Описание учебной базы данных

Использование операторов EXISTS, ANY, ALL, И SOME

В дальнейшем изложении будем использовать в качестве примера небольшую БД отражающую учет успеваемости студентов ВУЗа. В ней содержится четыре таблицы.

В таблице СТУДЕНТЫ (STUDENTS) содержится пять полей с информацией о студентах:

• SNUM - номер студенческого билета;
• SFAM - фамилия студента;
• SIMA - имя студента;
• SOTCH - отчество студента;

• STIP - размер получаемой студентом стипендии.

В таблице ПРЕДМЕТЫ (PREDMET), состоящей из пяти по­лей, содержится информация об учебных предметах. Назначение полей таблицы следующее:

• PNUM - номер (код) учебного предмета;
• PNAME - наименование учебного предмета:
• TNUM - номер (код) преподавателя;
• HOURS - продолжительность учебной дисциплины в часах:
• COURS - курс, на котором ведется данный учебный предмет.

В таблице ПРЕПОДАВАТЕЛИ (TEACHERS), состоящей из пяти полей, содержится информация о преподавателях. Поля таб­лицы следующие:

• TNUM - код преподавателя;
• TFAM - фамилия преподавателя;
• TIMA - имя преподавателя;
• TOTCH - отчество преподавателя;
• TDATE - дата принятия преподавателя на работу.

В таблице УСПЕВАЕМОСТЬ (USP), состоящей из пяти по­лей, хранится информация об успеваемости студентов по учеб­ным дисциплинам. Поля таблицы следующие:

• UNUM - код факта сдачи учебной дисциплины;
• OCENKA - оценка, полученная студентом по учебному предмету;
• UDATE - дата сдачи;
• SNUM - номер студенческого билета;

• PNUM - код учебного предмета.

Таблица 1 PREDMET

PNUM	PNAME	TNUM	HOURS	COURS
	Физика
	Химия
	Математика
	Философия
	Экономика

Таблица 2 STUDENTS

SNUM	SFAM	SIMA	SOTCH	STIP
	Поляков	Анатолий	Алексеевич	25.50
	Старова	Любовь	Михайловна	17.00
	Гриценко	Владимир	Николаевич	0.00
	Котенко	Анатолий	Николаевич	0.00
	Нагорный	Евгений	Васильевич	25.50

Таблица 3 TEACHERS

TNUM	TFAM	TIMA	TOTCH	TDATE
	Викулина	Валентина	Ивановна	01/04/1984
	Костыркин	Олег	Владимирович	01/09/1997
	Казанко	Виталий	Владимирович	01/09/1988
	Позднякова	Любовь	Алексеевна	01/09/1988
	Загарийчук	Игорь	Дмитриевич	10/05/1989

Таблица 4 USP

UNUM	OCENKA	UDATE	SNUM	PNUM
		10/06/1999
		10/06/1999
		11/06/1999
		12/06/1999
		12/06/1999

Необходимо по­говорить о некоторых специальных операторах, которые всегда берут подзапросы в качестве аргументов – это EXISTS, ANY, ALL, и SOME.

Оператор EXISTS используется для указания предикату на то, производится или не производится вывод в подзапросе, при этом EXISTS дает в качестве результата значение ИСТИНА или ЛОЖЬ. Это в свою очередь означает, что он может работать в предикате или в комбинации с другими булевскими выражения­ми – AND, OR, и NOT. Другими словами, EXISTS берет подза­прос как аргумент и оценивает его как истинный, если он осуще­ствляет любой вывод, или как ложный, если он не делает этого. Например, можно решить, извлекать ли данные из таблицы успе­ваемости, если в ней присутствуют отличные оценки. Это реали­зуется следующим образом:

SELECT * FROM USP WHERE USP.OCENKA = 4

AND EXISTS (SELECT * FROM USP WHERE USP.OCENKA = 5);

Результаты запроса будут следующие:

UNUM OCENKA UDATE SNUM PNUM

1001 5 10/06/1999 3412 2001

1005 5 12/06/1999 3416 2004

При этом внутренний запрос выбирает все данные для всех студентов, получивших оценку 5. Оператор EXISTS во внешнем предикате отмечает, что некоторый вывод в подзапросе имел ме­сто, значит, это делает предикат верным. Подзапрос был выпол­нен только один раз для всего внешнего запроса, и, следователь­но, имеет одно значение во всех случаях – по этой причине EXISTS делает предикат верным или неверным для всех строк сразу. В последнем примере, если строго говорить, EXISTS дол­жен быть установлен так, чтобы выбрать только один столбец. Однако он выбирает все столбцы во вложенном предложении SELECT *. Это не вызывает ошибки, поскольку при выборе EXISTS как одного столбца, так и всех столбцов, он просто заме­чает выполнение вывода из подзапроса, а полученные значения не использует.

