关系查询处理和查询优化
第四章全局查询处理和优化
§4.4 查询优化的基础
2、查询树 在查询树中，叶子表 示关系，中间节点表 示运算，前序遍历关 系表示运算次序。 定义： ROOT：=T T：=R/（T） /TbT/UT U：=σF/ПA b： =∞/X/∪/∩//∝
§4.4 查询优化的基础
3、举例 例4.2.1 设有一供应关系数据库，有供应者和供应两关系，如下： 供应者：SUPPLIER{SNO，SNAME，AREA} 供应者编号 供应者姓名 供应者所属地域 供应：SUPPLY{SNO，PNO，QTY} 供应者编号 零件号 质量 查询要求：找出地域在″北方″供应100号零件的供应商的信息。 SQL查询语句：SELECT SNO，SNAME FROM SUPPLIER，SUPPLY WHERE AREA=″北方″AND PNO=100 AND SUPPLIER.SNO=SUPPLY.SNO
§4.4 查询优化的基础
（2）等价变换 重复律：UR ≡ UUR 交换律：U1U2R ≡ U2U1R 分配律：U（RbS）≡（UR）b（US） 结合律：Rb1（Sb2T）≡ （Rb1S）b2T 提取律：（UR）b（US） ≡ U（RbS） 其中：R、S、T为关系，U1、U2、U为一元运算符 ，b1、b2、 b为二元运算符。
§4.4 查询优化的基础
3、举例 等价的关系表达式： Q1：ПSNO，SNAMEσAREA=″北方″σPNO=100 （SUPPLIER∞SUPPLY） 查询树：
§4.2 Overview of Query Processing
通常用SQL语言操纵语言来表达全局查询。之后， 由系统将其转换成内部表示。实际上，在查询执 行过程时，最终涉及的是具体场地上的物理关系 的查询。影响查询处理效率的因素有：网络传输 代价（数据量和延迟等）、局部I/O代价及CPU 使用情况代价等，但主要由网络通信代价和局部 I/O代价来衡量。不同的分布式数据库系统可能对 评估查询处理的传输代价和I/O代价的侧重不同， 同时，为提高查询的效率，在查询处理过程中还 要进行优化处理，查询优化就是确定出一种执行 代价最小的查询执行策略或寻找相对较优的操作 执行步骤。一般可采用多级优化。本章介绍全局 查询的处理与优化。
数据库考试复习
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）。
《数据库原理及应用》第三次在线作业
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（）。
DBXT10-11(DA)
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。
简论关系数据库的查询优化
查 询 优 化 一 般 可分 为 代 数 优 化 和 物 理 优 化 ， 数 优 化 代
是 指 关 系代 数 表 达 式 的 优 化 ； 理 优 化 则 是 指 存 取 路 径 和 物
将 传 统 数 据 库 系 统 分 成 网 状 数 据 库 、 次 数 据 库 、 系 数 层 关 据 库 、 向对 象 数 据 库 ４类 。 网 状 模 型 ： 网状 模 型 中 ， 面 在
Ｆｅ ｂ． ２０ １１
简论 关 系数 据库 的查 询优 化
沈海峰
（ 徽 广 播 电视 大 学 ， 徽 合 肥 安 安 ２ ０２ ） ３ ０ ２
摘 要 ： 据 库 的应 用 日益 广泛 ， 着 数 据 量 的 增 大 ， 询 效 率 越 来 越 爱人 们 关 注 。 为 了提 高 查 询 的 效 率 ． 考 虑 处 数 随 查 在
关系称为“ ” 集 。每 个 集 包 括 至 少 两 种 记 录 类 型 ， 个 相 当 一
低 层 操 作 算 法 的选 择 。 针 对 关 系 数 据 库 ， 询 优 化 的 总 体 查 目标 是 ： 择 有 效 的 优 化 策 略 ， 算 给 定 关 系 表 达 式 的 值 ， 选 计 使 得 查 询 的执 行 代 价 最 小 。在 集 中 式 数 据 库 中 ， 询 的 执 查 行 代 价 一］ Ｏ代 价 ＋Ｃ Ｕ 代 价 ＋ 内 存 代 价 ， 粗 略 计 算 执 ／ Ｐ 在
