SQL - Lehrstuhl für Angewandte Informatik

Technische Universität München
Übung zur Einführung in die Informatik
für Hörer anderer Fachrichtungen
im Sommersemester 2011
Sitzung 5: SQL
Jan Herrmann
Lehrstuhl für
Angewandte Informatik /
Kooperative Systeme
Folien angelehnt an Prof. A. Kemper (http://www3.in.tum.de/teaching/ws0910/)
Technische Universität München
Beispiele zur Relationalen Algebra/SQL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Welche Professoren kennt Carnap?
Wer ließt mindestens 2 Vorlesungen?
Wer hört mindestens eine Vorlesung?
Wer hat alle geprüften Vorlesungen auch gehört?
Welche Studenten hören Mäeutik oder Ethik
Welche Studenten hören Mäeutik und Ethik
2
Technische Universität München
SQL
• standardisierte
- Datendefinitions Sprache (DDL)
- create table studenten (MatrNr INT, ….)
- Datenmanipulations Sprache (DML)
- update Studenten set Semester = Semester +1
- Anfrage (Query)-Sprache
- select * from Studenten where …
• derzeit aktueller Standard ist SQL 99 und SQL3 (2003)
– objektrelationale Erweiterung
3
Technische Universität München
Datendefinition in SQL
Datentypen
• char (n), varchar (n)
• integer
• blob für sehr große binäre Daten
• clob für sehr große String-Attribute
• date für Datumsangaben
• xml für XML-Dokumente
4
Technische Universität München
Create und Alter Befehl
Create
create table Professoren
(PersNr integer not null,
Name
varchar (30) not null,
Rang
character (2),
Raum
integer);
Alter
•ALTER TABLE Proessoren RENAME TO Professoren;
•ALTER TABLE Professoren ADD Familienstatus varchar(50);
•ALTER TABLE Professoren DROP COLUMN Wohnort;
•…
5
Technische Universität München
Veränderung am Datenbestand
Einfügen von Tupeln:
insert into hören
select s.MatrNr, v.VorlNr
from Studenten s, Vorlesungen v;
insert into Studenten (MatrNr, Name)
values (28121, `Archimedes‘);
6
Technische Universität München
MatrNr
Studenten
Name
Semester
29120
29555
28121
Theophrastos
Feuerbach
Archimedes
2
2
-
Null-Wert
7
Technische Universität München
Veränderungen am Datenbestand
Löschen von Tupeln
delete from Studenten
where Semester > 13;
Verändern von Tupeln
update Studenten
set Semester = Semester + 1;
8
Technische Universität München
Einfache SQL-Anfrage
select
PersNr, Name
from
Professoren
where
Rang= ´C4´;
PersNr
2125
2126
Name
Sokrates
Russel
2136
2137
Curie
Kant
9
Technische Universität München
Duplikateliminierung
select distinct Rang
from Professoren
Rang
C3
C4
10
Technische Universität München
Sortierung von SQL-Anfragen
select p.PersNr, p.Name, p.Rang
PersNr
Name
Rang
2136
Curie
C4
2137
Kant
C4
2126
Russel
C4
2125
Sokrates
C4
2134
Augustinus
C3
2127
Kopernikus
C3
2133
Popper
C3
from Professoren p
order by p.Rang desc, p.Name asc;
11
Technische Universität München
Übersetzung in die relationale Algebra
Allgemein hat eine
(ungeschachtelte) SQLAnfrage die Form:
Übersetzung in die relationale
Algebra: Π A1, ..., An(σP (R1 x ... x Rk ))
Π A1, ..., An
select A1, ..., An
σP
from R1, ..., Rk
x
where P;
x
x
R1
Rk
R3
R2
12
Technische Universität München
Anfragen über mehrere Relationen
Welche Studenten hören welche Vorlesungen?
