Bài giảng Cơ sở dữ liệu - Chương 4: Đại số quan hệ - Đỗ Thị Kim Thành

TRUNG TÂM DÀO TẠO CÁC VẤN ĐỀ KINH TẾ HIỆN ĐẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CHU VĂN AN GV: Đỗ Thị Kim Thành Email: kimthanh.do@gmail.com Web: DATABASE CƠ SỞ DỮ LIỆU GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 2 Chương IV ĐẠI SỐ QUAN HỆ GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 3 I. SƠ LƢỢC VỀ ĐẠI SỐ QUAN HỆ  Là một mô hình toán học dựa trên lý thuyết tập hợp  Đối tượng xử lý là các quan hệ trong CSDL quan hệ  Cho phép sử dụng các phép toán rút trích dữ liệu từ các quan hệ  Tối ưu hóa quá trình rút trích dữ liệu  Gồm có:  Các phép toán đại số quan hệ  Biểu thức đại số quan hệ GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 4 II. Sơ lƣợc các phép toán ĐSQH Có năm phép toán cơ bản:  Chọn (  ) : chọn ra các dòng (bộ) trong QH thỏa điều kiện chọn.  Chiếu (  ) : chọn ra một số cột.  Tích Descartes (  ) : kết hai QH lại với nhau.  Trừ (  ) : chứa các bộ của QH1 nhưng không nằm trong QH2.  Hội (  ) : chứa các bộ của QH1 và các bộ của QH2. Các phép toán khác:  Giao (  ), kết ( ), chia ( / hay ), đổi tên ( ): là các phép toán không cơ bản (được suy từ 5 phép toán trên, trừ phép đổi tên). GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 5 III. Biểu thức ĐSQH  Khái niệm: là một biểu thức gồm các phép toán ĐSQH.  Biểu thức ĐSQH được xem như một quan hệ (không có tên)  Kết quả thực hiện các phép toán trên cũng là các quan hệ, do đó có thể kết hợp giữa các phép toán này để tạo nên các quan hệ mới GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 6 Cho lược đồ quan hệ: NHANVIEN (MANV, HOTEN, NS, PHAI)  Có các thể hiện NHANVIEN MANV HOTEN NS PHAI NV001 Nguyễn Tấn Đạt 10/12/1970 Nam NV002 Trần Đông Anh 01/08/1981 Nữ NV003 Lý Phước Mẫn 02/04/1969 Nam IV. Các phép toán ĐSQH GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 7 1. Phép chọn -   (Quan hệ) (Điều kiện 1  điều kiện 2  .) Cú pháp :  (NHANVIEN) Phai=‘Nam’ NHANVIEN MANV HOTEN NS PHAI NV001 Nguyễn Tấn Đạt 10/12/1970 Nam NV002 Trần Đông Anh 01/08/1981 Nữ NV003 Lý Phước Mẫn 02/04/1969 Nam NHANVIEN MANV HOTEN NS PHAI NV001 Nguyễn Tấn Đạt 10/12/1970 Nam NV003 Lý Phước Mẫn 02/04/1969 Nam Kết quả phép chọn Câu hỏi 1: Cho biết các nhân viên nam ? Mục đích: chọn ra các dòng (bộ) trong QH thỏa ĐK chọn GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 8  (NHANVIEN) (Phai=‘Nam’  Year(NS) > 1975) NHANVIEN MANV HOTEN NS PHAI NV001 Nguyễn Tấn Đạt 10/12/1970 Nam NV002 Trần Đông Anh 01/08/1981 Nữ NV003 Lý Phước Mẫn 02/04/1969 Nam NHANVIEN MANV HOTEN NS PHAI Câu hỏi 2: Cho biết các nhân viên nam sinh sau năm 1975 ? Kết quả phép chọn (không có bộ nào thỏa) 1. Phép chọn -  GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 9 Cú pháp: NHANVIEN MANV HOTEN NS PHAI NV001 Nguyễn Tấn Đạt 10/12/1970 Nam NV002 Trần Đông Anh 01/08/1981 Nữ NV003 Lý Phước Mẫn 02/04/1969 Nam Kết quả phép chiếu Câu hỏi 3: Cho biết họ tên nhân viên và giới tính ? (Quan hệ) Cột1, cột2, cột 3, .  (NHANVIEN) HOTEN, PHAI  NHANVIEN HOTEN PHAI Nguyễn Tấn Đạt Nam Trần Đông Anh Nữ Lý Phước Mẫn Nam 2. Phép chiếu -  Mục đích: chọn ra một số cột trong một quan hệ GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 10 NHANVIEN MANV HOTEN NS PHAI NV001 Nguyễn Tấn Đạt 10/12/1970 Nam NV002 Trần Đông Anh 01/08/1981 Nữ NV003 Lý Phước Mẫn 02/04/1969 Nam Kết quả phép chiếu Câu hỏi 4: Cho biết họ tên và ngày tháng năm sinh của các nhân viên nam?  (NhanVien) (Phai=‘Nam’) Bước 1: Q Kết quả phép chọn (biểu thức ĐSQH) được đổi tên thành QH Q Bước 2: (Q)  HOTEN, NS NHANVIEN HOTEN NS Nguyễn Tấn Đạt 10/12/1970 Lý Phước Mẫn 02/04/1969 2. Phép chiếu -  GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 11 Câu hỏi 5: Tính tích Descartes giữa 2 quan hệ nhân viên và phòng ban NHANVIEN PHONGBAN  Quan-hệ-1 Cú pháp : Quan-hệ-2   Quan-hệ-k 3. Phép tích Descartes - X Mục đích: kết hai quan hệ lại với nhau GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 12 PHONGBAN MAPH TENPH TRPH NC Nghiên cứu NV001 DH Điều hành NV002 NHANVIEN PHONGBAN  Nam Nữ Nam 02/04/1969 01/08/1981 10/12/1970 NS HOTEN MANV Nguyễn Tấn Ðạt NV001 Lý Phước Mẫn NV003 Trần Ðông Anh NV002 NHANVIEN PHAI PHONG DH NC NC NHANVIEN X PHONGBAN MANV HOTEN NS PHAI PHONG MAPH TENPH TRPH NV001 Nguyễn Tấn Đạt 10/12/1970 Nam NC NC Nghiên cứu NV001 NV001 Nguyễn Tấn Đạt 10/12/1970 Nam NC DH Điều hành NV002 NV002 Trần Đông Anh 01/08/1981 Nữ DH NC Nghiên cứu NV001 NV002 Trần Đông Anh 01/08/1981 Nữ DH DH Điều hành NV002 NV003 Lý Phước Mẫn 02/04/1969 Nam NC NC Nghiên cứu NV001 NV003 Lý Phước Mẫn 02/04/1969 Nam NC DH Điều hành NV002 3. Phép tích Descartes - X GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 13 4. Phép kết - - Theta-join Câu hỏi 6: Cho biết mã nhân viên (MANV), họ tên (HOTEN) và tên phòng (TENPH) mà nhân viên trực thuộc MANV HOTEN NS PHAI PHONG MAPH TENPH TRPH NV001 Nguyễn Tấn Đạt 10/12/1970 Nam NC NC Nghiên cứu NV001 NV001 Nguyễn Tấn Đạt 10/12/1970 Nam NC DH Điều hành NV002 NV002 Trần Đông Anh 01/08/1981 Nữ DH NC Nghiên cứu NV001 NV002 Trần Đông Anh 01/08/1981 Nữ DH DH Điều hành NV002 NV003 Lý Phước Mẫn 02/04/1969 Nam NC NC Nghiên cứu NV001 NV003 Lý Phước Mẫn 02/04/1969 Nam NC DH Điều hành NV002 Điều kiện chọn: NHANVIEN.PHONG = PHONGBAN.MAPH  (NHANVIEN X PHONGBAN) NHANVIEN.PHONG=PHONGBAN.MAPH GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 14  (NHANVIEN X PHONGBAN) NHANVIEN.PHONG=PHONGBAN.MAPH Quan-hệ-1 Phép kết được định nghĩa là phép