数 据 库 而 言 ， 询 优化 主要 是 针 对 Ｓ 查 ＥＩ ＥＣＴ 语 句 据 模 型 是 数 据 库 系统 的 核 心 和 基 础 。 同 的 数 据 库 不
具 有 不 同 的 功 能 和 数 据 模 型 。 按 照 数 据 模 型 的 特 点 可 以
关系DBS的查询优化
DBMS把对数据库更新操作的全部情况都记载下来，以 便数据库的恢复。 ⑩ 应用程序检查状态信息，若成功，对工作区中的数据 正常处理；若失败，决定下一步如何执行。
6.2 关系DBS的查询优化
数据查询是DBS中最基本、最常用和最复杂的数据操 作，查询优化是影响关系DBMS性能的关键因素。
② ∏Cno(σ F2 ∧F3 ( S ⋈ SC ) ) ③ ∏Cno(σ F2 (S) ⋈ σ F3 (SC) )
分析： 哪种效率高？
6.2 关系DBS的查询优化
连接时间复杂度为：
① ∏Cno(σ F1 ∧F2 ∧F3 ( S×SC ) ) ① O(107)
② ∏Cno(σ F2 ∧F3 ( S ⋈ SC ) ) ③ ∏Cno(σ F2 (S) ⋈ σ F3 (SC) )
关系数据理论基于关系代数，同一个查询要求可以 对应多个不同形式却相互等价的表达式。
关系数据查询语言是非过程化的，由DBMS自动生成 若干候选的查询计划并择优使用。
6.2 关系DBS的查询优化 1.查询处理的过程
查询语句
语法分析与 翻译
查询输出
执行引擎
关系代数表达式 优化器 执行计划
数据
有关数据的统计 信息
再利用规则5～8 把每一个选择运算尽可能移到树的叶端。
（2）对每一个投影利用规则3、5、9、l0，尽可能把它移向树
的叶端。
（3）利用规则3～5把选择和投影的串接合并成单个选择、单个
投影或一个选择后跟一个投影。使多个选择或投影能同时执行，
或在一次扫描中全部完成，
（4）使用规则12 使选择运算与笛卡尔积结合成连接运算。
第四次作业—关系查询优化
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。
第四章全局查询处理和优化
查询处理概述
查询处理问题
集中查询处理器必须：
将演算查询转换为代数操作 选择最好的执行计划
例如:
SELECT ENAME FROM E,G WHERE RESP = “Manager” and E.ENO=G.ENO
第四章 分布查询处理和优化
查询处理概述
关系代数 1: ( RESP " M anager " E . EM O G . EN O ( E G )) EN AM E
查询优化的基础
• 读取自然连接结果, 执行选择运算, 需50s, 选择结果均可放 在内存 • 投影运算: • 总花费为: 105+50+50=205s 3.4分钟 Q3= sname( Students Cno=„2‟(SC))
Q3代价计算(仅考虑I/O代价)
计算对SC做选择运算的代价 • 需读SC到内存进行选择运算 • 读SC块数为: 10000/100=100 • 花费为: 100/20=5s • 选择结果为50个SC元组, 均可放在内存
域演算：{ x 1 , x 2 , . . . x n | F ( x 1 , x 2 , . . . , x n )} 其中 x‟s: 域变量, F(x1,…,xn): wff 例如: { x , y | E ( x , y , " manager
" )}
第四章 分布查询处理和优化
查询处理概述
第四章 分布查询处理和优化
第四章 分布查询处理和优化
查询处理概述
优化的查询
G 1 ' RESP
E1 '
" Manager "
( G 1)
第9章 9.3 代数优化
5）选择与投影的交换
6）选择与笛卡尔积的交换
