第5章知识 点拼图 第5章思维 导图 第 5 章动 画导入:小 南的“大海 捞针” 第5章 数据检索与查询文 件 知识导入 大海捞针———高效的数据检索 小南选修了一门通识课———信息与情报检索。在课堂上,老师让小南用网络搜索引擎 检索了几个关键词,分别统计了它们的检索时长。小南平时经常使用网络检索功能,却从来 没想过,在浩如烟海的网络数据中,如何才能在零点几秒的时间内,从整个Internet世界中 找到那几个关键的字眼呢? 小南隐隐约约地觉得,一定是谷歌这种搜索引擎在数据库的检 索上使用了特殊的方法。 用户建立数据库的目的就是为了存储和提取信息,信息提取的关键在于方便快速地查 询数据。因此,查询便成了数据库操作的主要内容。除了直接的查询操作外,对数据的追 加、更新、删除等操作也常常要首先找到需要处理的数据,所以,这些操作也通常以查询为基 础。本章将介绍如何使用Aces 提供的查询工具检索数据。 1 数据检索方法 5. 5.1 检索时长是否与 N 无关 1. 数据检索———把数据库中存储的数据根据用户的需求提取出来,数据检索的结果会生 成一个数据表,既可以放回数据库,也可以作为进一步处理的对象。 在人类的常识中,数据总量 N 越大,要从中检索到需要的信息,需要的时间越长。检索 的时间复杂度O( N ),永远是一个以 N 为自变量的函数。 如果 N →∞,那么O( N )→∞ 但如果是这样的话,要在Google中检索一个关键词,检索范围是整个Internet,那么检 索的时长或许将是无穷无尽的。这显然让人无法忍受。因此我们要想办法,让检索的时间 复杂度O( N )等于一个与 N 无关的常量。 第5章 数据检索与查询文件 98 1. 顺序检索 一个无序数据列 N 中,找到目标数据66 。如果进行顺序检索,需要将 N 个数据一一查 找,才能保证找到所有的66,如图5-1所示。 图5- 1 顺序检索 O( N )= N 如果 N →∞,那么O( N )→ ∞ 2. 折半检索 对于一个有序序列,可以采用折半查找的检索策略,每次从数据列的中间位置开始比 对,比较中间值与目标值的大小,就可以一次排除掉一半数据,再用剩下的一半数据进行折 半检索。这也是经典算法分治算法的典型思想,如图5-2所示。 图5- 2 折半检索 O( N )=log2N 如果 N →∞,那么O( N )→∞ 这种检索方法大大降低了时间复杂度,尤其是 N 值很大时,这种降低愈加明显。但遗 憾的是,当 N 趋于无穷时,2N 仍然趋于无穷。 log 3. 索引检索 索引(是对数据库表中一列或多列的值进行排序的一种结构,使用索引可快速访 Index) 问数据库表中的特定信息。 数据库与信息系统设计(慕课版) 09 我们在设计数据库的物理结构时,曾为某些数据字段设置过索引。主键索引是无重复 索引,也有些其他字段是有重复索引。索引就能将检索的时间复杂度O( N )变成一个与 N 无关的常量。 在表中使用索引就如同在书中使用目录一样:要想查找某些特定的数据,先在索引中 查找数据的位置。为一个字段创建的索引会生成一个索引序列,这个序列存储在数据库的 索引文件中。一个字段的索引序列在逻辑上可以表示为一个有两列的表,分别存储索引内 容和地址指针,如图5-3所示。 图5- 3 设置索引和索引文件 当我们要检索01 号系的学生时,不用直接去检索学生表,只要找到系号字段的索引序 列就行了。可以按照索引中01 系号后面的地址指针,直接找到这个系学生在数据硬盘中的 位置。要知道,一个真正运行的商业数据库往往存储了海量的数据,经常整个内存都放不下 一张表,动辄就对数据表检索是非常浪费时间和空间的,不亚于大海捞针,而索引文件往往 都非常小,并且索引是一个有序序列,可以使用折半查找,检索起来很容易。 O( N )= 1 如果 N →∞,O( N )→ 1 扩展阅读5.1: 扩展阅读5.1: 1. 1. 二叉树查找算法 哈希查找算法 扩展阅读5.1: 扩展阅读5.1: 1. 1. 海量数据查找算法 数据库多级索引 第5章 数据检索与查询文件 19 思考 如果数据量实在太大呢? 就连数据库的目录———索引文件都大到无法装入内存? 那就 为索引文件建立索引,称为二级索引,甚至三级索引,四级索引……索引文件有几级,那就查 找几次,即便 N 趋于无穷,索引文件的级数也仅仅是一个常量罢了。 5.2 索引不是万能的 1. 1.索引的优势 (1)通过创建无重复索引,可以保证数据库表中每一行数据的唯一性。 (2)大大加快数据的检索速度。 (3)可以加速表和表之间的连接,特别是在实现数据的参照完整性方面特别有意义。 2.