tích Decartes và có điều kiện chọn liên quan đến các thuộc tính giữa 2 quan hệ Quan-hệ-2 • Phép kết với đk tổng quát được gọi là -kết,  có thể là , =, >, =, <= • Nếu đk kết là phép so sánh = thì gọi là kết bằng Câu hỏi 6 viết lại: MANV,HOTEN,TENPH (NHANVIEN PHONG=MAPH PHONGBAN) Điều kiện kết 4. Phép kết - - Theta join Cú pháp : GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 15 ( Kết bằng ) NHANVIEN PHONG=MAPH PHONGBAN Nếu PHONG trong NHANVIEN được đổi thành MAPH thì ta bỏ đi 1 cột MAPH thay vì phải để MAPH=MAPH, lúc này gọi là phép kết tự nhiên (natural-join) ( Kết tự nhiên ) NHANVIEN MAPH PHONGBAN Kết bằng: Kết tự nhiên: Hoặc viết cách khác: NHANVIEN * PHONGBAN equi-join natural-join * Kết bằng và Kết tự nhiên GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 16 Câu hỏi 7: Tìm họ tên các trưởng phòng của từng phòng ? HOTEN, TENPH (PHONGBAN TRPH=MANV NHANVIEN) Câu hỏi 8: Cho lược đồ CSDL như sau: TAIXE (MaTX, HoTen, NgaySinh, GioiTinh, DiaChi) CHUYENDI (SoCD, MaXe, MaTX, NgayDi, NgayVe, ChieuDai, SoNguoi)  Cho biết họ tên tài xế, ngày đi, ngày về của những chuyến đi có chiều dài >=300km, chở từ 12 người trở lên trong mỗi chuyến? HoTen, NgayDi, NgayVe (Q MATX TAIXE)  (ChieuDai>=300  SoNguoi>=12) (CHUYENDI) Q Kết quả: 4. Phép kết - - Theta join GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 17 * Phép kết ngoài (outer join)  Mở rộng phép kết để tránh mất thông tin  Thực hiện phép kết và sau đó thêm vào kết quả của phép kết các bộ của quan hệ mà không phù hợp với các bộ trong quan hệ kia.  Có 3 loại:  Left outer join R S  Right outer join R S  Full outer join R S  Ví dụ: In ra danh sách tất cả tài xế và số chuyến đi, mã xe mà tài xế đó lái (nếu có) GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 18 * Phép kết ngoài TAIXE CHUYENDI MaTX TAIXE MaTX Hoten TX01 Huynh Trong Tao TX02 Nguyen Sang TX03 Le Phuoc Long TX04 Nguyen Anh Tuan CHUYENDI SoCD MaTX MaXe CD01 TX01 8659 CD02 TX02 7715 CD03 TX01 8659 CD04 TX03 4573 Matx Hoten SoCD Matx Maxe TX01 Huynh Trong Tao CD01 TX01 8659 TX01 Huynh Trong Tao CD03 TX01 8659 TX02 Nguyen Sang CD02 TX02 7715 TX03 Le Phuoc Long CD04 TX03 4573 TX04 Nguyen Anh Tuan Null Null Null { Bộ của quan hệ TAIXE được thêm vào dù không phù hợp với kết quả của quan hệ CHUYENDI Tương tự right outer join và full outer join (lấy cả 2) (lấy hết tất cả bộ của quan hệ bên trái) GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 19 5. Phép đổi tên - ρ  Được dùng để đổi tên  Quan hệ Xét quan hệ R(B, C, D) ρ (R): đổi tên quan hệ R thành S  Thuộc tính ρ (R): đổi tên thuộc tính B thành X Đổi tên quan hệ R thành S và thuộc tính B thành X ρ (R) S X, C, D S (X, C, D) GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 20 V. Phép