SQL Server 數據庫基本操作入門篇【6】

本文主講數據查詢中的 嵌套查詢（EXISTS部分）、集合查詢、基於派生表的查詢，歡迎閱讀~

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一、帶有EXISTS謂詞的子查詢

EXISTS謂詞

• 存在量詞 $\exists$
• 帶有EXISTS謂詞的子查詢不返回任何數據，只產生 邏輯真值“true” 或 邏輯假值“false”
  若內層查詢結果非空，則外層的 WHERE子句返回真值
  若內層查詢結果爲空，則外層的 WHERE子句返回假值
• 由EXISTS引出的子查詢，其目標列表達式通常都用 * ，因爲帶EXISTS的子查詢只返回真值或假值，給出列名無實際意義

NOT EXISTS謂詞（記住與EXISTS相反就行）
若內層查詢結果非空，則外層的WHERE子句返回假值
若內層查詢結果爲空，則外層的WHERE子句返回真值

🌟來看例子： 查詢所有選修了1號課程的學生姓名：
· 理理思路：
① 選修了1號課程所以涉及SC表，學生姓名涉及Student表
② 在Student中依次取每個元組的Sno值，用此值去檢查SC表
③ 若SC中存在這樣的元組，其Sno值等於此Student.Sno值，並且其Cno= ‘1’，則取出此Student.Sname送入結果表）
（運用相關子查詢）

SELECT Sname
FROM   Student
WHERE  EXISTS
            ( SELECT *
              FROM   SC
              WHERE  Sno = Student.Sno AND Cno = '1');

ps：🙋這個題目明顯也可以直接用連接查詢解決，那爲什麼還要用EXISTS寫這麼多呢？
採用EXISTS謂詞能更容易理解，而且連接查詢能表達的它都能表達，但是它能表達的連接查詢並不一定能表達，對於這個題來說兩種方式均可，不過EXISTS的應用範圍更廣。

🌟Another one： 查詢沒有選修1號課程的學生姓名：
（因爲剛剛求解過選修1號課程的學生，這裏直接將其否定就可以啦，採用NOT EXISTS謂詞）

SELECT Sname
FROM   Student
WHERE NOT EXISTS
               ( SELECT *
                 FROM   SC
                 WHERE  Sno = Student.Sno AND Cno = '1');

不同形式的查詢間的替換

• 一些帶EXISTS 或 NOT EXISTS謂詞的子查詢不能被其他形式的子查詢等價替換
• 所有帶IN謂詞、比較運算符、ANY和ALL謂詞的子查詢都能用帶EXISTS謂詞的子查詢等價替換
• 總結一下就是： EXISTS比IN、比較運算符、ANY、ALL的應用範圍更廣，在這一層面上來說EXISTS更強一些，而且EXISTS的表達能力更強，比較容易理解（但是！ 有時候用EXISTS沒有用其他的方法方便和好用，所以該用什麼得根據情況而定，這裏只是說明EXISTS是能用的，不過不一定是最適合的）

🌟來看例子： 查詢與“劉晨 ”在同一個系學習的學生：
（看過我之前的博客的小夥伴應該對這個例子有印象，之前我是採用 IN謂詞 和 自身連接 來解決的，詳細過程和解釋可康我的上一篇博客吖：SQL Server 數據庫基本操作入門篇【5】）

SELECT Sno, Sname, Sdept
FROM   Student S1
WHERE  EXISTS
       　   ( SELECT *
              FROM   Student S2
              WHERE  S2.Sdept = S1.Sdept AND S2.Sname = '劉晨');  /*採用EXISTS謂詞解決，且是一個相關子查詢*/
              
SELECT Sno, Sname, Sdept
FROM   Student
WHERE  Sdept IN
            ( SELECT Sdept
              FROM   Student
              WHERE  Sname = '劉晨');   /*採用IN謂詞解決，且是一個不相關子查詢*/

SELECT S1.Sno, S1.Sname, S1.Sdept
FROM   Student S1, Student S2
WHERE  S1.Sdept = S2.Sdept AND S2.Sname = '劉晨';  /*採用自身連接解決*/

（ps：相關子查詢和不相關子查詢我在上一篇博客中都有介紹和舉例說明，不太清楚的小夥伴可以去康康~）

用 EXISTS / NOT EXISTS 實現全稱量詞

SQL語言中沒有全稱量詞 $\forall$（For all）

可以把帶有全稱量詞的謂詞轉換爲等價的帶有存在量詞的謂詞：（ $\forall$ x ）P $\equiv$ $\neg$（ $\exists$ x（$\neg$ P））
（ps：$\equiv$ 表示恆等於）
這樣看不太好理解，咱通過例子來搞明白它!