如果F中涉及的属性都是 E1中的属性， 则 F ( E1 E2 ) F ( E1 ) E 2 如果F F1 F 2, 且F1只涉及E1中的属性，F 2只涉及E 2中的属性， 则 F ( E1 E2 ) F 1 ( E1 ) F 2 ( E 2) 如果F1只涉及E1中的属性, F 2涉及E1和E 2两者的属性， 则 F ( E1 E2 ) F 2 ( F 1 ( E1 ) E 2)
第九章
关系查询处理及其查询优化
9.1 关系数据库系统的查询处理 9.2 关系数据库系统的查询优化 9.3 代数优化 9.4 物理优化 9.5 小 结
RDBMS查询处理步骤
9.3 代 数 优 化
要解决两个问题： 如何构造查询树（语法分析树）？ 如何进行代数优化？依据（规则）是什么？ 代数优化： 是指关系代数表达式的优化。各种关系查询语言都可以等价地 转换为关系代数表达式，因此关系代数表达式的优化是查询优 化的基本课题 代数优化策略：通过对关系代数表达式的等价变换来提高查 询效率
SP.QUAN 10000
P
S
SP
优化算法练习
学生-课程关系数据库中包括以下关系模式： S（S#，Sname，Age，Sex） SC（S#，C#，Grade） C（C#，Cname，Teacher） 现有一查询操作： 检索学习了刘老师课程的女学生的学号和姓名。 要求： （1）写出SQL查询语句 （2）画出用关系代数表示的语法树，并用优化算法对语法树进行优化。
9.3.3 关系代数表达式的优化步骤
把上述得到的“优化”后的语法树的内节点分组。
每一双目运算（×，∞，∪，-）和它所有的直接祖先为一组
关系数据库查询优化策略研究
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
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。
王珊《数据库系统概论》章节题库(关系查询处理和查询优化)【圣才出品】
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。
第3章 分布式数据库中的查询处理和优化
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由此可见，一个好的查询处理应该使数据的传输量和通信次 数最少，这样才能使查询所花费的数据传输/或通信时间减少， 从而减少查询的总代价。 如果对第6种方法利用分布式的并行处理，即在A地选择男 生和B地选择‘MATHS’课程名同时进行，这样的总的处理时间还 可以减少。
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3.2 分布式查询优化中的基础知识
3.2.1 用关系代数表达式SQL语句表示一个查询 分布式数据库基本上都采用关系数据模型,以非过程化语言 作为与用户接口的主要语言。这些非过程化语言一般都与SQL语 言兼容，且大多数就是SQL语言。因此，用户向分布式数据库发 出的一个查询，总是可以用关系代数表达式或SQL语言的 SELECT语句来表示。 1、用SQL语句来表示一个查询 SQL已被选作关系数据库的标准语言，查询语句SELECT是 一个功能极强的查询语句。对关系数据库的各种复杂的查询要求， 都可以用SELECT语句来表示。 例3.2 教学数据库中，有三个全局关系： 学生信息S（S#，SNAME，AGE，SEX） 课程设置关系C（C#，CNAME，TEACHER） 选课关系SC（S#，C#，GRADE） 查询选修课程号为‘C03’的学生姓名。