toán tập hợp  Các phép toán:  Phép hội: R  S  Phép giao: R  S  Phép trừ: R − S  Tính khả hợp: hai lược đồ quan hệ R(A1, A2 ,, An) và S(B1, B2 ,,Bn) là khả hợp nếu:  Cùng bậc n  Và có DOM(Ai) = DOM(Bi), 1 ≤ i ≤ n  Kết quả của , , − là một quan hệ có cùng tên thuộc tính với quan hệ đầu tiên (R) GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 21 Phép trừ, phép hội, phép giao tập hợp  Tất cả các phép toán này đều cần hai quan hệ đầu vào tương thích khả hợp, nghĩa là chúng phải thoả:  Cùng số thuộc tính (cùng bậc)  Các thuộc tính “tương ứng” có cùng kiểu. R HO TEN Vuong Quyen Nguyen Tung S HONV TENNV Le Nhan Vuong Quyen Bui Vu - Bậc 2 - DOM (HO) = DOM (HONNV) - DOM (TEN) = DOM (TENNV) GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 22 1. Phép trừ - −  Cho 2 quan hệ R và S khả hợp  Phép trừ của R và S  Ký hiệu: R − S  Là 1 quan hệ gồm các bộ thuộc R và không thuộc S Q = R − S = { t/ tR  tS}  Ví dụ: R A B α 1 α 2 β 1 S A B α 2 β 3 R − S A B α 1 β 1 GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 23 2. Phép hội -   Cho 2 quan hệ R và S khả hợp  Phép hội của R và S  Ký hiệu: R  S  Là 1 quan hệ gồm các bộ thuộc R hoặc thuộc S, hoặc cả hai (các bộ trùng lắp sẽ bị bỏ) Q = R  S = { t/ tR  tS}  Ví dụ R A B α 1 α 2 β 1 S A B α 2 β 3 R  S A B α 1 α 2 β 1 α 2 β 3 GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 24 3. Phép giao -   Cho 2 quan hệ R và S khả hợp  Phép giao của R và S  Ký hiệu: R  S  Là 1 quan hệ gồm các bộ thuộc R đồng thời thuộc S Q = R  S = R – (R – S) = { t/tR  tS}  Ví dụ: R A B α 1 α 2 β 1 S A B α 2 β 3 R  S A B α 2 GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 25 Phép trừ, phép hội, phép giao tập hợp R HO TEN Vuong Quyen Nguyen Tung S HONV TENNV Le Nhan Vuong Quyen Bui Vu KQ phép trừ Q = {Nguyen Tung} KQ phép hội Q = {Vuong Quyen, Nguyen Tung, Le Nhan, Bui Vu} KQ phép giao Q = {Vuong Quyen} Phép trừ: Q = R − S = { t/ tR  tS} Phép hội: Q = R  S = { t/ tR  tS} Phép giao: Q = R  S = R – (R – S) = { t/tR  tS} GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 26 4. Các tính chất  Giao hoán  R  S = S  R  R  S = S  R  Kết hợp  R  (S  T) = (R  S)  T  R  (S  T) = (R  S)  T GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 27 CHO LƢỢC ĐỒ CSDL NHANVIEN (MANV, HOTEN, PHAI, LUONG, NS, MA_NQL, MAPH) PHANCONG (MANV, MADA, THOIGIAN) GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 28 Câu hỏi 9: Cho biết nhân viên không làm việc ? (Phép trừ) Phép trừ, phép hội, phép giao tập hợp Câu hỏi 10: Cho biết nhân viên được phân công tham gia đề án có mã số ‘TH01’ hoặc đề án có mã số ‘TH02’? (Phép hội) MANV (NHANVIEN) – MANV (PHANCONG)   (PHANCONG) (MADA=‘TH01’)  MANV ( )  (PHANCONG) (MADA=‘TH02’)  MANV ( ) GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 