是元组关系演算公式。

     

        一个元组演算表达式 {t|Φ(t)} 表示了使 Φ(t) 为真的元组集合。 
        关系代数的运算均可以用关系演算表达式来表示 ( 反之亦然 ) 。下面用关系演算表达式来表示五种基本运算:

     

        (1) 并

            R ∪ S={t|R(t) ∨ S(t)}

        (2) 差

            R - S={t|R(t) ∧ ﹁ S(t)}

        (3) 笛卡尔积

            R×S={t (n+m) |( ∃ u (n) )( ∃ v (m) )(R(u) ∧ S(v) ∧ t[1]=u[1] ∧ ... ∧ t[n]=u[n] ∧ t[n+1]=v[1] ∧ ... ∧ t[n+m]=v[m])}

            注: t (n+m) 表示 t 有目数 (n+m)

        (4) 投影

            π t1,t2,...,tk (R)={t (k) |( ∃ u )(R(u) ∧ t[1]=u[i1] ∧ ...t[k]=u[ik] )}

        (5) 选择

            σ F (R)={t|R(t) ∧ F}

            注: F 是公式。 F 用 t[i] 代替 运 算 对 象 i 得到的等价公式。

     

         例 1 查询信息系 (IS 系 ) 全体学生: 
            S IS ={Student(t) ∧ t[5]='IS'}  
         例 2 查询年龄小于 20 岁的学生。 
            S 20 ={Student(t) ∧ t[4]<20}

         例 3 查询学生的姓名和所在系。 
            S={t (2) |( ∃ u)(Student(u) ∧ t[1]=u[2] ∧ t[2]=u[5])}


        上面定义的关系演算允许出现无限关系。例如 {t| ﹁ R(t)} 表示所有不属于 R 的元组 ( 元组的目数等于 R 的目数 ) 。要求出这些可能的元组是做不到的,所以必须排除这类无意义的表达式。把不产生无限关系的表达式称为安全表达式,所采取的措施称为安全限制。安全限制通常是定义一个有限的符号集 dom(Φ) , dom(Φ) 一定包括出现在 Φ 以及中间结果和最后结果的关系中的所有符号 ( 实际上是各列中值的汇集 ) 。 dom(Φ) 不必是最小集。

     

         当满足下列条件时,元组演算表达式 {t|Φ(t)} 是安全的: 
        ( 1 )如果 t 使 Φ(t) 为真,则 t 的每个分量是 dom(Φ) 中的元素。 
        ( 2 )对于 Φ 中每一个形如 ( ∃ t)(W(u)) 的子表达式,若 u 使 W(u) 为真,则 u 的每个分量是 dom(Φ) 中的元素。 
        ( 3 )对于 Φ 中每一个形如 ( ∀ t)(W(u)) 的子表达式,若 u 使 W(u) 为假,则 u 的每个分量必属于 dom(Φ) 。换言之,若 u 某一分量不属于 dom(Φ) ,则 W(u) 为真。

     

         例 4 设有关系 R 如图 2.8(a) , S={t| ﹁ R(t)} ,若不进行安全限制,则可能是一个无限关系。所以定义

            dom(Φ)= π A (R) ∪ π B (R) ∪ π C (R)

                  ={{a1,a2},{b1,b2},{c1,c2}}


         则 S 是 dom(Φ) 中各域值中元素的笛卡儿积与 R 的差集。结果如图 2.8(b) 。注意,在做笛卡儿积时各个域中的元素不能搞混。

     

        元组.jpg

     

     

    附:其他类型举例:

    -----------------------------------------------------------------------------------------

     

    1 、下列等式中恒等的是:

     

    ① π A1,A2 ( σ F (E))≡ σ F ( π A1,A2 (E))

    ② σ F (E 1 × E 2 )≡ σ F (E 1 ) ×σ F (E 2 )

    ③ σ F (E 1 -E 2 )≡ σ F (E 1 )- σ F (E 2 )

    ④ π A1,A2,B1,B2 (ECROSS.gifE)≡ π A1,A2 (E) CROSS.gifπ B1,B2 (E)

     

