关系查询处理和查询优化
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第一章(选择、简答、填空)DB(数据库),数据库是长期存储在计算机内,有组织的、可共享的大量数据的集合。
数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存,具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性,并可为各种用户共享。
DBMS(数据库管理系统),数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件,是用于建立、使用和维护数据库,它对数据库进行统一的管理和控制,以保证数据库的安全性和完整性。
DBS(数据库系统),数据库系统是由数据库、数据库管理系统(及其应用程序开发工具),应用程序和数据库管理员组成的存储、管理和维护数据的系统。
DB、DBMS、DBS之间的关系:DBS里面包括DB和DBMS.(简答)数据库系统的特点:1.数据结构化 2.数据的共享性高,冗余度低,易扩充3.数据独立性高 4.数据由DBMS统一管理和控制数据模型是数据库系统中用于提供信息表示和操作手段的形式构架,是现实世界的模拟和抽象数据模型三要素:数据结构、数据操作、数据的约束条件。
三级模式结构:外模式、模式和内模式一、模式(Schema)定义:也称逻辑模式,是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,是所有用户的公共数据视图。
理解:①一个数据库只有一个模式;②是数据库数据在逻辑级上的视图;③数据库模式以某一种数据模型为基础;④定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构(如数据记录由哪些数据项构成,数据项的名字、类型、取值范围等),而且要定义与数据有关的安全性、完整性要求,定义这些数据之间的联系。
二、外模式(External Schema)定义:也称子模式(Subschema)或用户模式,是数据库用户(包括应用程序员和最终用户)能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述,是数据库用户的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表示。
理解:①一个数据库可以有多个外模式;②外模式就是用户视图;③外模式是保证数据安全性的一个有力措施。
三、内模式(Internal Schema)定义:也称存储模式(Storage Schema),它是数据物理结构和存储方式的描述,是数据在数据库内部的表示方式(例如,记录的存储方式是顺序存储、按照B树结构存储还是按hash方法存储;索引按照什么方式组织;数据是否压缩存储,是否加密;数据的存储记录结构有何规定)。
单选题(共40道题)收起1.(2.5分)关系代数的基本操作组成关系代数的完备操作集,其他操作均可以由基本操作来表达。
具体而言,关系代数的基本操作有()。
••••我的答案:C 此题得分:2.5分2.(2.5分)在具有非过程性查询语言的数据库系统中,()是查询处理的核心。
••••我的答案:B 此题得分:2.5分3.(2.5分)关系数据库系统的查询处理包括两个方面的内容:查询优化和()。
••••我的答案:A 此题得分:2.5分4.(2.5分)()是选择操作中的线性搜索算法。
•进行排序•••如果满足,则作为一个结果元组输出我的答案:D 此题得分:2.5分5.(2.5分)()是选择操作中的主索引搜索算法。
•进行排序•••如果满足,则作为一个结果元组输出我的答案:B 此题得分:2.5分6.(2.5分)设关系R和S的属性个数分别为r和s,则(R×S)操作结果的属性个数为()。
••••我的答案:A 此题得分:2.5分7.(2.5分)查询处理最终可转化成基本的()代数操作。
••C、空值•D、集合我的答案:A 此题得分:2.5分8.(2.5分)计算笛卡尔乘积的最简单算法称为()。
•A、大关系算法•B、主存算法•C、嵌套循环算法•D、半主存算法我的答案:C 此题得分:2.5分9.(2.5分)在SQL中,表示选择操作的语句为()。
•A、SELECT * FROM R WHERE C1 AND C2 OR C3•B、SELECT R.*,S.* FROM R,S WHERER.A S.B •C、INSERT INTO R VALUE(a,b,c,d)•D、UPDATE R SET A=a WHEREC1 AND C2 OR C3我的答案:A 此题得分:2.5分10.(2.5分)在SQL中,表示连接操作的语句为()。