🌟來看例子： 查詢選修了全部課程的學生姓名：
（選修了全部課程可理解爲：沒有一門課程是他沒選修的）

SELECT Sname
FROM   Student
WHERE NOT EXISTS
               ( SELECT *
                 FROM Course
                 WHERE NOT EXISTS
                                ( SELECT *
                                  FROM   SC
                                  WHERE  Sno = Student.Sno AND Cno = Course.Cno
                                )
               );

這裏以學號爲201215121的李勇同學舉例，因爲咱們這裏的NOT EXISTS謂詞解法採用的是相關子查詢，所以執行順序是從外向內：
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① 從Student表中取學號 201215121
② 進入到第二層，Course的課程號取值 1
③ 帶着取的值進入第三層（這裏的最內層）：WHERE Sno = '201215121' AND Cno = '1'，如圖SC表中是有這個元組的（即查詢結果爲T），因爲是NOT EXISTS 所以 返回 F
④ 回到第二層，Course的課程號取值 2
⑤ 帶着取的值進入第三層：WHERE Sno = '201215121' AND Cno = '2'，同樣SC表中是有這個元組的，所以 返回 F
⑥ …（如此往復）
⑦ 回到第二層，Course的課程號取值 9
⑧ 帶着取的值進入第三層：WHERE Sno = '201215121' AND Cno = '9'，同樣SC表中是有這個元組的，所以 返回 F
⑨ 得到第二層的結果：F∨F∨F∨F∨F∨F∨F = F
⑩ 所以得到第一層的結果：T
— — — — — — — — — — — — — — — —
所以得出結論：李勇同學選修了全部課程
以此類推，換下一個學號繼續執行以上步驟，直到把每一個學號都執行完，就得出最終結果

用 EXISTS / NOT EXISTS 實現邏輯蘊涵

SQL語言中沒有蘊涵邏輯運算
可以利用謂詞演算將邏輯蘊涵謂詞等價轉換爲：
p $\rightarrow$ q $\equiv$ $\neg$ p∨q
同樣，通過例子來講解

🌟來看例子： 查詢至少選修了學生201215122選修的全部課程的學生號碼：
（這裏假如是李勇至少選修了他的全部課程，則可理解爲：李勇選修的課程裏面包含着他選修的所有課程）
· 思路：
① 用邏輯蘊涵表達：查詢學號爲x的學生，對所有的課程y，只要201215122學生選修了課程y，則x也選修了y（即x的課程裏含有201215122選修的所有課程）
② 形式化表示：
用P表示謂詞 “學生201215122選修了課程y”
用q表示謂詞 “學生x選修了課程y”
則上述查詢爲: （$\forall$y） p $\rightarrow$ q （對任意的課程y，p都包含於q）
③ 等價變換：（$\forall$y）p $\rightarrow$ q $\equiv$ $\neg$ $\exists$y（p∧$\neg$q）（因爲剛剛介紹了，SQL中沒有沒有全稱量詞 $\forall$，所以這裏仍然採用存在量詞來表示）
④ 變換後的語義：不存在這樣的課程y，學生201215122選修了y，而學生x沒有選
（這裏數學公式可能不太好理解，直接理解文字表達即可，然後結合下面的例子來強化一下~）

SELECT DISTINCT Sno
FROM   SC SCX
WHERE  NOT EXISTS
                ( SELECT *
                  FROM SC SCY
                  WHERE SCY.Sno = '201215122' 
                  AND NOT EXISTS
	                           ( SELECT *
	                             FROM   SC SCZ
	                             WHERE  SCZ.Sno = SCX.Sno AND SCZ.Cno = SCY.Cno));

同樣的，因爲咱們這裏的NOT EXISTS謂詞解法採用的是相關子查詢，所以執行順序是從外向內：
— — — — — — — — — — — — — — — —
這裏給SC表取別名爲SCX、SCY、SCZ
① 從SCX表中取學號 201215121
② 進入到第二層，SCY的課程號取值 2（如圖SC表中學號爲201215122的學生選的課程號只有2和3號課）
③ 帶着取的值進入第三層（這裏的最內層）：WHERE SCZ.Sno = '201215121' AND SCZ.Cno = '2'，如圖SCZ表中是有這個元組的（即查詢結果爲T），因爲這裏是NOT EXISTS 所以 返回 F
④ 回到第二層，SCY的課程號取值 3
⑤ 帶着取的值進入第三層：WHERE SCZ.Sno = '201215121' AND SCZ.Cno = '3'，同樣SCZ表中是有這個元組的，所以 返回 F
⑥ 得到第二層的結果：F∨F = F
⑦ 所以得到第一層的結果：T
— — — — — — — — — — — — — — — —
所以得出結論：201215121選修了學生201215122選修的全部課程
以此類推，換下一個學號繼續執行以上步驟，直到把每一個學號都執行完，就得出最終結果

