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，SC
            WHERE  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，Grade
 FROM     Student，SC
 WHERE  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.Cpno
     FROM  Course  FIRST，Course  SECOND
     WHERE 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，Grade
    FROM  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, Sname
        FROM    Student, SC
        WHERE 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，Grade
   FROM    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 Student
     WHERE Sno IN
                        （SELECT Sno             /*内层查询/子查询*/
                            FROM SC
                            WHERE 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，Sdept
        FROM Student
    WHERE Sdept  IN
                  (SELECT Sdept
                   FROM Student
                   WHERE 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.Sdept
      FROM     Student S1，Student S2
      WHERE  S1.Sdept = S2.Sdept  AND
                      S2.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Sname
    WHERE 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，Sname
      FROM    Student，SC，Course
      WHERE Student.Sno = SC.Sno  AND
                     SC.Cno = Course.Cno AND
                     Course.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，Sdept
     FROM    Student
     WHERE Sdept   =
                   (SELECT Sdept
                    FROM    Student
                    WHERE Sname= ‘刘晨’)；

 子查询一定要跟在比较符之后
    错误的例子：
     SELECT  Sno，Sname，Sdept
     FROM     Student
     WHERE ( SELECT Sdept
                       FROM Student
                       WHERE 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， Cno
    FROM  SC  x
    WHERE Grade >=(SELECT AVG(Grade) 
                                FROM  SC y
                                   WHERE 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 y
       WHERE 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， Cno
       FROM  SC x
       WHERE 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，Sage
    FROM    Student
    WHERE Sage < ANY (SELECT  Sage
                                         FROM    Student
                                         WHERE Sdept= ‘ CS ‘)
           AND Sdept <> ‘CS ‘ ;           /*父查询块中的条件 */

用聚集函数实现[例42] 

    SELECT Sname，Sage
     FROM   Student
     WHERE Sage < 
                             (SELECT MAX(Sage)
                               FROM Student
                               WHERE 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，Sage
    FROM Student
    WHERE Sage < ALL
                           (SELECT Sage
                            FROM Student
                            WHERE Sdept= ‘ CS ‘)
           AND Sdept <> ‘ CS ’;

       方法二：用聚集函数
        SELECT Sname，Sage
        FROM Student
        WHERE Sage < 
                               (SELECT MIN(Sage)
                                FROM Student
                                WHERE Sdept= ‘ CS ‘)
              AND Sdept <>‘ CS ’;

带有EXISTS谓词的子查询

1. 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
2. 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 Sname
     FROM Student
     WHERE EXISTS
                   (SELECT *
                    FROM SC
                    WHERE Sno=Student.Sno AND Cno= ‘ 1 ‘)；

用连接运算
    SELECT Sname
    FROM Student, SC
    WHERE 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 Sname
     FROM Student
     WHERE NOT EXISTS
                   (SELECT *
                    FROM SC
                    WHERE 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，Sdept
     FROM Student S1
      WHERE EXISTS
             　   (SELECT *
                     FROM Student S2
                     WHERE S2.Sdept = S1.Sdept AND
                                   S2.Sname = ‘刘晨’)；

[例46] 查询选修了全部课程的学生姓名。
        SELECT Sname
        FROM Student
        WHERE NOT EXISTS
                    （SELECT *
                        FROM Course
                        WHERE NOT EXISTS
                                      (SELECT *
                                       FROM SC
                                       WHERE Sno= Student.Sno
                                             AND 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 Sno
       FROM SC SCX
       WHERE NOT EXISTS
                     (SELECT *
                      FROM SC SCY
                      WHERE SCY.Sno = ‘ 200215122 ‘  AND
                                    NOT EXISTS
                                    (SELECT *
                                     FROM SC SCZ
                                     WHERE SCZ.Sno=SCX.Sno AND
                                                   SCZ.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 Student
        WHERE Sdept= ‘CS‘
        UNION
        SELECT *
        FROM Student
        WHERE 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 Student
        WHERE 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 Student
            WHERE 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 Sno
    FROM SC
    WHERE Cno=‘ 1 ‘ 
    INTERSECT
    SELECT Sno
    FROM SC
    WHERE 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 Sno
          FROM SC
          WHERE Cno=‘ 1 ‘ AND Sno IN
                                                (SELECT Sno
                                                 FROM SC
                                                 WHERE 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 Student
    WHERE Sdept=‘CS‘
    EXCEPT
    SELECT  *
    FROM Student
    WHERE 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 Student
        WHERE 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]