Операторы манипулирования данными

В операции манипулирования данными входят три операции: операция удаления записей — ей соответствует оператор DELETE, операция добавления или ввода новых записей — ей соответствует оператор INSERT и операция изменения (обновления записей) — ей соответствует оператор UPDATE. Рассмотрим каждый из операторов подробнее.

Все операторы манипулирования данными позволяют изменить данные только в одной таблице.

Оператор ввода данных INSERT имеет следующий синтаксис:

INSERT INTO имя_таблицы [(<список столбцов>) ] VALUES (<список значений>)

Подобный синтаксис позволяет ввести только одну строку в таблицу. Задание списка столбцов необязательно тогда, когда мы вводим строку с заданием значений всех столбцов. Например, введем новую книгу в таблицу BOOKS

INSERT INTO BOOKS (ISBN.TITL.AUTOR.COAUTOR.YEARIZD.PAGES)

VALUES ("5-88782-290-2","Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия".

'Гук М. "."",2000.816)

В этой книге только один автор, нет соавторов, но мы в списке столбцов задали столбец COAUTOR, поэтому мы должны были ввести соответствующее значение в разделе VALUES. Мы ввели пустую строку, потому что мы знаем точно, что нет соавтора. Мы могли бы ввести неопределенное значение NULL.

Так как мы вводим полную строку, то мы можем не задавать список столбцов, ограничиться только заданием перечня значений, в этом случае оператор ввода будет выглядеть следующим образом:

INSERT INTO BOOKS VALUES ("5-88782-290-2",

"Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия"."Гук М.","".2000.816)

Результаты работы обоих операторов одинаковые.

Наконец, мы можем ввести неполный перечень значений, то есть не вводить соавтора, так как он отсутствует для данного издания. Но в этом случае мы должны задать список вводимых столбцов, тогда оператор ввода будет выглядеть следующим образом:

INSERT INTO BOOKS (ISBN,TITL.AUTOR.YEARIZD,PAGES)

VALUES ("5-88782-290-2"."Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия".

Гук М.".2000,816)

Столбцу COAUTOR будет присвоено в этом случае значение NULL.

Какие столбцы должны быть заданы при вводе данных? Это определяется тем, как описаны эти столбцы при описании соответствующей таблицы, и будет рассмотрено более подробно при описании языка DDL (Data Definition Language) в главе 8. Здесь мы пока отметим, что если столбец или атрибут имеет признак обязательный (NOT NULL) при описании таблицы, то оператор INSERT должен обязательно содержать данные для ввода в каждую строку данного столбца. Поэтому если в таблице все столбцы обязательные, то каждая вводимая строка должна содержать полный перечень вводимых значений, а указание имен столбцов в этом случае необязательно. В противном случае, если имеется хотя бы один необязательный столбец и вы не вводите в него значений, задание списка имен столбцов — обязательно.

В набор значений могут быть включены специальные функции и выражения. Ограничением здесь является то, что значения этих функций должны быть определены на момент ввода данных. Поэтому, например, мы можем сформировать оператор ввода данных в таблицу EXEMPLAR следующим образом:

INSERT INTO EXEMPLAR (INV.ISBN.YES_NO.NUM_READER.DATE_IN, DATE_OUT)

VALUES (1872. "5-88782-290-2".NO,344.GetDate().DateAdcKd.GetDate(),14))

И это означает, что мы выдали экземпляр книги с инвентарным номером 1872 читателю с номером читательского билете 344, отметив, что этот экземпляр не присутствует с этого момента в библиотеке, и определили дату выдачи книги как текущую дату (функция GetDateO), а дату возврата задали двумя неделями позднее, использовав при этом функцию DateAdd О, которая позволяет к одной дате добавить заданное количество интервалов даты и тем самым получить новое значение типа «дата». Мы добавили 14 дней к текущей дате.