•A、SELECT * FROM R WHEREC1 AND C2 OR C3•B、SELECT R.*,S.* FROM R,S WHERER.A S.B •C、INSERT INTO R VALUE(a,b,c,d)•D、UPDATE R SET A=a WHEREC1 AND C2 OR C3我的答案:B 此题得分:2.5分11.(2.5分)投影操作中不包含主键,需要去除重复()。
数据库系统原理福州大学计算机系郭红G u o h o n g @f z u .e d u .c n第10-11章习题课第三篇系统篇*第九章关系查询处理和查询优化第十章数据库恢复技术第十一章并发控制*第十二章数据库管理系统查询处理步骤查询优化是查询处理的核心,只在具有非过程性查询语言的D B M S 才具有此功能。
在这样系统中,用户使用数据库语言定义查询要求,而无需要说明怎样去查询,因此查询优化是完全必要而且非常重要的。
查询优化包括:1、代数优化——关系代数表达式优化改变表达式中操作的次序和组合,提高查询效率2、物理优化——存取路径和低层操作算法的选择。
选择的依据可以是基于规则,代价或语义。
关系查询处理与查询优化关系代数表达式优化的一般准则典型的启发式规则:1、选择运算应尽可能先做。
2、同时执行相同关系上的多个选择与投影操作,以免多次扫描关系。
3、把投影同其前或后的双目运算结合起来,以免多次扫描关系。
关系代数表达式优化的一般准则n4、某些选择运算+在其前面执行的笛卡尔积===>等值连接运算例:бS t u d e n t.S n o=S C.S n o(S t u d e n t×S C)S t u d e n t∞S CS t u d e n t.S n o=S C.S n on5、提取公共子表达式关系代数表达式的内部表示查询的内部表示形式——查询树∏A(σp=‘IS’AND N=‘User’((R1×R2) ×R3))×∏AσP=‘IS’AND N=‘User’×R3R2R1优化的关系代数表达式∏C,CN ((∏SC.C#(∏S#(σSD=’IS’(S))∞S.S#=SC.S#∏S#.C#(SC))∞SC.C#=C.C#∏C#,CN (C))∏∞SC.C#=C.C#∏SC.C# ∏C.C#,∞S.S#=SC.S# C∏S.S# ∏SC.S#, SC.C#σSD=’IS’SCD B M S 的数据控制功能数据库系统中的数据是由D B M S 统一管理和控制的。
关系查询优化关系查询优化是影响DBMS性能的关键因素,关系系统的查询优化即使DBMS实现的关键技术又是关系系统的有点所在。
查询优化的工作包括两个方面,一方面是关系数据库系统内部提供的优化机制,另一方面是用户通过改变查询的运算次序和建立索引等机制进行优化。
关系数据库系统查询优化的目标是:选择有效的策略,快速求得给定关系表达式的值,以减少查询执行的总开销。
总代价= I/O代价+CPU代价+(其他代价)我们先看一个简单的列子,说明为什么要进行查询优化。
一、举例说明我用Microsoft Visual foxPro建立三个数据库文件,他们的文件名分别是c#.dbf存储课程信息、S#.dbf存储学生的基本信息、sc#.dbf存储学生的学习成绩信息,通过对三个数据表的操作,可以了解学生的所修的全部课程和他们的各门课程的成绩。
数据表2 sc#.dbf当输入如下的查询的语句,运行结果为:系统可以用多种等价的关系代数表达式来完成这一查询:①Q1=∏s#.姓名(σs#.学号=sc#.学号(s#×sc#))②Q2=∏s#.姓名(σsc#.课程号=’01100002’③Q3=∏s#.姓名(σ课程号=’01100002’(sc#))二、从时间复杂度进行计算表达式(1)的查询执行时间分析:①计算广义笛卡尔积。
把S#和SC#的每个元组连接起来。
一般连接的做法是:在内存中尽可能多地装入某个表(如S#表)的若干个元组,留出一块存放另一个表(如SC#表)的元组。
然后把SC#中的每个元组和S#中每个元组连接,连接后的元组装满一块后就写到中间文件上,再从SC#中的读入一块和内存中的S#元组连接,直到SC#表处理完。
这时再一次读入若干块S#元组,读入一块SC#元组,重复上述处理过程,直到把S#表处理完。
设一个块能装10个S#元组或100个SC#元组,在内存中存放中存放5块S#元组和1块SC#元组,则读取总块数为:21001002010010010105101010433=⨯+=⨯⨯+ (块) 其中读S#表100块。
关系数据库查询优化策略研究摘要:作为数据的承载平台,数据库在各行各业都得到了广泛应用。
查询操作是数据库管理系统最重要的功能之一,使用频率最高。
以关系型数据库为基础,从不同的角度出发,对数据库查询优化策略进行了研究。
关键词:关系数据库;数据查询;查询优化0 引言随着社会经济的不断发展,人们已经进入了一个信息爆炸的时代,随之而来的则是大量数据的存储与操作。