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（2）在高速局域网中 传输时间比局部处理时间要短得多。在这种情下，往往以响 应时间作为优化目标。响应时间既与通信时间有关，也与局部处 理时间有关，但局部处理时间是关键，所以减少局部处理的时间 是问题的主要方面。 在某些情况下，查询处理同时以减少通信费用与响应时间作 为优化目标。这时，算法往往需要在这两者之间做出权衡。 3、查询代价的估算方法 设一个查询执行的预期代价为QC，则 在集中式中：QC=I/O代价+CPU代价 在分布式中：QC=I/O代价+CPU代价+通信代价 通信代价可用如下公式作粗略估算： TC（X）=C0+C1*X 其中，X为数据的传输量，通常以bit为单位计算； C0为两站点间通信初始化一次所花费的时间，它由通信系统确 定，近似一个常数，以秒为单位； C1为传输率（传输速度的倒数），即单位数据传输的时间，单 5 位是 b/s。
多对多关系以及多表查询优化处理
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。
《数据库原理及应用》第三次在线作业参考答案
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（）。
第九章关系数据库的查询优化
关系系统及其查询优化（ 关系系统及其查询优化（续）
• 本章目的： 本章目的： – RDBMS的查询处理步骤 的查询处理步骤 – 查询优化的概念 – 基本方法和技术 • 查询优化分类 ： – 代数优化 – 物理优化
9.1 关系数据库系统的查询处理
• 9.1.1 查询处理步骤 • 9.1.2 实现查询操作的算法示例
连接操作的实现（续） 连接操作的实现（
2. 排序 合并方法 排序-合并方法 合并方法(sort-merge join 或merge join)
– 适合连接的诸表已经排好序的情况 – 排序－合并连接方法的步骤： 排序－合并连接方法的步骤：
如果连接的表没有排好序，先对 表和SC表 如果连接的表没有排好序，先对Student表和 表 表和 按连接属性Sno排序 排序 按连接属性 表中第一个Sno，依次扫描 表中具有 取Student表中第一个 表中第一个 ，依次扫描SC表中具有 相同Sno的元组 的元组 相同
第九章 关系系统及其查询优化 9.1 关系数据库系统的查询处理 9.2 关系数据库系统的查询优化 9.3 代 数 优 化 9.4 物 理 优 化 9.5 小 结
9.2 关系数据库系统的查询优化
• 查询优化在关系数据库系统中有着非常重要的地位 • 关系查询优化是影响 关系查询优化是影响RDBMS性能的关键因素 性能的关键因素 • 由于关系表达式的语义级别很高，使关系系统可以 由于关系表达式的语义级别很高， 从关系表达式中分析查询语义， 从关系表达式中分析查询语义，提供了执行查询优 化的可能性
选择操作的实现（续） 选择操作的实现（
• 选择操作典型实现方法： 选择操作典型实现方法： – 1. 简单的全表扫描方法
对查询的基本表顺序扫描， 对查询的基本表顺序扫描，逐一检查每个元组是否 满足选择条件， 满足选择条件，把满足条件的元组作为结果输出 适合小表，不适合大表 适合小表，
第四章 关系数据库系统的查询优化
34
（3）优化器可以考虑数百种不同的执 行计划，而程序员一般只能考虑有限 的几种可能性。
35
（4）优化器中包括了很多复杂的优化 技术，这些优化技术往往只有最好的 程序员才能掌握。
36
系统的自动优化相当于使得所有人 都拥有这些优化技术。
关系数据库查询优化的总目标是： 选择有效的策略，求得给定关系表 达式的值。
21
准则6 视图更新准则。
所有理论上可更新的视图也应该允 许由系统更新。 什么叫“一个视图是理论上可更新 的视图”呢？ 它是指对此视图的更新要求，存在 一个与时间无关的算法，该算法可以 无二义性地把更新要求转换为对基本 表的更新序列。
22
准则7 高级的插入、修改和删除操作。 关系系统的操作对象是单一的关 系。以关系为操作对象不仅简化了用 户查询，提高了用户生产率，而且也 为系统提供了很大的余地来进行查询 优化，提高了系统的运行效率。 它允许系统来选择存取路径，以便 得到最有效的运行代码。
17
准则2 保证访问准则。 依靠表名、主码和列名的组合，保证 能以逻辑方式访问关系数据库中的每个数 据项(分量值)。 保证访问准则表明关系系统所采用的 是关联寻址(association addressing)的 访问模式，而不是那种面向机器的寻址方 法。这是关系系统独有的方式。