Оператор ввода данных позволяет ввести сразу множество строк, если их можно выбрать из некоторой другой таблицы. Допустим, что у нас есть таблица со студентами и в ней указаны основные данные о студентах: их фамилии, адреса, домашние телефоны и даты рождения. Тогда мы можем сделать всех студентов читателями нашей библиотеки одним оператором:

INSERT INTO READER (NAME_READER. ADRESS. HOOM_PHONE. BIRTH_DAY)

SELECT (NAMEJTUDENT. ADRESS, HOOM_PHONE, BIRTH_DAY)

FROM STUDENT

При этом номер читательского билета может назначаться автоматически, поэтому мы не вводим значения этого столбца в таблицу. Кроме того, мы предполагаем, что у студентов дневного отделения еще нет работы и поэтому нет рабочего телефона, и мы его не вводим.

Оператор удаления данных позволяет удалить одну или несколько строк из таблицы в соответствии с условиями, которые задаются для удаляемых строк.

Синтаксис оператора DELETE следующий:

DELETE FROM имя_таблицы [WHERE условия_отбора]

Если условия отбора не задаются, то из таблицы удаляются все строки, однако это не означает, что удаляется вся таблица. Исходная таблица остается, но она остается пустой, незаполненной.

Например, если нам надо удалить результаты прошедшей сессии, то мы можем удалить все строки из отношения R1 командой

DELETE FROM R1

Условия отбора в части WHERE имеют тот же вид, что и условия фильтрации в операторе SELECT. Эти условия определяют, какие строки из исходного отношения будут удалены. Например, если мы исключим студента Миронова А. В., то мы должны написать следующую команду:

DELETE FROM R2 WHERE ФИО = 'Миронов А.В.'

В части WHERE может находиться встроенный запрос. Например, если нам надо исключить неуспевающих студентов, то по закону о высшем образовании неуспевающим считается студент, имеющий две и более задолженности по последней сессии. Тогда нам в условиях отбора надо найти студентов, имеющих либо две или более двоек, либо два и более несданных экзамена из числа тех, которые студент сдавал. Для поиска таких горе-студентов нам надо выбрать из отношения R1 все строки с оценкой 2 или с неопределенным значением, потом надо сгруппировать полученный результат по атрибуту ФИО и, подсчитав количество строк в каждой группе, которое соответствует количеству несданных экзаменов каждым студентом, отобрать те группы, у которых количество строк не менее двух. Теперь попробуем просто записать эту сложную конструкцию на SQL и убедимся, что этот сложный запрос записывается достаточно компактно.

DELETE FROM R2 WHERE R2. ФИОIN (SELECT Rl.ФИО FROM Rl

WHERE Оценка = 2 OR Оценка IS NULL GROOP BY Rl.ФИО HAVING COUNT(*) >= 2

Однако при выполнении операции DELETE, включающей сложный подзапрос, в подзапросе нельзя упоминать таблицу, из которой удаляются строки, поэтому СУБД отвергнет такой красивый подзапрос, который попытается удалить всех не только сдававших, но и несдававших студентов, которые имеют более двух задолженностей.

DELETE FROM R2 WHERE R2.ФИО IN

(SELECT Rl.ФИО

FROM (R2 NATURAL INNER JOIN R3)

LEFT JOIN Rl USING (ФИО. Дисциплина)

WHERE Оценка = 2 OR Оценка IS NULL

GROOP BY Rl.ФИО HAVING COUNT(*) >= 2

Все операции манипулирования данными связаны с понятием целостности базы данных, которое будет рассматриваться далее в главе 9. В настоящий момент мне бы хотелось отметить только то, что операции манипулирования данными не всегда выполнимы, даже если синтаксически они написаны правильно. Действительно, если мы бы захотели удалить какую-нибудь группу из отношения R3, то СУБД не позволила бы нам это сделать, так как в отношениях R1 и R2 есть строки, связанные с удаляемой строкой в отношении R3. Почему так делается, мы узнаем позднее, а пока просто примем к сведению, что не все операторы манипулирования выполнимы.

Операция обновления данных UPDATE требуется тогда, когда происходят изменения во внешнем мире и их надо адекватно отразить в базе данных, так как надо всегда помнить, что база данных отражает некоторую предметную область. Да-примср, в нашем учебном заведении произошло счастливое событие, которое связано с тем, что госпожа Степанова К. Е. пересдала экзамен по дисциплине «Базы данных» с двойки сразу на четверку. В этом случае нам надо срочно выполнить соответствующую корректировку таблицы R1. Операция обновления имеет следующий формат:

UPDATE имя_таблицы

SET имя_столбца = новое_значение [WHERE условие_отбора]

Часть WHERE является необязательной, так же как и в операторе DELETE. Она играет здесь ту же роль, что и в операторе DELETE, — позволяет отобрать строки, к которым будет применена операция модификации. Если условие отбора не задается, то операция модификации будет применена ко всем строкам таблицы.