索引的劣势 (1)创建索引和维护索引要耗费时间,这种时间随着数据量的增加而增加。 (2)索引需要占物理空间,当数据量不大时,谈论索引是毫无意义的。 (3)对表中的数据进行增加、删除和修改时,索引也要动态维护,降低操作速度。 数据量小时建立索引毫无必要,为所有字段建立索引也不明智,通常应该为主键、外键 和经常需要搜索的列创建索引。 5.2 Aces 的数据检索 问题导入 使用Aces 提供的筛选器、选择、高级筛选等工具可以对表格中的特定数据进行筛选。 那是不是就不需要其他的检索方式了呢? 虽然使用这些工具可以找到所需要的记录,但最主要的问题是,筛选是一种实时的屏幕 交互式操作,随着筛选结果的输出,筛选的操作也就结束了,整个过程不能以文件的形式存 储在数据库磁盘上,如果下次要执行同样的或类似的筛选任务,只能将这一操作过程一一重 现。如果需要反复查找大量数据,就要不断重复筛选操作,这显然非常烦琐而浪费,并且无 法将其开发成应用程序发布给用户使用。 为了便于用户在数据库中检索自己需要的数据,Aces 提供了一种能以文件形式存储 的检索工具———查询文件。 5.1 什么是查询文件 2. 所谓查询就是找到用户所需数据库子集的过程。Aces 根据用户定义的查询条件,在 数据库与信息系统设计(慕课版) 29 数据库中的一张或多张表中检索出满足条件的一组记录,这些记录只显示用户指定的所需 字段。因此,用户建立查询时可以定义需要显示的字段及筛选条件,当运行查询时,只有那 些指定的字段和符合筛选条件的记录才被检索出来。Aces 在磁盘上建立一个查询文件 来存储这些检索需求。不论何时运行这个查询文件,Aces 都根据文件中保存的需求将相 关数据组合起来建立一个动态数据集,也就是查询结果。这个动态数据集看起来像一张表, 但它不是真正的表,不存储在数据库磁盘上,只在内存中临时存储和显示。当用户关闭这个 动态数据集后,内存中的存储就可以清除了。因为这个动态数据集(查询结果)来源于数据 库中的数据,当数据源发生改变后,再运行查询文件,查询结果就发生改变;反过来,当用户 修改查询结果中的数据,查询结果从内存写回数据库磁盘时,同样也会改变数据源。 实际上,用户在前台运行了查询文件后,DBMS自动在后台按照查询文件中的查询要 求生成一条查询命令,该命令用数据库标准语言SQL写成,再通过执行这条SQL命令来实 现查询操作。 Aces 中的查询一旦生成,可以作为窗体、报表,甚至是另一个查询的数据源。数据库 查询过程如图5-4所示。 图5- 4 数据库查询过程 5.2 查询文件的分类 2. 为了完成上述查询功能,Aces 主要提供了 两种查询方式:一种是屏幕操作方式,通过建立查 询文件的可视化方法存储查询条件;另一种是程 序方式,通过直接书写SQL命令的方式实现查询, 如图5-5所示。 本章着重介绍第一种方式,即查询文件。SQL 的语法和使用将在第6章介绍。每一个查询文件 都能转换成SQL命令来编译执行,但并不是所有 直接书写的SQL命令都能用查询文件显示。 Aces 的查询文件有多种形式,包括选择查询、 图5-5数据库查询方式 第5章 数据检索与查询文件 39 参数查询、操作查询(动作查询)、交叉表查询、重复项查询、不匹配查询等。总结起来有4大 类:选择查询、参数查询、操作查询和特殊用途查询。具体的分类和功能说明如表5-1所示。 表5- 1 Aces 查询文件类型的分类和功能说明 查询类型查询方式功能说明举例 选择查询选择查询 最基本的查询方式,指定记录和字段并 对查询结果排序、分组、统计汇总 查询学生表中男生的学号和 姓名,并按姓名升序排列 参数查询参数查询 执行查询时提供参数的输入接口,实现 用户交互式查询,本质上也是选择查询 按用户输入的系号查找学生 信息 生成表查询查询结果生成一张新的基本表 用学生表中的男生记录生成 新数据表学生1 操作查询 追加查询将查询结果插入至另一张基本表 将学生表中的所有女生记录 插入学生1表 更新查询对查询结果进行更新,存入原基本表 给102号课成绩80分以下的 学生每人加5分 删除查询将查询结果从数据源中删除删除大学英语的选课记录 交叉表查询 用交叉表的形式组织查询结果,本质上 也是一种选择查询 横纵字段名分别为学号和课 程号,交叉位置显示成绩 特殊用途查询重复项查询查找指定字段的重复项统计每个系的人数 不匹配项查询 在一张表中查询和另一张表不相关的 记录 查找没有人选修的课程 注意 Aces 提供了两种方法建立查询:一种是使用“查询向导”;另一种是使用“查询设计” 视图(查询设计器)建立查询。查询向导可以按照一定的模式引领用户创建查询,实现基本 的查询操作,不需要使用者具备过多的数据库查询知识,最简单易行。