select Name, Titel
from Studenten, hören, Vorlesungen
where Studenten.MatrNr = hören.MatrNr and
hören.VorlNr = Vorlesungen.VorlNr;
Alternativ: (empfohlen --> Einsatz von Tupelvariablen)
select s.Name, v.Titel
from Studenten s, hören h, Vorlesungen v
where s. MatrNr = h. MatrNr and
h.VorlNr = v.VorlNr
13
Technische Universität München
Existenzquantor exists
select p.Name
Kor
relat
from Professoren p
io n
where not exists ( select *
from Vorlesungen v
where v.gelesenVon = p.PersNr );
14
Technische Universität München
Mengenvergleich
select p.Name
from Professoren p
Unkorrelierte Unteranfrage:
meist effizienter, wird nur
einmal ausgewertet
where p.PersNr not in ( select gelesenVon
from Vorlesungen );
15
Technische Universität München
Der Vergleich mit "all"
select Name
from Studenten
where Semester >= all ( select Semester
from Studenten);
effizienter:
…
where Semester >= ( select max(Semester)
from Studenten);
16
Technische Universität München
Aggregatfunktion und Gruppierung
Aggregatfunktionen: avg, max, min, count, sum, median
• select avg(Semester) from Studenten;
– Bei DB2 & Oracle: Datentyp Rückgabewert = Datentyp Argument
• ggf. vorab cast des Arguments nach decimal:
cast(Semester as decimal(6,3))
Gruppierung
• select gelesenVon, sum (SWS)
from Vorlesungen
group by gelesenVon;
Max. 6 Stellen davon
3 Nachkomastellen
17
Technische Universität München
Aggregatfunktion und Gruppierung
• select gelesenVon, Name, sum(SWS)
from Vorlesungen, Professoren
where gelesenVon = PersNr and Rang = 'C4'
group by gelesenVon, Name
having avg(SWS) >= 3;
18
Technische Universität München
Ausführen einer Anfrage mit group by
Vorl
Nr
5001
5041
...
4630
Vorlesung x Professoren
Titel
SWS gelesen PersNr Name Rang Raum
Von
Grundzüge
4
2137
2125 Sokrates C4 226
Ethik
4
2125
2125 Sokrates C4 226
...
...
...
...
...
...
...
Die 3 Kritiken 4
2137
2137
Kant
C4
7
where-Bedingung
19
Technische Universität München
VorlNr
Titel
SWS gelesen PersN
Von
r
5001
Grundzüge
4
2137
2137
5041
Ethik
4
2125
5043 Erkenntnistheori
e
3
5049
Mäeutik
4052
Logik
Name
Kant
Rang Raum
C4
7
2125 Sokrates
C4
226
2126
2126
C4
232
2
2125
2125 Sokrates
C4
226
4
2125
2125 Sokrates
C4
226
5052 Wissenschaftsth
eorie
3
2126
2126
Russel
C4
232
5216
Bioethik
2
2126
2126
Russel
C4
232
4630
Die 3 Kritiken
4
2137
2137
Kant
C4
7
Russel
Gruppierung
20
VorlNr
Titel
SWS gelesenVon PersNr
Name
Rang Raum
Technische Universität München
5041
Ethik
4
2125
2125 Sokrates
C4
226
5049
Mäeutik
2
2125
2125 Sokrates
C4
226
4052
Logik
4
2125
2125 Sokrates
C4
226
5043 Erkenntnistheorie
3
2126
2126 Russel
C4
232
5052 Wissenschaftstheo. 3
2126
2126 Russel
C4
232
5216
Bioethik
2
2126
2126 Russel
C4
232
5001
Grundzüge
4
2137
2137
Kant
C4
7
4630
Die 3 Kritiken
4
2137
2137
Kant
C4
7
having-Bedingung
VorlN
r
5041
5049
4052
Titel
Ethik
Mäeutik
Logik
5001
4630
Grundzüge
Die 3 Kritiken
SWS gelesenVon PersNr
4
2125
2125
2
2125
2125
4
2125
2125
4
4
2137
2137
2137
2137
Name
Sokrates
Sokrates
Sokrates
Kant
Kant
Rang Raum
C4
226
C4
226
C4
226
C4
C4
7
7
Aggregation (sum) und Projektion
21
Technische Universität München
22
Technische Universität München
Besonderheiten bei Aggregatoperationen
• SQL erzeugt pro Gruppe ein Ergebnistupel
• Deshalb müssen alle in der select-Klausel
aufgeführten Attribute - außer den aggregierten –
auch in der group by-Klausel aufgeführt werden
• Nur so kann SQL sicherstellen, dass sich das
Attribut nicht innerhalb der Gruppe ändert
23
Technische Universität München
Beispiel 1
• Wie viele Vorlesungen besucht jeder Student
select count(h.VorlNr), h.MatrNr, s.name
from hoeren h, Studenten s
where h.MatrNR = s.MatrNR
group by h.MatrNr, s.Name
24
Technische Universität München
• …und wie viele Stunden sitzt jeder Student je Woche in
Vorlesungen?
select count(h.VorlNr) as VLanz, h.MatrNr, s.name, sum(v.SWS) as Praesenzzeit
from hoeren h, Studenten s, Vorlesungen v
where h.MatrNR = s.MatrNR and v.VorlNR = h.VorlNr
group by h.MatrNr, s.Name
•
Verständnisfrage: Welche Anfrage bringt mehr Ergebnistupel?