Для решения ранее поставленной задачи нам необходимо выполнить следующую операцию

UPDATE Rl

SET Rl.Оценка = 4

WHERE R1.ФИО = "Степанова К.Е." AND R1.Дисциплина = "Базы данных"

В каких случаях требуется провести изменение в нескольких строках? Это не такая уж редкая задача. Например, если мы расширим нашу учебную базу данных еще одним отношением, которое содержит перечень курсов, на которых учатся наши студенты, то можно с помощью операции обновления промоделировать операцию перевода групп на следующий курс. Пусть новое отношение R4 имеет следующую схему:

R4 = < Группа, Курс>

	R4
	Группа	Курс

В этом случае перевод на следующий курс можно выполнить следующей операцией обновления:

UPDATE R4

SET R4.Kypc = R4.Kypc + 1

И результат будет выглядеть следующим образом:

	Группа	Курс

Операция модификации, так же как и операция удаления, может использовать сложные подзапросы. Расширим нашу базу еще одним отношением, которое будет содержать перечень студентов, получающих стипендию с указанием надбавки, которую они получают за отличную учебу. Исходно там могут находиться все студенты с указанием неопределенного размера стипендии. По мере анализа отношения R1 мы можем постепенно заменять неопределенные значения на конкретные размеры стипендии. Отношение R5 имеет вид:

	R5
	ФИО	Группа	Стипендия
	Петров Ф. И.		<Null>
	Сидоров К. А.		<Null>
	Миронов А. В.		<Null>
	Крылова Т. С.		<Null>
	Владимиров В. А.		<Null>
	Трофимов П. А.		<Null>
	Иванова Е. А.		<Null>
	Уткина Н. В.		<Null>

Будем считать наличие трех пятерок по сессии признаком повышенной стипендии, + 50% к основной, наличие двух пятерок из сданных экзаменов и, отсутствие двоек и троек на сданных экзаменах — признаком повышения стипендии на 25%, наличие хотя бы одной двойки среди сданных экзаменов — признаком снятия или отсутствия стипендии вообще, то есть -100% надбавки. При отсутствии троек на сданных экзаменах назначим обычную стипендию с надбавкой 0%. Однако все эти изменения мы должны будем сделать отдельными операциями обновления.

Назначение повышенной стипендии:

UPDATE R5

SET R5.Стипендия = 50% WHERE R5.ФИО IN

(SELECT Rl.ФИО

FROM Rl

WHERE Rl.Оценка =5

GROOP BY Rl.ФИО

HAVING COUNT(*) =3)

Назначение стипендии с надбавкой 25%:

UPDATE R5 SET R5.Стипендия = 25%

WHERE R5.ФИО IN (SELECT Rl.ФИО FROM R1

WHERE Rl.ФИО NOT IN (SELECT А.ФИО FROM Rl A

WHERE А.Оценка <=3 OR А.Оценка IS NULL)

GROOP BY Rl.ФИО HAVING COUNT(*)>2)

Назначение обычной стипендии:

UPDATE R5

SET R5.Стипендия = 0% WHERE R5.ФИО IN (SELECT Rl.ФИО FROM Rl

WHERE Rl.Оценка >=4 AND Р1.ФИО NOT IN (SELECT А.ФИО FROM Rl A

WHERE А.Оценка <= 3 OR А.Оценка IS NULL))

Снятие стипендии:

UPDATE R5

SET R5.Стипендия =-100% WHERE R5.ФИОIN

(SELECT Rl.ФИО

FROM Rl

WHERE Rl.Оценка <= 2 OR Rl.Оценка IS NULL)

