關系代數和關系數據庫語言（SQL）

閱讀提示：本篇文章較長，建議從目錄上選取想看的內容。代碼上的話，我習慣用小寫，如果看不習慣建議跳過。有問題歡迎討論！！！

一、基礎概念

1.1數據庫的概念

????????數據庫(Database)是按照數據結構來組織、存儲和管理數據的倉庫，它能夠高效地存儲、檢索和管理大量數據。

1.2數據庫類型

  • 關系型數據庫，基于關系模型，數據以表格形式存儲
  • 非關系型數據庫，包括文檔型(MongoDB)、鍵值型(Redis)、列存儲型(Cassandra)、圖數據庫(Neo4j)等

二、關系模型

2.1關系型數據庫核心概念

  • 模式：即邏輯模式，是數據庫中全體數據的邏輯和特征的描述。
  • 表：數據以行和列的形式組織，每張表有一個唯一名稱。
  • 屬性：表中的一列即一個屬性。
  • 元組：表中的一行即一個元組。
  • 字段：表中的列，表示數據的屬性，每個字段有特定的數據類型(如整數、字符串、日期等)。
  • 域：一組具有相同數據類型的值的集合。
  • 碼（鍵)：表中某一個屬性或一組屬性，其值可以唯一確定一個元組。
  • 主鍵（主碼）：唯一標識表中每條記錄的字段或字段組，不能為NULL，且值必須唯一。
  • 外鍵：一個表中的字段，引用另一個表的主鍵，用于建立表之間的關系。
  • 索引：提高數據檢索速度的數據結構，類似于書籍的目錄。

2.2關系代數

2.2.1選擇

定義：從關系R中選擇滿足給定條件F的元組，記作σ_F(R)

特點：水平操作（按行篩選）

sql語句為：

select *    --全體學生
from Student        --從Student表
where Smajor='信息安全'    ---條件

2.2.2投影

定義：從關系R中選擇若干屬性列組成新的關系，記作π_A(R)，其中A是屬性列表

特點：垂直操作（按列篩選）；會去除重復元組；結果關系的屬性是A中指定的屬性

sql語句

select  distinct Sno,Smajor    --distinct表示去除重復的元素
from Student

2.2.3連接

  • 等值連接

定義：從關系R和S的笛卡爾積中選取滿足θ條件的元組，記作R?_{AθB}S.

????????????????????????/*笛卡爾積就不贅述*/

特點：θ為"="時稱為等值連接；結果包含R和S的所有屬性（可能有重復列）

sql語句：

select *
from R 
join S on R.A=S.B
  • 自然連接
  1. 定義：R和S在所有公共屬性上等值連接，并去除重復列

特點：自動識別同名屬性進行匹配；結果關系不包含重復屬性；如果無公共屬性則退化為笛卡爾積

sql語句：

select *
from table1
natural join table2
  • 外連接

分類：

  • 左外連接(R?S)：保留左邊關系R的所有元組
  • ?右外連接(R?S)：保留右邊關系S的所有元組
  • ?全外連接(R?S)：保留兩邊關系的所有元組

sql語句：

-- 左外連接
select * from R left join S on R.A=S.B;
-- 右外連接
select * from R right join S on R.A=S.B;
-- 全外連接
select * from R full join S on R.A=S.B;

2.2.4除

定義：給定關系R(X,Y)和S(Y)，其中X、Y是屬性組，R÷S得到一個新的關系，包含所有滿足"在R中存在與S中所有Y值對應的X值"的X值。

? ? ? ? /*定義相對有點抽象，需要用象集來定義除法，下面的字潦草點，請見諒*/

sql語句：

選擇那些X值，使得不存在任何S中的Y值與該X值沒有配對,即選擇與S中所有Y值都配對的X值

select distinct R.X from R R1
where not exists (select S.Y from Swhere not exist(select * from R R2where R2.X = R1.X and R2.Y = S.Y)
);

三、關系數據庫語言

3.1數據庫

3.1.1創建

create database?database_name

3.1.2刪除

drop database?database_name

代碼：

create database HE	--創建數據庫
use HE	--使用HE的數據庫
drop database HE	--刪除數據庫

3.2數據庫模式

3.2.1創建

create schema uu	--創建模式
create schema schema_name  authorization owner_name;
--創建模式，并可指定所有者

3.2.2查看

SELECT name FROM sys.schemas;
--查看所有模式
--查看特定模式的詳細信息
SELECT * 
FROM sys.schemas
WHERE name = 'dbo';  -- 替換為您想查看的模式名

/*創建、查看的方式有很多，這里就簡單介紹一下*/

3.2.3刪除

drop schema schema_name	--刪除模式

3.3表

3.2.1創建

create table?table_name
create table 表名 (列名1 數據類型 [約束],列名2 數據類型 [約束],...[表級約束]
);

3.2.2刪除

drop table?table_name

3.2.3修改

alter table?database_name

例子：

alter table Student
add constraint c1 check(Ssex='男'OR Ssex='女')
--給表Student中Ssex添加約束，并將約束命名為c1