– select g, sum(alter) from R group by g
– select g, sum(alter) from R group by g, h
– Je mehr Attribute nach group by umso mehr Gruppen
– drill down (mehr Details weniger Überblick - vgl. Flugzeug) vs.
– role up (mehr Überblick aber keine Deteils mehr)
25
Technische Universität München
Geschachtelte Anfrage
• Unteranfrage in der where-Klausel
• Welche Prüfungen sind besser als durchschnittlich verlaufen?
select *
from prüfen p
where p.Note < ( select avg (Note)
from prüfen );
26
Technische Universität München
Geschachtelte Anfrage (Forts.)
• Unteranfrage in der select-Klausel
• Für jedes Ergebnistupel wird die Unteranfrage ausgeführt
• Man beachte, dass die Unteranfrage korreliert ist (greift auf
Attribute der umschließenden Anfrage zu)
select p.PersNr, p.Name, ( select sum (v.SWS) as
Lehrbelastung from Vorlesungen v
where v.gelesenVon=p.PersNr )
from Professoren p;
27
Technische Universität München
Unkorrelierte versus korrelierte Unteranfragen
korrelierte Formulierung
select s.*
from Studenten s
where exists
(select p.*
from Professoren p
where p.GebDatum > s.GebDatum);
28
Technische Universität München
Äquivalente unkorrelierte Formulierung
select s.*
from Studenten s
where s.GebDatum <
(select max (p.GebDatum)
from Professoren p);
Vorteil: Unteranfrageergebnis kann materialisiert werden
Unteranfrage braucht nur einmal ausgewertet zu werden
29
Technische Universität München
Entschachtelung korrelierter Unteranfragen
durch Join
select a.*
from Assistenten a
where exists
( select p.*
from Professoren p
where a.Boss = p.PersNr and p.GebDatum>a.GebDatum);
Entschachtelung durch Join
select a.*
from Assistenten a, Professoren p
where a.Boss=p.PersNr and p.GebDatum > a.GebDatum;
30
Technische Universität München
Verwertung der Ergebnismenge einer
Unteranfrage
select tmp.MatrNr, tmp.Name, tmp.VorlAnzahl
from (select s.MatrNr, s.Name, count(*) as VorlAnzahl
from Studenten s, hören h
where s.MatrNr=h.MatrNr
group by s.MatrNr, s.Name) tmp
where tmp.VorlAnzahl > 2;
MatrNr
Name
VorlAnzahl
28106
Carnap
4
29120
Theophrastos
3
31
Technische Universität München
Decision-Support-Anfrage mit geschachtelten
Unteranfragen und Cast BSP
select h.VorlNr, h.AnzProVorl, g.GesamtAnz,
cast(h.AnzProVorl as decimal(6,2)) / g.GesamtAnz
as Marktanteil
from
( select VorlNr, count(*) as AnzProVorl
from hören
group by VorlNr ) h,
( select count(*) as GesamtAnz
from Studenten) g;
32
Technische Universität München
Die selbe Anfrage nur übersichtlicher
• Nicht in MySQL aber in DB2 oder Oracle
– with tempRelName as (select …)
– Definiere temporäre Relationen und verwende sie in komplexen
Anfragen --> modularer und übersichtlicher
with h as (…), g as (…);
select h.VorlNr, h.AnzProVorl, g.GesamtAnz,
cast(h.AnzProVorl as decimal(6,2)) / g.GesamtAnz
as Marktanteil
from h, g;
33
Technische Universität München
Weitere Anfragen mit Unteranfragen (WDH)
( select Name
from Assistenten )
select Name
from Studenten
union
where Semester > = all
( select Name
( select Semester
from Studenten );
from Professoren );
select Name
from Professoren
where PersNr not in ( select gelesenVon
from Vorlesungen );
34
Technische Universität München
Allquantifizierung durch count-Aggregation
• Allquantifizierung kann immer auch durch eine countAggregation ausgedrückt werden
• Wir betrachten dazu eine etwas einfachere Anfrage, in
der wir die MatrNr der Studenten ermitteln wollen, die
alle Vorlesungen hören:
select h.MatrNr
from hören h
group by h.MatrNr
having count (*) = (select count (*) from Vorlesungen);
35
Technische Universität München
Nullwerte
• unbekannter Wert
• wird vielleicht später nachgereicht
• Nullwerte können auch im Zuge der Anfrageauswertung entstehen
(Bsp. äußere Joins)
• manchmal sehr überraschende Anfrageergebnisse, wenn Nullwerte
vorkommen
select count (*)
from Studenten
where Semester < 13 or Semester > =13
• Wenn es Studenten gibt, deren Semester-Attribut den Wert null
hat, werden diese nicht mitgezählt
• Der Grund liegt in folgenden Regeln für den Umgang mit
null-Werten begründet:
36
Technische Universität München
Auswertung bei Null-Werten
1. In arithmetischen Ausdrücken werden Nullwerte propagiert,
d.h. sobald ein Operand null ist, wird auch das Ergebnis null.