但向导的功能比较单 一,要想完成丰富多变的查询任务,必须使用“查询设计”视图。 5.3 查询的视图 2. Aces 的查询文件主要提供了三种模式的视图:设计视图、SQL视图、数据表视图。 .设计视图是创建一个查询文件的主要方式,它提供了完善的设计手段去实现各种条 件设置。 .SQL视图是输入SQL语句实现查询的界面,仅提供了命令文本的录入功能。 .数据表视图是查询结果的显示界面,无论是用设计视图还是SQL,查询的结果都以 二维表的形式在数据表视图中显示 。 视图的切换如图5-6所示 。 数据库与信息系统设计(慕课版) 49 图5- 6 视图切换 3 选择查询 5. 选择查询是一种最基本的查询方式,其功能包括指定记录和字段的查询条件和对查询 结果的排序、分组、统计汇总。 5.1 利用向导创建简单查询 3. 【例5-1】利用简单查询向导创建查询:学生选课成绩单。 建立“查询向导”,可以看到如图5-7(a)所示的几种向导。其中,使用第一种“简单查询 向导”即可创建一个选择查询文件。在“表/查询”下拉列表框中选择数据源,如果所需字段 来自多个表,可以先后选定多张表格来一一添加。本例最终选取的字段是系名、学号、姓名、 性别、课程名、学分和成绩,分别来源于四张表,如图5-7(b)所示。 单击“下一步”按钮,确定采用明细查询还是汇总查询。如果选择明细查询,将查出所选 数据源中所有满足条件的记录,并且不对查询结果做统计汇总,如图5-7(c)所示。 最后一步,为查询指定标题,在标题文本框中输入“学生选课成绩单”,如图5-7(d)所 示。单击“完成”按钮,可以看到查询结果,如图5-7(e)所示。 如果要查询学生成绩的统计汇总,如查询学生选课的总学分和平均成绩。首先应该在 字段选取的阶段去掉“课程名”字段,因为汇总成绩是要考察每个学生考试的总体情况,不关 第5章 数据检索与查询文件 59 图5- 7 简单查询向导 心每门课程的细节,如图5-8(a)所示。接下来在如图5-7(c)所示界面中选择“汇总”,单击下 方的“汇总选项”按钮,出现如图5-8(b)所示的界面。给学分字段选择“汇总”,即求和;给成 绩字段选择“平均”,即求均值。最后查询的结果如图5-8(c)所示。 数据库与信息系统设计(慕课版) 69 图5- 8 汇总查询向导 可以看出,用向导建立选择查询确实非常简单,但建立的查询文件的形式也极其单一。 如果要想为查询结果按照考试平均分排序,或者只想查询计算机系或中文系的学生成绩,诸 如此类的查询要求,在以上的向导中都没有体现。因此,向导的方式只适合初步建立查询文 件,其余的设置要在接下来的查询设计视图模式中完成。下面将介绍使用查询文件设计视 图创建选择查询。 5.2 利用设计视图创建选择查询 3. 查询设计视图可以独立地创建查询文件,也可以对向导创建的查询文件进行修改。 1. 查询设计视图界面 查询设计视图由上下两部分组成,上半部分是数据源区,显示查询数据源使用的数据表 和关联关系;下半部分是设计网格区,负责设计查询的主要内容,如图5-9所示。 设计网格默认有以下几个主要内容。 .字段:查询设计中所使用的字段名,从数据源区的表中选取。 .表:说明上方对应的该字段来自哪个数据源表。 第5章 数据检索与查询文件 79 图5- 9 查询设计视图界面 .排序:查询结果是否按该字段排序,如果排序,是升序还是降序。 .显示:该字段在查询结果表中是否显示。 .条件:限定该字段的查询条件。 .或:当查询条件多于一个,且多个条件之间采用逻辑或运算时,将用到该网格。 在设计网格区域的过程中,将用到的工具按钮会显示在Aces 上方的查询工具选项卡 中,如图5-10所示。 图5-10 查询工具选项卡 具体的按钮和功能如表5-2所示。 表5- 2 查询工具选项卡具体的按钮和功能 工具类别按钮功能说明 结果 视图弹出“视图”菜单,选择数据表视图、SQL视图、设计视图三种模式 运行运行设计好的查询文件,单击此按钮查看结果 查询类型选择/生成表/追加…… 查询文件类型的选择,默认共有选择、生成表、追加、更新、交叉表、 删除、联合、传递、数据定义9种 显示表数据源选择窗口,可选择基本表或已有的查询作为数据源 查询设置 生成器 弹出“表达式生成器”对话框,在这里可以选择Aces 内置函数、 数据库对象、常量、操作符、通用表达式等内容,当用户不熟悉 Aces 表达式的写法时,可以用该生成器辅助生成表达式,减少语 法错误的概率 插入行/删除行在设计网格的最下方增加或删除一行 插入列/删除列在设计网格的最右侧增加或删除一列 返回指定查询结果返回多少条数据,可以按照行数或是百分比指定