В соотнесенном подзапросе, предложение EXISTS оценивает­ся отдельно для каждой строки таблицы, имя которой указано во внешнем запросе, точно так же, как и другие операторы предика­та, когда используется соотнесенный подзапрос. Это дает воз­можность использовать EXISTS как предикат, который генериру­ет различные значения для каждой записи таблицы, указанной в основном запросе. Следовательно, информация из внутреннего запроса будет сохраняться. Например, с помощью следующего запроса выведем информацию о студентах, которые имеют не­сколько оценок:

SELECT DISTINCT SNUM FROM USP FIRST WHERE EXISTS (SELECT *

FROM USP SECOND

WHERE SECOND.SNUM = FIRST.SNUM AND SECOND.PNUM <> FIRST.PNUM);

Вывод запроса следующий:

SNUM

Здесь для каждой текущей строки внешнего запроса внут­ренний запрос находит записи, которые совпадают со значени­ем поля номера студента SNUM, но не совпадают со значени­ем кода предмета PNUM. Если любые такие строки будут най­дены подзапросом, это означает, что имеются, по крайней ме­ре, две оценки, полученные текущим студентом. Если бы во внешнем запросе DISTINCT не был указан, то каждый из сту­дентов, имеющий несколько оценок, был бы выбран столько раз, сколько у него оценок.

Для иллюстрации возможности использования комбинации из EXISTS и объединения, усовершенствуем последний пример та­ким образом, чтобы выводилась более подробная информация о студентах:

SELECT DISTINCT FIRST.SNUM, FIRST.SFAM, FIRST.SIMA, FIRST.SOTCH

FROM STUDENTS FIRST, USP SECOND WHERE EXISTS (SELECT *

FROM USP THIRD

WHERE SECOND.SNUM = THIRD.SNUM

AND SECOND.PNUM <> THIRD.PNUM) AND FIRST.SNUM = SECOND.SNUM;

В результате будет получено:

SNUM SFAM SIMA SOTCH

3412 Поляков Анатолий Алексеевич

В этом примере внутренний запрос, как и в предыдущем ва­рианте, сообщает, что студент получил несколько оценок. Внеш­ний запрос – это объединение таблиц успеваемости и студентов. Появившееся новое предложение основного предиката AND F1RST.SNUM = SECOND.SNUM оценивается на том же самом уровне, что и предложение EXISTS, т. к. это элемент предиката самого объединения двух таблиц из внешнего запроса.

С учетом того, что EXISTS может работать в комбинации с булевскими операторами, наиболее очевидным способом его ис­пользования является сочетание с оператором NOT. Например, для получения информации о студентах, имеющих только одну оценку, можно воспользоваться следующим запросом:

SELECT DISTINCT FIRST.SNUM, FIRST.SFAM, FIRST.SIMA, FIRST.SOTCH

FROM STUDENTS FIRST, USP SECOND WHERE NOT EXISTS (SELECT *

FROM USP THIRD

WHERE SECOND.SNUM = THIRD.SNUM

AND SECOND.PNUM <> THIRD.PNUM) AND FIRST.SNUM = SECOND.SNUM;

Вывод этого запроса приведен ниже:

SNUM SFAM SIMA SOTCH

3413 Старова Любовь Михайловна

3414 Гриценко Владимир Николаевич

3416 Нагорный Евгений Васильевич

Важным свойством EXISTS являетсято, что он не может взять агрегатную функцию в подзапросе, т. к. если агрегатная функция нашла какие-либо записи для операций с ними, то EXISTS будет верен в любом случае. Выходом из такой ситуации является использование вложенного подзапроса в подзапросе, в предикате которого присутствует EXISTS. Это позволяет тща­тельно структурировать запросы, делая их более понятными. Возвращаясь к примеру с нахождением информации о студентах, имеющих более одной оценки, можно предложить такой вариант запроса:

SELECT *

FROM STUDENTS FIRST WHERE EXISTS (SELECT *

FROM USP SECOND

WHERE FIRST.SNUM = SECOND.SNUM AND 1 <

(SELECT COUNT (*) FROM USP WHERE USP.SNUM = SECOND.SNUM));

В результате будет получено:

SNUM SFAM SIMA SOTCH STIP

3412 Поляков Анатолий Алексеевич 25.50

Такая конструкция работает следующим образом: внешний запрос выбирает из таблицы студентов STUDENTS текущую строку и выполняет подзапросы. Для текущей строки средним запросом берется в соответствие каждая строка из таблицы успе­ваемости USP. Всякий раз, когда обнаруживается информация в среднем запросе, который совпадает по номеру студенческого билета с текущей строкой во внешнем запросе. SQL должен рас­сматривать внутренний подзапрос для того, чтобы определить, будет ли предикат среднего запроса верен. Внутренний запрос считает количество оценок текущего студента, и, если это число больше, чем 1, делает предикат среднего запроса верным. Это, в свою очередь, делает EXISTS-предикат внешнего запроса верным для текущей строки таблицы.