3.2.4約束

  • 主鍵約束
create table employees (employee_id int primary key,    --primary主碼約束name varchar(50)
);-- 命名主鍵約束
create table students (student_id int,name varchar(50),constraint pk_student primary key (student_id)    --將主鍵命名為pk-studnet
);-- 復合主鍵
create table order_items (order_id int,product_id int,quantity int,constraint pk_order_items primary key (order_id, product_id)
);
  • 外鍵約束
create table orders (order_id int primary key,customer_id int,constraint fk_customer foreign key (customer_id) references customers(customer_id)
);-- 帶級聯操作
create table order_details (detail_id int primary key,order_id int,constraint fk_order foreign key (order_id) references orders(order_id)
);
  • 唯一約束
create table products (product_code varchar(20) unique,    --unique唯一約束
);
  • 檢查約束
create table employees (age int check (age >= 18 and age <= 65),    Credit smallint not null check(Credit in('2','3','4')),Ssex char(2) check(Ssex in('男','女'))    --check檢查約束
);
  • 默認約束
create table orders (--默認約束 (default)status varchar(20) default 'pending'
);
  • not null約束
create table customers (--非空約束 (not null)email varchar(100) not null
);

3.2.5插入

insert into 表名 (列1, 列2) 
values (值1, 值2);

例子：

insert into Student values    --沒有指定特定的列表示每列都要插入
('2018001','李勇','男','2000-03-08','信息安全'),
('2018002','劉晨','女','1999-09-01','計算機科學與技術'),
('2018003','王敏','女','2001-09-01','計算機科學與技術'),
('2018004','張立','男','2000-01-08','計算機科學與技術');

3.2.6查詢

1）單表查詢

  • 基礎查詢
select * from Student	--查看Student表中全部信息select Sno,Sname from Student	--查看Student表中關于學號和姓名的信息select Sname, year(getdate()) - year(Sbirthdate)as age	--計算并起別名為age
from Student	--查看Student表中姓名和年齡
  • 條件查詢
查詢條件謂詞
比較=，>,? <,? ?<=,? ?>=,? ?!=,? ?<>(不等于）,???!>（不大于,? !<（不小于）;? ? NOT +上述符號
確定范圍between and,? ? ? ? not?between and
字符匹配like ,? ? ? ? is not like
空值is null,? ? ? ? is not null
多重條件（邏輯）and ,? ? ? ? or,? ? ? ? not

?distinct消除重復列

select distinct Sno from SC		--distinct消除重復列

?where中確定條件

--查詢專業為計算機科學與技術，性別為女的學生姓名
select Sname
from Student
where Smajor='計算機科學與技術'and Ssex='女';

?建立視圖，在視圖中使用between and

--查詢年齡在20和25之間的學生姓名、學號
--建立一個相關的視圖
create view Sage as
select Sname, Sno, year(getdate()) - year(Sbirthdate)as age
from Student--在視圖中查找
select Sname,Sno
from Sage
where age between 20 and 25;

?in 用來查找屬性值屬于集合的元組

--查找信息安全和計算機科學與技術學生姓名
--in 用來查找屬性值屬于集合的元組
select Sname 
from Student
where Smajor in('信息安全','計算機科學與技術')

?字符匹配

--使用like進行匹配
select *
from Student
where Sname like '李勇'--%代表任意長度（長度可為0）的字符串
select *
from Student
where Sname like '劉%'	--查找姓劉的人--_(下劃線）代表單個字符
select *
from Student
where Sno like '201800__'

排序

-- 單列排序
select * from 表名 
order by 列名 asc;  -- 升序(默認)-- 降序排序
select * from 表名 
order by 列名 desc;-- 多列排序
select * from 表名 
order by 列1 asc, 列2 desc;

聚集函數

select count(*) as 總數,sum(數值列) as 總和,avg(數值列) as 平均值,max(數值列) as 最大值,min(數值列) as 最小值
from 表名;

分組查詢

-- 基本分組
select 列名, count(*) 
from 表名 
group by 列名;-- 分組后篩選
select 列名, avg(數值列) 
from 表名 
group by 列名 
having avg(數值列) > 100;

2）連接查詢

/*之前在關系代數也說過就不舉例子了*/

-- 內連接
select a.列, b.列 
from 表1 a 
inner join 表2 b on a.關聯列 = b.關聯列;-- 左連接
select a.列, b.列 
from 表1 a 
left join 表2 b on a.關聯列 = b.關聯列;-- 右連接
select a.列, b.列 
from 表1 a 
right join 表2 b on a.關聯列 = b.關聯列;

3）嵌套查詢

--查詢選修了"數據結構"課程的學生信息
select *
from Student
where Sno in (select Sno    --找與課程號相對應的學號from SCwhere Cno = (select Cno    --查找課程號from Coursewhere Cname = '數據結構')
);

4）集合查詢

并操作：union

交操作：intersect

差操作：except

--查詢選修了81001或81002課程的學生學號
select Sno
from SC
where Cno = '81001'    --選修了81001的學號
union                  --并操作
select Sno
from SC
where Cno = '81002';    --選修了81002的學號
--查詢選修了81001但沒有81002課程的學生學號
select Sno
from SC
where Cno = '81001'    --選修了81001的學號
except                 --差操作
select Sno
from SC
where Cno = '81002';    --選修了81002的學號

5）基于派生表的查詢

--查詢所有選修81001號課程的學生姓名
select Sname
from Student, (select Sno from SC where Cno='81001) as SCI
where Student.Sno=SCI.Sno

3.2.7更新

update 表名 
set 列1 = 值1 
where 條件;

3.4視圖

3.3.1創建

create view 視圖名 as
select 列1, 列2
from 表名
where 條件;

3.3.2刪除

drop view 視圖名

3.3.3查詢、更新

與表的查詢和更新差不多，只是把表名改為視圖名

3.5索引

3.4.1創建

create index 索引名 
on 表名 (列名);

3.4.2刪除

drop index 索引名;

/*很久沒更了，一是準備比賽，二是github。不過我還是會在這上面更新一些基礎內容，項目這些的話代碼太多的就放在github上*/

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