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1、第四章 關(guān)系系統(tǒng)及其查詢優(yōu)化習(xí)題1試給出各類關(guān)系系統(tǒng)的定義:最小關(guān)系系統(tǒng);關(guān)系完備上的系統(tǒng);全關(guān)系型的關(guān)系系統(tǒng)。2試述全關(guān)系型系統(tǒng)應(yīng)滿足的十二條準則,以及十二條基本準則的實際意義和理論意義。3試述查詢優(yōu)化在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的重要性和可能性。4對學(xué)生-課程數(shù)據(jù)庫有如下的查詢:SELECT CnameFROM Student, Course, SCWHERE Student。Sno=SC。SnoAND SC。Cno=Course。CnoAND Student。Sdept=IS;此查詢要求信息系學(xué)生選修了的所有課程名稱。試畫出用關(guān)系代數(shù)表示的語法樹,并用關(guān)系代數(shù)表達式優(yōu)化算法對原始的語法樹進行優(yōu)化處理,
2、畫出優(yōu)化后的標準優(yōu)化樹。5試述查詢優(yōu)化的一般準則。6試述查詢優(yōu)化的一般步驟。參考答案1答:最小關(guān)系系統(tǒng)。一個系統(tǒng)可定義為最小關(guān)系系統(tǒng),當且僅當它:(1) 支持關(guān)系數(shù)據(jù)庫(關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)),從用戶觀點看,關(guān)系數(shù)據(jù)庫由表構(gòu)成,并且只有表這一種結(jié)構(gòu)(2)支持選擇、投影和(自然)連接運算,對這些運算不必要求定義任何物理存取路徑。關(guān)系上完備的系統(tǒng):這類系統(tǒng)支持關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和所有的關(guān)系代數(shù)操作(或者功能上與關(guān)系代數(shù)等價的操作)。全關(guān)系型的關(guān)系系統(tǒng):這類系統(tǒng)支持關(guān)系模型的所有特征。即不僅是關(guān)系上完備的而且支持數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中域的概念,支持實體完整和參照完整性。2答:關(guān)系模型的奠基人E。F。Codd具體地給出了全關(guān)系
3、型的關(guān)系系統(tǒng)應(yīng)遵循的十二條基本準則。從實際意義上看,這十二條準則可以作為評價或購買關(guān)系型產(chǎn)品的標準。從理論意義上看,它是對關(guān)系數(shù)據(jù)模型具體而又深入的論述,是從理論和實際緊密結(jié)合的高度對關(guān)系型DBMSR 評述。準則0 一個關(guān)系型的DBMS必須能完全通過它的關(guān)系能力來管理數(shù)據(jù)庫。準則1信息準則。關(guān)系型DBMS的所有信息都應(yīng)在邏輯一級上用一種方法即表中的值顯式地表示。準則2保證訪問準則。依靠表名、主碼和列名的組合,保證能以邏輯方式訪問關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的每個數(shù)據(jù)項(分量值)。準則3空值的系統(tǒng)化處理。全關(guān)系型的DBMS應(yīng)支持空值的概念,并用系統(tǒng)化的方式處理空值。準則4基于關(guān)系模型的動態(tài)的聯(lián)機數(shù)據(jù)字典。數(shù)據(jù)庫
4、的描述在邏輯級應(yīng)該和普通數(shù)據(jù)采用同樣的方式,使得授權(quán)用戶可以使用查詢一般數(shù)據(jù)所用的關(guān)系語言來查詢數(shù)據(jù)庫的描述信息。準則5統(tǒng)一的數(shù)據(jù)語言準則 。準則6視圖更新準則。所有理論上可更新的視圖也應(yīng)該允許由系統(tǒng)更新。準則7高級的插入、修改和刪除操作。準則8數(shù)據(jù)物理獨立性。無論數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)在存儲表示或存取方法上作任何變化,應(yīng)用程序和終端活動都保持邏輯上的不變性。準則9數(shù)據(jù)邏輯獨立性。當對基本關(guān)系進行理論上信息不受損的任何改變時,應(yīng)用程序和終端活動都保持邏輯上的不變性。準則10數(shù)據(jù)完整性的獨立性。關(guān)系數(shù)據(jù)的完整性約束條件必須是用數(shù)據(jù)庫語言定義并存儲在數(shù)據(jù)字典中的,而不是在應(yīng)用程序中加以定義的。準則11分布獨
5、立性。關(guān)系型DBMS具有分布獨立性。準則12無破壞準則。如果一個關(guān)系系統(tǒng)具有一個低級(指一次處理一個記錄)語言,則這個低級語言不能違背或繞過完整性準則。3答:重上性:關(guān)系系統(tǒng)的查詢優(yōu)化既是RDBMS實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)又是關(guān)系系統(tǒng)的優(yōu)點所在。它減輕了用戶選擇存取路徑的負擔。用戶只上提出”干什么”,不必指出”怎么干”。查詢優(yōu)化的優(yōu)點不僅于用戶不必考慮如何最好地表達查詢以獲得較好的效率,而且在于系統(tǒng)可以比用戶程序的”優(yōu)化”做得更好??赡苄裕哼@是因為:(1)優(yōu)化器可以從數(shù)據(jù)字典中獲取許多統(tǒng)計信息,例如關(guān)系中的元組數(shù)、關(guān)系中每個屬性值的分布情況、這些屬性上是否有索引、是什么索引(B+樹索引還是HASH索引或惟
6、一索引或組合索引)等。優(yōu)化器可以根據(jù)這些信息選擇有效的執(zhí)行計劃,而用戶程序則難以獲得這些信息。(2)如果數(shù)據(jù)庫的物理統(tǒng)計信息改變了,系統(tǒng)可以自動對查詢進行重新優(yōu)化以選擇相適應(yīng)的執(zhí)行計劃。在非關(guān)系系統(tǒng)中必須重寫程序,而重寫程序在實際應(yīng)用中往往是不太可能的。(3)優(yōu)化器可以考慮數(shù)十甚至數(shù)百種不同的執(zhí)行計劃,從中選出較優(yōu)的一個,而程序員一般只能考慮有限的幾種可能性。(4)優(yōu)化器中包括了很多很復(fù)雜的優(yōu)化技術(shù),這些優(yōu)化技術(shù)往往只有最好的程序員才能掌握。系統(tǒng)的自動優(yōu)化相當于使得所有人都擁有這些優(yōu)化技術(shù)。4答:5答:下面的優(yōu)化策略一般能提高查詢效率:(1)選擇運算應(yīng)盡可能先做;(2)把投影運算和選擇運算同時進行;(3)把投影同其或其后的雙目運算結(jié)合起來執(zhí)行;(4)把某些選擇同在它前面執(zhí)行的笛卡兒積結(jié)合起來成為一個連接運算;(5)找出公共子表達式;(6)選取合適的連接算法。6答:各個關(guān)系系統(tǒng)的優(yōu)化方法不盡相同,大致的步驟可以歸納如下:(1)
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