    ① 当 F 包含 A1,A2 以外的限制 时 ,不恒等

    ② 当 F 包含大于 E1( 或 E2) 个数 的限制 时 ,不恒等

    ③ 恒等

    ④ 等式不可能成立,右 边没 有相同 属 性

     

    2 、以下元 组 的意 义 :

     

    {t|( ∃ u)((R(u) ∨ S(u)) ∧ ( ∀ v)(T(v)→( ∃ w)((R(w) ∨ S(w)) ∧ w[1]=u[1] ∧ w[2]=v[1] ∧ w[3]=v[2])) ∧ t[1]=u[1]}

     

    据 说 是表示 R ∪ S ÷ T 的意思,但是我 实 在是看不 懂 。

     

    3 、以下元 组 表 达 式 转换为关 系代 数 表 达 式

     

    {t| ∃ u ∃ v(R(u) ∧ S(v) ∧ u[3]=v[1] ∧ u[4]=v[2] ∧ u[1]>v[3] ∧ t[1]=u[2])}

    其中 R(A,B,C,D) S(C,D,E)

     

    关 系代 数 表 达 式 为 : π B ( σ A>E (RCROSS.gifS))

     

    4 、把下列 关 系代 数 表 达 式 转换为 元 组 表 达 式

     

    π 1,4 (RCROSS.gifS)

    其中 R(A,B,C) S(B,D)

     

    元 组 演算表 达 式 为 : {t| ∃ u ∃ v(R(u) ∧ S(v) ∧ u[2]=v[1] ∧ t[1]=u[1] ∧ t[2]=v[2])}

     

    5 、 关 系代 数 表 达 式 → 元 组 演算表 达 式

     

    π 1,5,6 ( σ 1>5 (R×S)) -- 注意中 间 是乘法不是自然 连 接

    其中 R(A,B,C) S(A,B,C)

     

    {t| ∃ u ∃ v(R(u) ∧ S(v) ∧ u[1]>v[2] ∧ t[1]=u[1] ∧ t[2]=v[2] ∧ t[3]=v[3])}

     

    6 、下列 查询 效率最高的一 组 是:

     

    ① E1= π A,D ( σ B<'2007' ∧ R.C=S.C ∧ E='80' (R × S))

    ② E2= π A,D ( σ R.C=S.C ( σ B<'2007' (R) ×σ E='80' (S)))

    ③ E3= π A,D ( σ B<'2007' (R) CROSS.gifσ E='80' (S))

    ④ E4= π A,D ( σ B<'2007' ∧ E='80' (RCROSS.gifS))

     

    答案是 ③ ,很明 显 自然 连 接要 优 于笛卡尔 积 ,先 运 算再投影 优 于 先投影再 计 算


               

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    语法格式:GET 工作空间名(表达式1)[:条件] 【 DOWN | UP 表达式2】

    2.简单检索
    GET 工作空间名 (表达式1)

    查询所有被选修的课程号码
    GET W (SC.Cno)

    3.限定检索(带条件)
    GET 工作空间名 (表达式1):条件

    查询信息系(IS)中年龄小于20岁的学生的学号和年龄
    GET W (Student.Sno, Student.Sage) :
    Student.Sdept=‘IS’ ^ Student.Sage<20

    4.带排序的检索
    GET 工作空间名 (表达式1):条件 DOWN | UP 表达式2

    GET W (Student.Sno, Student.Sage):
    Student.Sdept=‘CS’ DOWN Student.Sage
    查询计算机科学系(CS)学生的学号、年龄,结果按年龄降序排序
    5. 带定额的检索
    GET 工作空间名(表达式1/定额)[:条件] 【 DOWN | UP 表达式2】

    取出一个信息系学生的学号
    GET W (1)(Student.Sno): Student.Sdept=‘IS’

    1. 定义元组变量
      格式:RANGE 关系名 变量名
      一个关系可以设置多个元组
      查询成绩为90分以上的学生名字与课程名字
      SC:表名
      RANGE SC SCX
      GET W (Student.Sname,Course.Cname):3SCX (SCX.Grade>=90 ^ SCX.Sno=Student.Sno ^ Course.Cno=SCX.Cno)
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元组关系演算