Соединения и теоретико-множественные операции над отношениями

Рассмотрим основные операции над отношениями, которые могут представлять интерес с точки зрения извлечения данных из реляционных таблиц. Это объединение, пересечение, разность, расширенное декартово произведение отношений, а также специальные операции над отношениями: выборка, проекция и соединение.

Для иллюстрации теоретико-множественных операций над отношениями введем абстрактные отношения (таблицы) с некоторыми атрибутами (полями).

CREATE TABLE R
(a1 CHAR(1), a2 INT, PRIMARY KEY(a1,a2))

CREATE TABLE S
(b1 INT PRIMARY KEY, b2 CHAR(1))

Операции выборки и проекции являются унарными, поскольку они работают с одним отношением.

Операция выборки

Операция выборки - построение горизонтального подмножества, т.е. подмножества кортежей, обладающих заданными свойствами.

Операция выборки работает с одним отношением R и определяет результирующее отношение, которое содержит только те кортежи (строки) отношения R, которые удовлетворяют заданному условию F (предикату).

или .

Пример 5.1. Операция выборки в SQL.

Выборка записывается следующим образом:

SELECT a1, a2
FROM R
WHERE a2=1

Операция проекции

Операция проекции - построение вертикального подмножества отношения, т.е. подмножества кортежей, получаемого выбором одних и исключением других атрибутов.

Операция проекции работает с одним отношением R и определяет новое отношение, которое содержит вертикальное подмножество отношения R, создаваемое посредством извлечения значений указанных атрибутов и исключения из результата строк-дубликатов.

Пример 5.2. Операция проекции в SQL.

Проекция записывается следующим образом:

SELECT DISTINCT b2
FROM S

К основным операциям над отношениями относится декартово произведение.

Декартово произведение

Декартово произведение RxS двух отношений (двух таблиц) определяет новое отношение - результат конкатенации (т.е. сцепления) каждого кортежа (каждой записи) из отношения R с каждым кортежем (каждой записью) из отношения S .

RxS={(a, 1, 1, h), (a, 2, 1, h), 
     (b, 1, 1, h), ... }

SELECT R.a1, R.a2, S.b1, S.b2
FROM R, S

Результат декартова произведения двух отношений показан в таблице.

Если одно отношение имеет N записей и K полей, а другое M записей и L полей, то отношение с их декартовым произведением будет содержать NxM записей и K+L полей. Исходные отношения могут содержать поля с одинаковыми именами, тогда имена полей будут содержать названия таблиц в виде префиксов для обеспечения уникальности имен полей в отношении, полученном как результат выполнения декартова произведения.

Однако в таком виде (пример 5.3.) отношение содержит больше информации, чем обычно необходимо пользователю. Как правило, пользователей интересует лишь некоторая часть всех комбинаций записей в декартовом произведении, удовлетворяющая некоторому условию. Поэтому вместо декартова произведения обычно используется одна из самых важных операций реляционной алгебры - операция соединения, которая является производной от операции декартова произведения. С точки зрения эффективности реализации в реляционных СУБД эта операция - одна из самых трудных и часто входит в число основных причин, вызывающих свойственные всем реляционным системам проблемы с производительностью.