Dementsprechend wird z.B. null + 1 zu null ausgewertet.
Aber auch null * 0 wird zu null ausgewertet.
2. SQL hat eine dreiwertige Logik, die nicht nur true und false
kennt, sondern auch einen dritten Wert unknown. Diesen
Wert liefern Vergleichsoperationen zurück, wenn mindestens
eines ihrer Argumente null ist. Beispielsweise wertet SQL das
Prädikat (PersNr=...) immer zu unknown aus, wenn die
PersNr des betreffenden Tupels den Wert null hat.
3. Logische Ausdrücke werden nach den folgenden Tabellen
berechnet:
37
Technische Universität München
and
true
unknown
false
true
true
unknown
false
unknown
unknown
unknown
false
false
false
false
false
or
true
unknown
false
true
true
true
true
unknown
true
unknown
unknown
false
true
unknown
false
not
true
false
unknown unknown
false
true
38
Technische Universität München
Diese Berechnungsvorschriften sind recht intuitiv. Unknown
or true wird z.B. zu true - die Disjunktion ist mit dem trueWert des rechten Arguments immer erfüllt, unabhängig von
der Belegung des linken Arguments. Analog ist unknown
and false automatisch false - keine Belegung des linken
Arguments könnte die Konjunktion mehr erfüllen.
4. In einer where-Bedingung werden nur Tupel
weitergereicht, für die die Bedingung true ist. Insbesondere
werden Tupel, für die die Bedingung zu unknown
auswertet, nicht ins Ergebnis aufgenommen.
5. Bei einer Gruppierung wird null als ein eigenständiger Wert
aufgefaßt und in eine eigene Gruppe eingeordnet.
39
Technische Universität München
Spezielle Sprachkonstrukte ("syntaktischer
Zucker")
select * from Studenten
where Semester > = 1 and Semester < = 4;
select *
from Studenten
where Semester between 1 and 4;
select *
from Studenten
where Semester in (1,2,3,4);
40
Technische Universität München
Vergleiche mit like
Platzhalter "%" ; "_"
• "%" steht für beliebig viele (auch gar kein) Zeichen
• "_" steht für genau ein Zeichen
select * from Studenten
where Name like ´T%eophrastos´;
select distinct Name
from Vorlesungen v, hören h, Studenten s
where s.MatrNr = h.MatrNr and h.VorlNr = v.VorlNr and
v.Titel = ´%thik%´;
41
Technische Universität München
Das case-Konstrukt
select MatrNr, ( case when Note < 1.5 then 'sehr gut'
when Note < 2.5 then 'gut'
when Note < 3.5 then 'befriedigend'
when Note < 4.0 then 'ausreichend'
else 'nicht bestanden'
end)
from prüfen;
• Die erste qualifizierende when-Klausel wird
ausgeführt
42
Technische Universität München
Joins in SQL-92
•
•
•
•
cross join: Kreuzprodukt
natural join: natürlicher Join
Join oder inner join: Theta-Join
left, right oder full outer join: äußerer Join
select *
from R1, R2
where = R1.A = R2.B;
select *
from R1 join R2 on R1.A = R2.B;
43
Technische Universität München
Äußere Joins
select p.PersNr, p.Name, f.PersNr, f.Note, f.MatrNr,
s.MatrNr, s.Name
from Professoren p full outer join
(prüfen f full outer join Studenten s on
f.MatrNr= s.MatrNr)
on p.PersNr=f.PersNr;
44
Technische Universität München
p.PersNr p.Name f.PersNr f.Note f.MatrNr s.MatrNr s.Name
2126 Russel 2126
1
28106 28106 Carnap
2125 Sokrates 2125
2
25403 25403
Jonas
2137
Kant
2137
2
27550 27550 Schopenhauer
26120
Fichte
2136
Curie
-
-
-
-
-
45
Technische Universität München
Sichten ...