如今,数据库管理系统已经深入到各行各业,具有代表性的是银行、证券行业。
存储在数据库里的数据存在巨大价值,对这些数据最频繁的操作就是查询。
如何从数据库里存储的海量数据中以最快的速度找到想要的数据,直接关系到以数据库服务器作为后台的各大信息系统的运行效率,该问题也即是如何对数据库的查询进行优化。
因此,在此背景下,通过对市场占有率最多的关系型数据库进行探讨,来研究查询优化[1]。
1 关系数据库介绍1.1 关系模型关系模型是美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd于1970年首次提出,而关系模式的诞生也开创了数据库关系方法和关系数据理论研究的历史。
简言之,关系模型是一种由二维表形式表示实体和实体间关系的数据模型,它是在集合代数的基础上发展的。
在关系模型中,一个关系就没有重复行和重复列的二维表,二维表的每一行在关系中称为元组,每一列在关系中称为属性。
关系运算作为关系模型的核心,主要有并(∪)、交(—)、差(∩)、笛卡尔积(×)、连接()、投影(π)、选择()、除(÷)八种。
1.2 关系数据库根据所使用数据模型的不同,可以将数据库进行分类,因此基于关系模型的数据库就是关系数据库。
所谓关系数据库,其数据组织的逻辑结构一定是采用关系数据模型,即使用二维表格方式描述实体及其相互间的关系,然后把这种关系逻辑结构采用一定方式向物理结构映射,并存储在某种存储设备上的数据库。
2 数据查询过程关系数据库主要有查询、插入、删除和修改这四大常用操作,其中,查询是最主要、使用最频繁的操作。
关系数据库查询优化在当今数字化的时代,数据成为了企业和组织的重要资产,而关系数据库则是存储和管理这些数据的常见方式。
然而,随着数据量的不断增长和业务需求的日益复杂,如何高效地从关系数据库中获取所需的数据成为了一个关键问题。
这就引出了关系数据库查询优化的重要性。
首先,我们来理解一下什么是关系数据库查询。
简单来说,当我们向关系数据库提出一个问题,例如“找出所有年龄大于 30 岁的用户”,数据库就会执行一系列的操作来回答这个问题,这个过程就是查询。
那么,为什么需要对查询进行优化呢?想象一下,如果一个数据库中有数百万甚至数十亿条记录,一个效率低下的查询可能需要花费数分钟甚至数小时才能返回结果。
这不仅会影响用户的体验,还可能导致业务流程的延误。
查询优化的目标就是要尽可能地减少查询执行的时间和资源消耗,以快速准确地返回结果。
要实现这一目标,需要从多个方面入手。
索引是查询优化中一个非常重要的手段。
就像我们在一本书的目录中查找特定的章节一样,索引可以帮助数据库快速定位到所需的数据。
例如,如果经常需要根据用户的年龄进行查询,那么在年龄字段上创建索引就可以大大提高查询效率。
但需要注意的是,过多的索引也会带来负面影响,因为每次插入、更新或删除数据时,数据库都需要维护这些索引,这会增加额外的开销。
查询语句的编写方式也对性能有着重要影响。
在编写查询语句时,应该尽量避免使用复杂的子查询和连接操作,因为这些操作通常会增加数据库的计算量。
例如,能使用简单的连接条件就不要使用复杂的子查询来获取相同的结果。
另外,数据库的表结构设计也是优化的关键因素之一。
合理的表结构可以减少数据冗余,提高数据的一致性和完整性,同时也有助于查询的优化。
例如,如果一个表中的数据经常被一起查询,那么可以将这些相关的数据放在同一个表中,避免频繁的表连接操作。
数据库的配置参数也会对查询性能产生影响。
不同的数据库系统都有一系列的配置参数,例如缓存大小、并发连接数等。
第9章关系查询处理和查询优化一、选择题1.关系代数表达式的优化策略中,首先要做的是()。
A.对文件进行预处理B.尽早执行选择运算C.执行笛卡尔积运算D.投影运算【答案】B2.在关系代数运算中,最费时间和空间的是()。
A.选择和投影运算B.除法运算C.笛卡尔积和连接运算D.差运算【答案】C【解析】在关系代数运算中,最费时间和空间的是笛卡尔积和连接运算,所以尽可能放在后面做。
3.根据系统所提供的存取路径,选择合理的存取策略,这种优化方式称为()。
A.物理优化B.代数优化C.规则优化D.代价估算优化【答案】A【解析】物理优化是根据数据字典中的存取路径、数据的存储分布以及聚簇情况等信息来选择低层的存取路径。
4.在关系代数表达式的等价优化中,不正确的叙述是()。
A.尽可能早地执行连接B.尽可能早地执行选择C.尽可能早地执行投影D.把笛卡尔积和随后的选择合并成连接运算【答案】A【解析】在关系代数表达式中,连接运算的结果常常是一个较大的关系。
如果尽可能早地执行连接,则运算得到的中间结果就会很大。
5.设E是关系代数表达式,F是选取条件表达式,并且只涉及A1,…,A n属性,则有()。