Почему мы в первом запросе на обновление не использовали дополнительную проверку на отсутствие двоек, троек и несданных экзаменов, как мы сделали это при назначении следующих видов стипендии? Просто мы учли особенности нашей предметной области: у нас в соответствии с исходными данными не только 3 экзамена. Но если мы можем предположить, что число экзаменов может быть произвольным и изменяться от семестра к семестру, то нам надо изменить наш запрос. Запрос — это некоторый алгоритм решения конкретной задачи, которую мы формулируем заранее на естественном языке. И оттого, что наша задача решается всего одним оператором языка SQL, она не становится примитивной. Мощность языка SQL и состоит в том, что он позволяет одним предложением сформулировать ответы на достаточно сложные запросы, для реализации которых на традиционных языках понадобилось бы писать большую программу. Итак, подумаем, как нам надо изменить текст нашего запроса на обновление для назначения повышенной стипендии при любом количестве сданных экзаменов. Прежде всего, каждая группа может иметь свое число экзаменов в сессию, это зависит от специальности и учебного плана, по которому учится данная группа. Поэтому для каждого студента нам надо знать, сколько экзаменов он должен был сдавать и сколько экзаменов он сдал на пять, и в том случае, когда эти два числа равны, мы можем назначить ему повышенную стипендию.

Будем решать нашу задачу по шагам. В конечном счете нам все равно надо знать, сколько экзаменов должен сдавать каждый конкретный студент, поэтому сначала сосчитаем количество экзаменов, которые должна сдавать группа, в которой учится этот студент.

Это мы делать умеем, для этого надо сделать запрос SELECT над отношением R3, сгруппировав его по атрибуту Группа, и вывести для каждой группы количество дисциплин, по которым должны сдаваться экзамены. Если мы учтем, что в одной сессии по одной дисциплине не бывает более одного экзамена, то можно просто подсчитывать количество строк в каждой группе.

SELECT R3.Группа. Число_экзаменов = COUNT(*)

FROM R3 GROOP BY R3.Группа

Однако нам нужен не этот запрос, нам нужен запрос, в котором мы определяем для каждого студента количество экзаменов. Этот запрос мы должны строить по схеме встроенного запроса:

SELECT COUNT(*) FROM R3

WHERE R2.Группа = R3.Группа GROOP BY R3.Группа

А почему мы здесь в части FROM не написали имя второго отношения R2? Мы имя этого отношения укажем для связи с вышестоящим запросом, когда будем формировать запрос полностью. Теперь попробуем сформулировать полностью запрос. Нам надо объединить отношения R1 и R2 по атрибуту ФИО, нам надо знать группу, в которой учится каждый студент, далее надо выбрать все строки с оценкой 5 и сгруппировать их по фамилии студента, сосчитав количество строк в каждой группе, а выбирать мы будем те группы, в которых число строк в группе равно числу строк во встроенном запросе, рассмотренном ранее, при условии равенства количества строк в группе результату подзапроса, который выводит только одно число.

SELECT Rl.ФИО FROM R1.R2

WHERE Rl. ФИО = R2ФИО AND Rl.Оценка = 5

GROOP BY Rl.ФИО HAVING COUNK*) = (SELECT COUNT(*)

FROM R3

WHERE R2.Группа = R3.Группа

GROOP BY R3.Группа)

Ну а теперь нам осталась последняя простейшая операция: надо заменить старый вложенный запрос, определявший отличников, получивших три пятерки на сессии, на новый универсальный запрос:

UPDATE R5

SET R5.Стипендия = 50%

WHERE R5.<WO IN (SELECT Rl.ФИО

FROM R1.R2

WHERE Rl. ФИО = Р2.ФИО AND Rl.Оценка = 5

GROOP BY Rl.ФИО

HAVING COUNT(*) = (SELECT COUNT(*)

FROM R3

WHERE R2.Группа = R3.Группа GROOP BY R3.Группа))

Вот какой сложный запрос мы построили. Это ведь практически один оператор, а какую сложную задачу он решает. Действительно, мощность языка SQL иногда удивляет даже профессионалов, кажется невозможно построить один запрос для решения конкретной задачи, но когда начинаешь поэтапно его конструировать — все получается. Самое сложное — это сделать переход от словесной формулировки задачи к представлению ее в терминах нашего SQL, но этот процесс сродни процессу алгоритмизации при решении задач традиционного программирования, а он всегда был самым трудным, творческим и неформализуемым процессом. Недаром на заре развития программирования известный американский специалист по программированию Дональд Е. Кнут озаглавил свой многотомный капитальный труд по теории и практике программирования «Искусство программирования для ЭВМ» («The art of computer programming»).