29 Phép trừ, phép hội, phép giao tập hợp Câu hỏi 11: Cho biết nhân viên được phân công tham gia cả 2 đề án ‘TH01’ và đề án ‘TH02’? (Phép giao)  (PHANCONG) (MADA=‘TH01’)  MANV ( )  (PHANCONG) (MADA=‘TH02’)  MANV ( )  GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 30 5. Phép chia tập hợp ( / hay )  Phép chia (R  S) cần hai quan hệ đầu vào R, S thoả:  Tập thuộc tính của R là tập cha của tập thuộc tính S. Ví dụ: R có m thuộc tính, S có n thuộc tính : n  m  Định nghĩa: R và S là hai quan hệ, R+ và S+ lần lượt là tập thuộc tính của R và S. Điều kiện S+   là tập con không bằng của R+. Q là kết quả phép chia giữa R và S, Q+ = R+ - S+ }),(,/{ RstSstSRQ  21 12 1 ))(( )( TTT RTST RT SR SR          GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 31 5. Phép chia tập hợp ( / hay ) Q= PHANCONG / DEAN MADA TH001 TH002 DT001 MANV 002 MANV MADA 001 TH001 001 TH002 002 TH001 002 TH002 002 DT001 003 TH001 R=PHANCONG S=DEAN Kết quả Q Cho biết nhân viên làm việc cho tất cả các đề án ? (được phân công tham gia tất cả các đề án) Hoặc viết Q= PHANCONG  DEAN GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 32 5. Phép chia tập hợp ( / hay ) Mahv HV01 HV03 R=KETQUATHI Mahv Mamh Diem HV01 CSDL 7.0 HV02 CSDL 8.5 HV01 CTRR 8.5 HV03 CTRR 9.0 HV01 THDC 7.0 HV02 THDC 5.0 HV03 THDC 7.5 HV03 CSDL 6.0 S=MONHOC Mamh Tenmh CSDL Co so du lieu CTRR Cau truc roi rac THDC Tin hoc dai cuong Q=KETQUA / MONHOC )( )(, MONHOCMONHOC KETQUATHIKETQUA Mamh MamhMahv     Mahv, Mamh (KETQUATHI) / Mamh (MONHOC) GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 33 VI. Các hàm tính toán  Nhận vào tập hợp các giá trị và trả về 1 giá trị đơn  AVG  MIN  MAX  SUM  COUNT R A B 1 2 3 4 1 2 1 2 SUM(B) = 10 AVG(A) = 1.5 MIN (A) = 1 MAX(B) = 4 COUNT(A) = 4 GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 34 VII. Phép gom nhóm – group by  Được dùng để phân chia quan hệ thành nhiều nhóm dựa trên điều kiện gom nhóm nào đó  Kí hiệu:  E là biểu thức đại số quan hệ  Gi là thuộc tính gom nhóm (nếu không có Gi nào=> không chia nhóm (1 nhóm), ngược lại (nhiều nhóm) => hàm F sẽ tính toán trên từng nhóm nhỏ được chia bởi tập thuộc tính này)  Fi là hàm tính toán  Ai là tên thuộc tính tính toán trong hàm F )()(),...,(),(,...,, 221121 Ennn AFAFAFGGG  GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 35 VII. Phép gom nhóm – group by  Ví dụ: R A B C α 2 7 α 4 7 β 2 3 γ 2 10 ℑ SUM(C)(R) A ℑ SUM(C)(R) SUM_C 27 SUM_C 14 3 10 GV: ĐỖ THỊ KIM THÀNH 36 VII. Phép gom nhóm – group by Điểm thi cao nhất, thấp nhất, trung bình của môn CSDL? Điểm thi cao nhất, thấp nhất, trung bình của từng môn ? )()(),min(),max( KETQUATHIDiemavgDiemDiemMamh )(CSDL''Mamh)(),min(),max( KETQUATHIDiemagvDiemDiem  