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CH4. 关系系统及其查询优化 第四章 关系系统及其查询优化 《数据库系统概论》 内容、提纲 讨论关系系统RDBMS；两个问题；内容较少 4.1 关系系统 关系系统的定义 关系系统的分类 全关系系统的12条基本准则 4.2 关系数据库系统的查询优化 关系代数表达式的优化问题 关系代数表达式的等价变换规则 优化的策略 关系代数表达式的优化算法 教学要求 了解理解 关系系统的定义。 关系系统的分类，分类的依据，分成哪几类，各类的特点。 利用等价变换规则和优化策略对关系代数表达式进行优化。 关系代数表达式的优化算法、优化过程，用语法树表示。 4.1 关系系统 CH2.中，详细讨论了关系模型的三个基本要素： 关系数据结构：域，及域上定义的关系 关系操作：关系代数运算（或等价的关系演算） 并, 差, 笛卡尔积, 选择, 投影; 交, 连接, 除 关系数据完整性约束 实体完整性、参照完整性、用户定义的完整性 关系系统：应该是支持关系模型三个部分的DBMS。 但，不确切。因为：关系模型的三个部分并非每一部分都同等重要, 不能苛求完全支持关系模型的系统才称为关系系统 本节给出一个关系系统的最小要求及分类的定义。 4.1.1 关系系统的定义 一个系统可定义为关系系统，当且仅当它：参见P151. (1) 支持关系数据库(关系数据结构) 用关系(二维表)表达数据，实体及实体间联系都用关系表示。从用户观点看，数据库是由表(关系)构成的，并且只有表这一种结构。 (2) 支持选择、投影和(自然)连接运算，对这些运算不必要求定义任何物理存取路径 一个系统仅支持关系数据库而没有选择、投影和连接运算功能的，不能称为关系系统。 一个系统虽然支持选择、投影和连接三种运算，但要求定义物理存取路径, 也不能称为关系系统。 关系系统定义: 解释 为什么关系系统除了要支持关系数据结构外，还要支持选择、投影和连接运算呢？ 参见P152. 要求关系系统支持这三种最主要的运算而不是关系代数的全部运算功能，是因为它们是最有用的运算功能，能解决绝大部分的实际问题。 若不支持，则用户使用不方便，不能提高用户的生产率。 为什么要求这三种运算不能依赖于物理存取路径呢？ 若依赖，则用户使用不方便，且降低了或丧失了系统的物理数据独立性；不依赖，关系系统应该自动选择最优的存取路径，这是关系系统的优点之一，也是关系系统查询优化的关键技术。 4.1.2 关系系统的分类 按照对关系数据模型三个组成部分的支持程度来分类。 分为表式系统、最小关系系统、关系完备的系统和全关系系统。 参见P152.图4.1 表式系统 --- 严格说，不算关系系统 仅支持关系(即表)数据结构，不支持集合级的操作。 最小关系系统 即 4.1.1中定义的关系系统，仅支持关系数据结构和三种关系操作：选择、投影、(自然)连接。 关系系统的分类(续) 参见P152.图4.1 关系完备的系统 支持关系数据结构、支持所有的关系代数操作(只要求功能上与关系代数等价)。 全关系系统 不仅是关系上完备的，而且支持数据结构中域的概念，支持实体完整性和参照完整性。 目前，大多数RDBMS产品都是关系完备的，或介于关系完备和全关系之间的。 关系数据库系统的衡量标准 关系数据库系统诞生以来，为区分关系系统出现过许多衡量标准，其中以Codd分别于1974和1985年提出的标准最为著名，它也是目前衡量关系数据库的重要标准。 Codd于1974年在IFIP会议上提出了关系数据库的六个标准。 Codd于1985年在Computer World杂志上提出了完全关系型十二条基本准则，可作为评价和购买RDBMS产品的标准 。 参见P153.~P157. “*4.1.3 全关系系统的十二条基本准则”。 4.2 关系数据库系统的查询优化 本节的内容是讨论关系系统的查询优化，对开发设计RDBMS的人员来说是重要的内容，对我们来说，只作了解。 本节只做简单介绍。 4.2.1 关系系统及其查询优化 4.2.2 一个实例 4.2.3 查询优化的一般准则 4.2.4 关系代数等价变换规则 4.2.5 关系代数表达式的优化算法 4.2.6 优化的一般步骤 4.2.1 关系系统及其查询优化 关系系统的查询优化既是RDBMS实现的关键技术又是关系系统的优点。 参见P157.~P159. 关系系统查询优化把方便留给了用户，把困难留给了自己，关系系统的查询优化： 1. 使关系数据库语言高度的非过程化。 2. 用户使用方便，不必知道数据的存取路径，不必考虑如何最好的表达查询以获得较好的效率，因而提高了用户生产率，提高了数据独立性。 3. 系统级的优化总比用户级的优化做得更好更全面, 因为