A.бF(πA1,…,An(E))≡πA1,…,An(бF(E))B.бF(πA1,…,An(E))≡πA1,…,An(E)C.бF(πA1,…,An(E))≡πA1(бF(E))D.πA1,…,An(бF(E))≡πA1,…,An(бF(πA1,…,An,B1,…,Bm(E)))【答案】A6.如果一个系统定义为关系系统,则它必须()。
A.支持关系数据库B.支持选择、投影和连接运算C.A和B均成立D.A、B都不需要【答案】C7.如果一个系统为关系完备系统,那么它支持()。
A.关系数据结构B.A与选择、投影和连接C.A与所有的关系代数操作D.C与实体完整性、参照完整性【答案】C二、填空题1.关系系统的查询优化既是关系数据库管理系统实现的关键技术,又是关系系统的优点。
多对多关系什么是多对多关系在数据库中,多对多关系是指两个表之间存在多对多的关联关系。
这种关系通常需要中间表来实现,也被称为联结表或中间表。
例如,在一个公司中,一个员工可以参与多个项目,同样,一个项目也可以有多个员工参与。
这种情况下,员工表和项目表之间就存在多对多的关系,需要通过中间表来实现关联。
为什么需要多对多关系多对多关系允许我们将数据分离为多个独立的表,从而更好地管理数据。
它可以帮助我们设计数据库,以处理复杂的数据结构。
在多对多关系中,每个表都可以保持其独立性,从而更容易维护和更新。
此外,使用多对多关系可以减少数据冗余。
当多个实体共享一个关系时,不需要将相同的信息存储在多个地方。
这不仅可以降低存储和维护成本,还可以提高数据的一致性和完整性。
如何实现多对多关系为了实现多对多关系,需要使用中间表,这个表通常包含两个外键,分别与两个表的主键相关联。
例如,在上述的员工-项目关系中,中间表可以被称为员工-项目关联表,其中包含员工ID和项目ID两个外键,这两个外键都分别与员工表和项目表的主键相关联。
当插入数据时,需要在中间表中插入两个外键值,以建立员工与项目之间的关联。
查询数据时,需要使用关联表将两个表连接在一起。
这样可以通过关联表找到员工和项目的关系。
多表查询优化处理什么是多表查询多表查询指的是同时从多个相关表中查询数据。
在实际的业务场景中,通常需要从多个表中检索数据,以获取特定的信息。
例如,在一个电商平台中,需要同时查询商品信息、订单信息和用户信息,以获取订单详情。
如何优化多表查询在进行多表查询时,需要注意一些优化策略,以提高查询效率和减少查询时间。
1. 避免使用SELECT *SELECT * 操作会返回所有列,包括不需要的列。
这样会增加查询时间和数据传输量。
因此,在进行多表查询时,应该只检索需要的列,以减少查询时间和数据传输量。
2. 添加索引在多表查询中,使用索引可以大大提高查询速度。
索引可以快速定位需要检索的数据,避免全表扫描,从而减少查询时间。
作业第1题关系代数的基本操作组成关系代数的完备操作集,其他操作均可以由基本操作来表达。
具体而言,关系代数的基本操作有()。
您的答案:C题目分数:0.5此题得分:0.5批注:课件第七章第2题在具有非过程性查询语言的数据库系统中,()是查询处理的核心。
您的答案:B题目分数:0.5此题得分:0.5批注:概述第3题关系数据库系统的查询处理包括两个方面的内容:查询优化和()。
您的答案:A题目分数:0.5此题得分:0.5批注:概述第4题()是选择操作中的线性搜索算法。
您的答案:D题目分数:0.5此题得分:0.5批注:启发式代数优化算法第5题()是选择操作中的主索引搜索算法。
您的答案:B题目分数:0.5此题得分:0.5批注:启发式代数优化算法第6题设关系R和S的属性个数分别为r和s,则(R×S)操作结果的属性个数为()。
题目分数:0.5此题得分:0.5批注:笛卡尔积第7题查询处理最终可转化成基本的()代数操作。
您的答案:A题目分数:0.5此题得分:0.5批注:查询处理过程第8题计算笛卡尔乘积的最简单算法称为()。
您的答案:C题目分数:0.5此题得分:0.5批注:笛卡尔积第9题在SQL中,表示选择操作的语句为()。
您的答案:A题目分数:0.5此题得分:0.5批注:关系数据库标准语言SQL第10题在SQL中,表示连接操作的语句为()。
您的答案:B题目分数:0.5此题得分:0.5批注:连接操作第11题投影操作中不包含主键,需要去除重复()。
您的答案:D题目分数:0.5此题得分:0.5批注:投影操作第12题关系代数的四个组合操作是:交、自然连接、连接和()。
您的答案:C题目分数:0.5此题得分:0.5第13题下列运算中()不是关系代数的基本操作。
您的答案:B题目分数:0.5此题得分:0.5批注:课件第七章第14题关系运算中花费时间可能最长的运算是()。
您的答案:A题目分数:0.5此题得分:0.5批注:课件第七章第15题对于同一个查询,使用不同的查询策略会得到()。