18
准则3 空值的系统化处理。 全关系型的DBMS应支持空值的概念， 并用系统化的方式处理空值。 以往处理空值的办法常常是对每个允 许取空值的字段定义一种特殊的值来表示 空值。 这不是系统化的好办法。因为这样的 话，用户必须对每个字段或域采用不同的 方法来处理空值。这种方法必然会大大降 低用户生产率。
39
⑷ 生成查询计划。
查询计划也称查询执行方案，是由 一系列内部操作组成的。 这些内部操作按一定的次序构成查 询的一个执行方案。 通常这样的执行方案有多个，需要 对每个执行计划计算代价，从中选择 代价最小的一个。
浅谈关系数据库的查询处理和优化
［ 关键词 ］ 关系数据库 查询优化 数据库设计 ｓ ＱＬ语 言
关 系系统 的查询优化既是数据库管理系统 （ Ｄ Ｍ ） Ｒ Ｂ Ｓ 实现的关键技 术 又是关 系系统 的优点所在 ， 的总 目标是选择有效 的策 略 ， 它 求得给定 关 系表达式的值 ，使得查询代价较小 。 目前使用 的关 系数据 库均支持 Ｓ Ｌ语言 ， Ｑ 用户使用 Ｓ Ｌ语言表 达查询 的要求， Ｑ 不必关 心 Ｒ Ｂ Ｄ ＭＳ的具 体执行 过程， 由 Ｒ Ｂ 而 Ｄ ＭＳ确定合 理 的、 有效 的查询 策略 ， 同时 ， 户设 用 计 的数据库和提交的 Ｓ Ｌ语 言是数据库 系统优 化的基础 ，两者的密切 Ｑ 结合将会更好的达到查询优化的效果 。 １查 询 处 理 的 步骤 ． 查询处理是关系数据库管理系统（ Ｄ ＭＳ） ＲＢ 的核心 。在系统查询处 理之前首先要将用户输入的高级语 言表示 的查询转换为 系统 物理层能 够识别和实现的形式 关系代数表达式的语 法树， 通常这种转换结果并不 唯一。 Ｒ ＭＳ的查 询任 务是把用 户提交给的查询语 句转换为高效的 即 ＤＢ 执 行 过 程 。 系 Ｒ ＭＳ查 询 处 理 可 以 分 为 ４个 阶 段 ： 询 分 析 、 询 检 关 ＤＢ 查 查 查、 查询优化和查询执行 ， 如图 １所示。
一
Ｃｏ ｒ ｅＳ ｕ ｓ，Ｃ
Ｗ ＨＥＲＥ Ｓ ｕ ｅ ｔ ｎ ＝ Ｃ． ｎ ｔ ｄ ｎ． ｏ Ｓ Ｓ ｏ Ｓ ＡＮＤ Ｃ． ｏ ． ｕ ｃ ． ｏ Ｓ Ｃｎ － Ｃｏ ｒ ｅ Ｃｎ
Ａ Ｄ Ｓｕ ｅｔ ｄ ｐ＝ Ｉ” 先 把 Ｓ Ｎ ｔｄｎ． ｅ ｔ”Ｓ ； Ｓ ＱＬ语 句 转 化 为 语 法 树 ，并 且 进 行 优化。
查询优化可 以有 多种 方法 ，按照优化 的层 次一 般可以分为代数优 化和物理优化 。 代数优化是指按照一定 的规则 ， 改变代数表达式 中操作 的次序和组合 ， 使查询执行更 高效 ； 物理优化是指存取 路径 和底层操作 算法的选择 。 下面重点介绍查询树 的启发式优化和基于代价 的优化 ， 进 步 了解具 体的查询计划 ， 如建立索 引 、 修改 Ｓ Ｌ语句 、 Ｑ 建立 视图或临 时表等来降低查询代价 ， 达到优化 系统性能 的 目标 。 ２３１查询树的启发式优化 ．． 查询树的启发式规则有 ： 择运算应尽可能先做 ， 选 把投 影运算和选 择运算 同时进行 ， 把投影 同其前 或后的双 目运算结合起来 ， 把笛卡尔积 转化 为连接运算 ，提出公共字 表达式 。Ｓ Ｌ Ｃ ａ ｅＦ Ｏ Ｓｕｅ ｔ Ｅ Ｅ ＴＣｎｍ Ｒ Ｍ ｔｄ ｎ，
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选择运算尽可能先做, 降低中间结果大小
在连接前,对关系适当的进行预处理: 对关
系排序(排序合并连接方法)或在连接属性上
建索引(索引连接方法)
循环嵌套连接(不 Students
做任何预处理):
95004…
95002...
95003... ...
95001…
...
SC
95003 1 … 95003 2 … 95004 2 ... 95004 3 ... 95001 1 … ...