Таким образом, несмотря на кажущуюся простоту, EXISTS может оказаться одним из самых трудных с точки зрения исполь­зования операторов в SQL. Существуют еще три специальных оператора, ориентируемых на подзапросы – это ANY. ALL и SOME, напоминающие EXISTS, которые воспринимают подза­просы, как аргументы. Однако эти операторы отличаются от EXISTS тем, что используются совместно с реляционными опе­раторами, аналогично IN в подзапросах

Операторы SOME и ANY достаточно часто взаимозаменяемы, и в наших примерах будут работать одинаково. Различие в тер­минологии состоит в том, чтобы позволить пользователям упот­реблять тот термин, который наиболее однозначен. Поэтому все сказанное относительно ANY в равной степени относится и к SOME.

Рассмотрим следующий способ нахождения студентов, кото­рые получали оценки по разным учебным предметам:

SELECT * FROM STUDENTS WHERE SNUM = ANY (SELECT SNUM FROM USP);

Вывод этого запроса приведен ниже:

SNUM SFAM SIMA SOTCH STIP

3412 Поляков Анатолий Алексеевич 25.50

3413 Старова Любовь Михайловна 17.00

3414 Гриценко Владимир Николаевич 0.00

3416 Нагорный Евгений Васильевич 25.50

Оператор ANY берет все значения, выведенные подзапросом, т. е. в примере – все значения поля SNUM, и оценивает их как верные, если любое из их равняется номеру студенческого билета текущей строки внешнего запроса. Отсюда следует, что подза­прос должен выбирать значения такого же типа, как и те, которые сравниваются в основном предикате. В этом его отличие от EXISTS, который просто определяет, производит ли вывод под­запрос или нет, фактически не используя эти результаты.

Вообще говоря, в ряде случаев допускается использование операторов IN или EXISTS вместо оператора ANY. Например, используя оператор IN, можно создать запрос, аналогичный предыдущему:

SELECT * FROM STUDENTS WHERE SNUM IN (SELECT SNUM FROM USP);

Вывод этого запроса такой, как в предыдущем примере, по этому приводить его не будем.

Интересен тот факт, что оператор ANY может использовать другие реляционные операторы, за исключением равняется, и. таким образом, реализовывать сравнения, которые недоступны с IN. Например, можно выполнить следующий запрос:

SELECT PNAME FROM PREDMET WHERE HOURS > ANY (SELECT HOURS FROM PREDMET);

Результат этого запроса следующий:

PNAME

Физика

Химия

Математика

Здесь выводятся название учебных предметов, для которых существует хотя бы одна учебная дисциплина с количеством ча­сов, меньшим, чем у текущей.

В принципе, этот же запрос может быть реализован с исполь­зованием EXISTS, следующим образом:

SELECT PNAME

FROM PREDMET FIRST WHERE EXISTS (SELECT *

FROM PREDMET SECOND WHERE FIRST.HOURS > SECOND.HOURS);

В любом случае запрос, который может быть реализован с ANY и ALL, может быть также сформулирован с EXISTS, но не наоборот. Правда, в ряде случаев, из-за различий в обработке NULL значений, вариант с EXISTS не абсолютно идентичен, чем при использовании ANY, поэтому необходимо в таких случаях применять команду IS NULL.

Основное преимущество в использовании ANY и ALL по срав­нению с EXISTS заключается в том, что последний требует соотне­сенных подзапросов, порой сложных для понимания. Кроме того, подзапросы с ANY или ALL могут выполняться один раз и иметь вывод, используемый для определения предиката для каждой строки основного запроса, a EXISTS требует, чтобы весь подзапрос повтор­но выполнялся для каждой строки основного запроса.

Оператор ALL работает таким образом, что предикат является верным, если каждое значение, выбранное подзапросом, удовлетворяет условию в предикате внешнего запроса.

Например, если необходимо вывести только тех студентов, чьи оценки выше или равны полученным 10/06/1999, то можно воспользоваться следующим запросом:

SELECT * FROM USP

WHERE OCENKA >= ALL (SELECT OCENKA FROM USP WHERE UDATE = 10/06/1999);

Вывод этого запроса такой:

UNUM OCENKA UDATE SNUM PNUM

1001 5 10/06/1999 3412 2001

1005 5 12/06/1999 3416 2004

Запрос работает так: подзапрос проверяет значения оценок за 10/06/1999 для всех студентов. Затем он находит студентов с оценкой большей или равной по сравнению с оценками за 10/06/1999. Поскольку самая высокая оценка в этот день – отлич­но, то выбираются только записи с оценкой 5.

