查询树的优化

章查询优化

2021/5/914.1关系数据库系统的查询处理查询处理步骤Sfromstudent,scWherestudent.sno=o=2;例：选修了2号课程的学生姓名2021/5/924.1关系数据库系统的查询处理Sfromstudent,scWherestudent.sno=o=2;1.查询分析：识别其中的关键字，属性名，表名。2.查询检查：属性名是否有效，表名是否有效等。3.查询优化：例如上例中先执行连接还是先执行

o=2从sc表中进行选择。选用何种方法进行连接。4.查询执行。2021/5/934.1关系数据库系统的查询处理查询处理步骤查询分析：对查询语句进行扫描、词法分析和语法分析。查询检查：语义检查查询优化：代数优化和物理优化查询执行2021/5/944.1关系数据库系统的查询处理为什么进行代数优化？例：选修了2号课程的学生姓名Πsname(o=‘2’

（SC

Student））Πsname(student.sno=sc.snoΛ

o=‘2’

（SCХStudent））Πsname(o=‘2’(SC)

Student））2021/5/954.1关系数据库系统的查询处理Πsname(student.sno=sc.snoΛ

o=‘2’

（SCХStudent））假设有1000个学生记录，10000个选课记录，2号课程的选课记录为500个。1.笛卡尔积计算：1000*100002.选择：扫描1000*10000个记录3.投影2021/5/964.1关系数据库系统的查询处理假设有1000个学生记录，10000个选课记录，2号课程的选课记录为500个。1.连接，采用嵌套循环：10000*1000，得到10000个结果2.选择：扫描10000个记录3.投影Πsname(o=‘2’

（SC

Student））2021/5/974.1关系数据库系统的查询处理假设有1000个学生记录，10000个选课记录，2号课程的选课记录为500个。1.选择：扫描10000个记录，得到500个记录2.连接，采用嵌套循环：500*1000次，得到500个记录3.投影Πsname(o=‘2’(SC)

Student）

选择操作先做可以提高效率。2021/5/984.2代数优化4.2.1关系代数表达式等价变换规则

等价的概念：若关系表达式f（E1，E2，…，En）的结果与关系表达式g（E1，E2，…，En）的结果是同一个关系，那么称这两个表达式等价。若关系表达式E1和E2是等价的可以记为：2021/5/99等价变换规则1.连接、笛卡儿积交换率设E1和E2是关系代数表达式，F是连接运算的条件，则有：2021/5/910等价变换规则1.连接、笛卡儿积的结合率设E1，E2，E3是关系代数表达式，F1和F2是连接运算的条件，则有：2021/5/911等价变换规则2.连接、笛卡儿积的结合率设E1，E2，E3是关系代数表达式，F1和F2是连接运算的条件，则有：≡Student(SCCourse)StudentSCCourseSC(StudentCourse)≡StudentSCCourse2021/5/9123.投影的串接定律

这里，E是关系代数表达式，Ai（i=1，2，…，n），Bj（j=1，2，…，m）是属性名且{A1，A2，…An}是{B1，B2，…，Bm}的子集。等价变换规则2021/5/9134.选择的串接定律等价变换规则求IS系年龄大于１９岁的学生：2021/5/9144.选择的串接定律

E是关系代数表达式，F1和F2是选择条件。选择的串接定律说明选择条件可以合并，这样一次就可以检查全部的条件。等价变换规则2021/5/915等价变换规则2021/5/9165.选择与投影的交换律

此时，条件F只涉及属性组A。若条件中有不属于A的属性组B，那么有更一般的规则：等价变换规则2021/5/9176.选择与笛卡尔积的交换（1）F只涉及E1的属性。（2）F=F1∧F2，且F1只涉及E1的属性，F2只涉及E2的属性。（3）F=F1∧F2，且F1只涉及E1的属性，而F2涉及E1和E2的属性。2021/5/918(1)实例：选修1号课程的学生信息等价变换规则(2)实例：信息系选修1号课程的学生信息2021/5/9197.选择与并的分配率设E=E1∪E2，E1和E2有相同的属性名，则：注：先做选择可以减少读取写入的数据，因此减少磁盘IO量，从而提高了效率。等价变换规则2021/5/920设S1是计科041的学生关系表，S2是计科042的学生关系表：等价变换规则2021/5/9218.选择与差运算的分配率设E1和E2有相同的属性名，则：注：先做选择可以减少读取写入的数据，因此减少磁盘IO量，从而提高了效率。等价变换规则2021/5/922设S1是计科041的学生关系表，S3是计科专业的学生关系表：等价变换规则2021/5/9239.选择对自然连接的分配率F只涉及E1和E2的公共属性。注：先做选择可以减少做笛卡儿积的数据，结果关系的数据量也同步减少，因此减少磁盘IO量，提高了效率。等价变换规则2021/5/924等价变换规则2021/5/92510.投影与笛卡尔积的分配律

设E1和E2是两个关系表达式，A是E1的属性组，B是E2的属性组。则：注：先做投影可以减少读取写入的数据，因此减少磁盘IO量，从而提高了效率。等价变换规则2021/5/926查找所有学生可能的选课对：等价变换规则2021/5/92711.投影与并的分配律设E1和E2有相同的属性名，则：注：先做投影可以减少读取写入的数据，因此减少磁盘IO量，从而提高了效率。等价变换规则2021/5/928设S1是计科041的学生关系表，S2是计科042的学生关系表：查找计科041、042的学生姓名：等价变换规则2021/5/929优化规则：选择运算尽可能先做。投影运算和选择运算同时进行。把投影运算同其前后的双目运算结合执行。选择运算和笛卡儿积运算结合成连接运算。找出公共子表达式，避免重复运算。2021/5/9304.2.2查询树的优化4.2代数优化1.查询树××SCSC2021/5/9314.2.2优化算法1.利用规则4分解选择运算。2.利用规则4~9把选择运算尽量移到叶端。3.利用规则3，5，10，11把投影运算尽量移到叶端。4.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的形式。使尽可能多的选择和投影同时执行。5.分组。双目运算和他的直系祖先为一组；双目运算后代直道叶子全是单目运算时并入改组。笛卡儿积的后面若不是与之可以合并的自然连接的等值选择时，其后代单独分为一组。2021/5/932优化实例例：查询至少选修了一门先行课号为5号课程的学生姓名。其中，C是课程表，S是学生表，SC是学生选课表。在优化规则中没有对自然连接的直接优化，我们把自然连接分解为笛卡儿积和选择。2021/5/933分解后的关系代数表达式××SCSC2021/5/934第一步：利用规则4分解选择运算××SCSC2021/5/935第二步：尽量下放选择运算××SCSC2021/5/936××SCSC第二步（2）：下放完成后：2021/5/937第三步：尽量下放投影运算××SCSCE2021/5/938第三步：尽量下放投影运算××SCSC2021/5/939第三步（2）：第一次下放后：××SCSC2021/5/940第三步（3