Optimizer Execution plan
D
B
M S
data
Statistics about data
关系系统的查询优化:
为什么需要查询优化
关系系统的查询优化由系统完成, 而不是 由用户完成
优化器可以数据字典获取许多统计信息 如果数据库的物理统计信息改变了,优化器
可以对查询进行重新优化以选择适应的执行 计划 优化器可以考虑数百种不同的执行计划 优化器包括了许多复杂的技术
假定: Students有1000个元组,SC有10000 个元组, 其中选2号课程的有50个元组
数据只有读到内存才能进行连接
Q1= sname(Students.Sno=SC.Sno and Cno=‘2’(StudentsSC))
通过读取块数计算I/O代价 读取块数计算方法: Students 1000个元组 5块 SC 10000个元组
读取总块数:
Students 10
SC 100
1000 1000 10000 100 20100 2100 10 10 5 100
若每秒读写20块, 则花费:
2100 105s 20
Q1= sname(Students.Sno=SC.Sno and Cno=‘2’(StudentsSC))
关系系统的查询优化:
一个查询实例: 求选修2号课程的学生姓名
SQL表示: select Sname from Students, SC where Students.Sno=SC.Sno and Cno=‘2’; 关系代数表示: Q1= ( sname Students.Sno=SC.Sno and Cno=‘2’(StudentsSC)) Q2= sname(Cno=‘2’(Students SC)) Q3= sname( Students Cno=‘2’(SC))
关系系统的定义
关系系统: 支持关系数据模型的数据库管 理系统(粗略)
关系系统(确切定义): 一个系统可以定义 为一个关系系统, 当且仅当它:
支持关系数据库 支持选择、投影和连接运算(自然连接), 对这
些运算不要求定义任何物理存取路径
关系系统的分类:
关系系统的产品 按E.F.Codd的思想将关系系统分为:
连接后的元组个数为: 103 104=107 连接后的中间结果内存放不下, 需暂时写到外存 若每块可装10个元组, 则写出这些元组需:
(107 /10)/20=5 104s
➢ 选择操作: 读回需5 104s, 选择后剩50个元 组, 假定均可放在内存
➢ 投影操作: ➢ 查询共花费: 105+2 5 104 105 s
接运算
5块
读Students块数为:
Students 10
SC 50
1000/10=100
花费为: 100/20=5s
连接结果为50个元组, 均可放在内存
➢ 投影运算:
➢ 总花费: 5+5=10s
关系系统的查询优化:
查询优化的一般准则: 下面的优化策略一般 能提高查询效率, 但不一定合并连接(连 接的关系分别排 序):
Students
95001… 95002...
95003...
95004…
...
Q1= sname(Students.Sno=SC.Sno and Cno=‘2’(StudentsSC))
代价计算 Q1代价计算(仅考虑I/O代价) ➢ 计算广义笛卡尔积代价
假定: 在内存中, 存放5块Students元组和一 块SC元组, 一块可以装10个Students元组或 100个SC元组.
➢ 计算对SC做选择运算的代价 需读SC到内存进行选择运算 读SC块数为: 10000/100=100 花费为: 100/20=5s 选择结果为50个SC元组, 均可放在内存
Q3= sname( Students Cno=‘2’(SC))
➢ 计算和Students自然连接的
代价
需读Students到内存进行连
SM I a
SM I b
表式系统(a) 最小关系系统(b) 关系完备的系统(c) 全关系系统(d)
SM I c
SM I
d
关系系统的查询处理:
查询处理的步骤:
query
Parser & translator
Relational algebra expression
Query output
Evaluation engine
Q2= sname(Cno=‘2’(Students SC))
Q2代价计算(仅考虑I/O代价)
➢ 计算自然连接代价 也要把数据读到内存进行连接, 但连接结果比笛
卡尔积要小得多 读取块数依然为:
1000 1000 10000 100 20100 2100 10 10 5 100
花费为2100/20105s 连接结果大小为104个元组, 写到外存需:
优化目标: 寻求最优的执行计划, 使查询 执行开销尽量小
关系系统的查询优化:
查询优化的一般步骤
将查询转化成内部表示--语法树 根据等价变化规则, 将语法树转化成优化形
式 选择低层操作算法 生成查询计划
查询执行开销主要包括: 总代价=I/O代价+CPU代价
多用户数据库执行开销: 总代价=I/O代价+CPU代价+内存代价
(104 /10)/20=50s
Q2= sname(Cno=‘2’(Students SC)) Q3= sname( Students Cno=‘2’(SC))
➢ 读取自然连接结果, 执行选择运算, 需50s, 选择结 果均可放在内存
➢ 投影运算: ➢ 总花费为: 105+50+50=205s
Q3代价计算(仅考虑I/O代价)