Как и в случае с ANY, допускается использовать EXISTS для альтернативной формулировки такого же запроса:

SELECT *

FROM USP FIRST WHERE EXISTS (SELECT * FROM USP SECOND

WHERE FIRST.OCENKA >= SECOND.OCENKA AND SECOND.UDATE = 10/06/1999);

Основное применение ALL находит со знаком неравенства, т. к. предикат может быть верным, если сравниваемое значение равно для всех, т. е. все записи, фактически, идентичны. Напри­мер, запрос

SELECT * FROM USP

WHERE OCENKA = ALL (SELECT OCENKA FROM USP WHERE UDATE = 10/06/1999);

является допустимым, но вывод будет только в случае, если все оценки за 10/06/1999 окажутся идентичными. Вероятно, не очень хорошо использовать запросы, которые работают только в определенных ситуациях.

Однако ALL гораздо более эффективно используется со зна­ком неравенства, т. е. с оператором < >. При этом обязательно надо учитывать, что если подзапрос возвращает много различных значений, то это означает неравенство любому результату. Иначе говоря, предикат верен, если данное значение не найдено среди результатов подзапроса. Рассмотрим такой запрос:

SELECT * FROM USP

WHERE OCENKA <> ALL (SELECT OCENKA FROM USP WHERE UDATE = 10/06/1999);

Вывод этого запроса таков:

UNUM OCENKA UDATE SNUM PNUM

1003 3 11/06/1999 3414 2005

Рассматриваемый запрос сделает следующее: подзапрос выберет все оценки за 10/06/1999 – это будут 5 и 4. После этого, основной запрос выведет все записи с оценкой, не совпадающей ни с одной из них. Аналогичный запрос можно сформулировать с использование оператора NOT IN:

SELECT * FROM USP

WHERE OCENKA NOT IN (SELECT OCENKA FROM USP WHERE UDATE = 10/06/1999);

или используя оператор ANY:

SELECT * FROM USP

WHERE NOT OCENKA = ANY (SELECT OCENKA FROM USP WHERE UDATE = 10/06/1999);

Вывод этих запросов такой же, как и первого. Таким образом, в SQL дать запрос на сравнение с использова­нием команды ANY для набора значений – то же самое, что про­извести сравнение с любым отдельным значением из набора. Ес­ли запросить значения с помощью команды ALL не равные на­бору значений, то это то же самое, что определить факт отсутст­вия этого значения во всем наборе.

Как уже было сказано, имеются некоторые различия между EXISTS и операторами ANY и ALL с точки зрения работы с не­известными и отсутствующими данными. Кроме того, важное различие между ALL и ANY – это способ действия в ситуации, когда подзапрос не возвращает никаких значений. Вообще гово­ря, во всех случаях, когда допустимый подзапрос не делает выво­да. ALL автоматически возвращает значение ИСТИНА, a ANY –ЛОЖЬ. Например, это означает, что запрос:

SELECT * FROM USP

WHERE OCENKA >= ANY (SELECT OCENKA FROM USP WHERE UDATE = 10/06/2000);

не произведет никакого вывода, в то время как запрос

SELECT * FROM USP

WHERE OCENKA >= ALL (SELECT OCENKA FROM USP WHERE UDATE = 10/06/2000);

выведет всю таблицу USP. Действительно, если нет никаких оце­нок за 10/06/2000 то, естественно, ни одно из этих сравнений не имеет значения.

NULL значения имеют свои особенности при их обработке этими операторами. Когда SQL сравнивает два значения в предикате, одно из которых NULL, очевидно, результат этого неизвестен. Неизвестный предикат, аналогично неверному, является причиной того, что запись не выбирается, однако ра­ботать он будет несколько иначе, в зависимости от того, ис­пользуется ALL или ANY. Рассмотрим предыдущий пример с ANY и такой запрос:

SELECT * FROM USP FIRST WHERE EXISTS (SELECT *

FROM USP SECOND

WHERE FIRST.OCENKA >= SECOND.OCENKA AND SECOND.UDATE = 10/06/2000);

Пока NULL значений в таблице нет, оба запроса будут вести себя одинаково. Но в случае появления NULL значения в поле OCENKA таблицы успеваемости, в варианте с ANY значение предиката при обработке этой строки станет неизвестным и вы­вода для нее не будет в любом случае, однако другие строки бу­дут обрабатываться обычным образом. В варианте с EXISTS, значение NULL используется в предикате подзапроса, делая его неизвестным в каждом случае, а это означает, что подзапрос не будет производить никаких значений, и запрос не произведет вывода вообще. Это является важным фактором в пользу исполь­зования варианта с ANY.