für den Datenschutz
create view prüfenSicht as
select MatrNr, VorlNr, PersNr
from prüfen
46
Technische Universität München
Sichten ...
zum Umsetzen statistischer Sichten
create view PruefGuete(Name, GueteGrad) as
(select prof.Name, avg(pruef.Note)
from Professoren prof join pruefen pruef on
prof.PersNr = pruef.PersNr
group by prof.Name, prof.PersNr
having count(*) > 50)
47
Technische Universität München
Sichten ...
für die Vereinfachung von Anfagen
create view StudProf (Sname, Semester, Titel, Pname) as
select s.Name, s.Semester, v.Titel, p.Name
from Studenten s, hören h, Vorlesungen v, Professoren p
where s.Matr.Nr=h.MatrNr and h.VorlNr=v.VorlNr and
v.gelesenVon = p.PersNr
select distinct Semester
from StudProf
where PName=`Sokrates‘;
48
Technische Universität München
Relationale Modellierung der Generalisierung
Fachgebiet
Assistenten
is_a
Professoren
Raum
Rang
Angestellte
PersNr
Name
Angestellte: {[PersNr, Name]}
Professoren: {[PersNr, Rang, Raum]}
Assistenten: {[PersNr, Fachgebiet]}
49
Technische Universität München
Sichten zur Modellierung von Generalisierung
create table Angestellte
(PersNr
integer not null,
Name
varchar (30) not null);
create table ProfDaten
(PersNr
integer not null,
Rang
character(2),
Raum
integer);
create table AssiDaten
(PersNr
integer not null,
Fachgebiet
varchar(30),
Boss
integer);
50
Technische Universität München
create view Professoren as
select *
from Angestellte a, ProfDaten d
where a.PersNr=d.PersNr;
create view Assistenten as
select *
from Angestellte a, AssiDaten d
where a.PersNr=d.PersNr;
Î Untertypen als Sicht
51
Technische Universität München
create table Professoren
(PersNr integer not null,
Name
varchar (30) not null,
Rang
character (2),
Raum
integer);
create table Assistenten
(PersNr integer not null,
Name
varchar (30) not null,
Fachgebiet
varchar (30),
Boss
integer);
create table AndereAngestellte
(PersNr integer not null,
Name
varchar (30) not null);
52
Technische Universität München
create view Angestellte as
(select PersNr, Name
from Professoren)
union
(select PersNr, Name
from Assistenten)
union
(select*
from AndereAngestellte);
Î Obertypen als Sicht
53
Technische Universität München
Sichten zur Gewährleistung von
Datenunabhängigkeit
Benutzer
Sicht 1
Sicht 2
Sicht 3
Relation 1
Relation 2
Relation 3
logische
Datenunabhängigkeit
physische
Datenunabhängigkeit
54
Technische Universität München
Änderbarkeit von Sichten
• in SQL
– nur eine Basisrelation
– Schlüssel muss vorhanden sein
– keine Aggregatfunktionen, Gruppierung und
Duplikateliminierung
alle Sichten
theoretisch änderbare Sichten
in SQL änderbare Sichten
55
Technische Universität München
Änderbarkeit von Sichten
Beispiele für nicht änderbare Sichten
create view WieHartAlsPrüfer (PersNr, Durchschnittsnote) as
select PersNr, avg(Note)
from prüfen
group by PersNr;
create view VorlesungenSicht as
select Titel, SWS, Name
keine Basisrelation
und kein Schlüssel in
View
from Vorlesungen, Professoren
where gelesenVon=PersNr;
56