Задания для самостоятельной работы

Задание 1. В отношении R5 отметить студентов — претендентов на отчисление. Считаем, что в отношении R1 находятся окончательные результаты сессии, и поэтому отчислению подлежат все студенты, которые не сдали или не сдавали два и более из положенных экзаменов в сессию. Для того чтобы зафиксировать этот факт, нам потребуется добавить еще один столбец в отношение R5, назовем его результат_сессии, и там могут быть два допустимых значения: переведен на следующий курс или отчислен. Запрос писать по универсальному алгоритму.

Задание 2. В отношении R5 отметить студентов, переведенных на следующий курс.

Задание 3. Провести отчисление студентов по результатам текущей сессии. Обратите внимание, что это уже другая операция по сравнению с заданиями 1 и 2.

· Глава 6. Проектирование реляционных БД на основе принципов нормализации

o Системный анализ предметной области

§ Пример описания предметной области

o Даталогическое проектирование

ГЛАВА 6.

Проектирование реляционных БД на основе принципов нормализации

Что такое проект? Это схема — эскиз некоторого устройства, который в дальнейшем будет воплощен в реальность. Что такое проект реляционной базы данных? Это набор взаимосвязанных отношений, в которых определены все атрибуты, заданы первичные ключи отношений и заданы еще некоторые дополнительные свойства отношений, которые относятся к принципам поддержки целостности и будут более подробно рассмотрены в главе 9. Почему именно взаимосвязанных отношений? Потому что при выполнении запросов мы производим объединение отношений и одни и те же значения должны в разных отношениях-таблицах обозначаться одинаково. Действительно, если мы в одной таблице оценки будем обозначать цифрами, а в другой словами «отлично», «хорошо» и т. д., то мы не сможем объединить эти таблицы по столбцу Оценка, хотя по смыслу это для нас одно и то же, но то, что интуитивно понятно человеку, совсем не понятно «умному» компьютеру. Это проблема систем с искусственным интеллектом, которые могут решать весьма сложные интеллектуальные задачи, трудные для рядового инженера, но иногда пасуют перед простейшими интуитивными ассоциациями, понятными любому школьнику. И это необходимо учитывать. Поэтому проект базы данных должен быть очень точен и выверен. Фактически проект базы данных — это фундамент будущего программного комплекса, который будет использоваться достаточно долго и многими пользователями. И как в любом здании, можно достраивать мансарды, переделывать крышу, можно даже менять окна, но заменить фундамент, не разрушив всего здания, невозможно. Этапы жизненного цикла базы данных изображены на рис. 6.1. Они аналогичны, в основном, развитию любой программной системы, однако в них есть определенная специфика, касающаяся только баз данных. Более подробно мы будем рассматривать этапы жизненного цикла БД в следующих разделах учебного пособия, потому что термины, которые мы вынуждены применять при этом описании, пока еще неизвестны нашим читателям.

Рис. 6.1. Этапы жизненного цикла БД

Процесс проектирования БД представляет собой последовательность переходов от неформального словесного описания информационной структуры предметной области к формализованному описанию объектов предметной области в терминах некоторой модели. В общем случае можно выделить следующие этапы проектирования:

1. Системный анализ и словесное описание информационных объектов предметной области.

2. Проектирование инфологической модели предметной области — частично формализованное описание объектов предметной области в терминах некоторой семантической модели, например, в терминах Е-модели.

3. Даталогическое или логическое проектирование БД, то есть описание БД в терминах принятой диалогической модели данных.

Физическое проектирование БД, то есть выбор эффективного размещения БД на внешних носителях для обеспечения наиболее эффективной работы приложения.

Если мы учтем, что между вторым и третьим этапами необходимо принять решение, с использованием какой стандартной СУБД будет реализовываться наш проект, то условно процесс проектирования БД можно представить последовательностью выполнения пяти соответствующих этапов (см. рис. 6.2). Рассмотрим более подробно этапы проектирования БД.

Рис. 6.2. Этапы проектирования БД