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二、集合查詢

集合操作的種類
並：UNION $\cup$
交：INTERSECT $\cap$
差：EXCEPT $-$
· 參加集合操作的各查詢結果的列數必須相同
· 對應項的數據類型必須相同

🌟來看例子： 查詢計算機科學系的學生及年齡不大於19歲的學生：
（這裏是及所以用的是並：UNION，求兩個查詢條件下結果的並集）

SELECT *
FROM   Student
WHERE  Sdept = 'CS'
UNION
SELECT *
FROM   Student
WHERE  Sage <= 19;

UNION： 將多個查詢結果合併起來時，系統自動去掉重複元組
UNION ALL： 將多個查詢結果合併起來時，保留重複元組
👀可看到上圖中因爲劉晨既滿足第一個查詢條件計算機系，又滿足第二個查詢條件不大於19歲，所以當用的是UNION ALL時，劉晨打印了兩次，該題不需要知道誰兩個條件都滿足，所以用UNION即可

🌟Another one： 查詢選修了課程1或者選修了課程2的學生：
（同樣，這裏的關鍵詞或者提示我們用並：UNION求兩個集合的並集）

SELECT Sno
FROM   SC
WHERE  Cno = '1'
UNION
SELECT Sno
FROM   SC
WHERE  Cno = '2';

SELECT * FROM SC;     /*打印出整個SC表參照*/

🌟Another one： 查詢計算機科學系的學生與年齡不大於19歲的學生的交集：
（嘿嘿，這題說的夠直白了叭，求交集，所以當然用INTERSECT）

SELECT *
FROM   Student
WHERE  Sdept = 'CS' 
INTERSECT
SELECT *
FROM   Student
WHERE  Sage <= 19; 

該題題意可理解爲：查詢計算機科學系中年齡不大於19歲的學生：
所以可以直接採用單表查詢，很容易的就將其解決（所以，看到題目之後先彆着急寫，可以先思考一下采取哪種方法更簡單~）

SELECT *
FROM   Student
WHERE  Sdept = 'CS' AND Sage <= 19;

🌟Another one： 查詢既選修了課程1又選修了課程2的學生：

SELECT Sno
FROM   SC
WHERE  Cno = '1' 
INTERSECT
SELECT Sno
FROM   SC
WHERE  Cno = '2';

當然，該題也可採用嵌套查詢：

SELECT Sno
FROM   SC
WHERE  Cno = '1' AND Sno IN
                          ( SELECT Sno
                            FROM   SC
                            WHERE  Cno = '2');

🙋誒，那有的小夥伴就會說：“既選了課程1又選了課程2” 那是不是可以直接用單表查詢Cno = '1' AND Cno = '2'來解決呢？
爲了滿足你的好奇心我在下圖中進行了實驗：

顯然，單表查詢是不行的，這是因爲：WHERE Cno = '1' AND Cno = '2';條件表達式下，在一張表中，滿足Cno = '1’的條件下查詢出的元組裏Cno是不可能爲’2’的，它滿足條件就已經說明Cno是’1’了，即一個元組中只能有一個Cno，它不可能同時等於兩個值。
而嵌套查詢中IN謂詞的子查詢的結果是Cno='2’的學生的學號，所以對於一個學生來說他的課程號Cno是可以既有1又有2的（即對於一個學生來說，他是可以選多門課程的）。

🌟Another one： 查詢計算機科學系的學生與年齡不大於19歲的學生的差集：

SELECT *
FROM   Student
WHERE  Sdept = 'CS'
EXCEPT
SELECT *
FROM   Student
WHERE  Sage <= 19;

這裏實際上就是查詢計算機科學系中年齡大於19歲的學生，解法同剛纔的一個例題，可直接採用單表查詢，AND 來輕鬆解決：

SELECT *
FROM   Student
WHERE  Sdept = 'CS' AND Sage > 19;

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三、基於派生表的查詢

子查詢不僅可以出現在WHERE子句中，
還可以出現在FROM子句中，
這時子查詢生成的臨時派生表成爲主查詢的查詢對象。

🌟來看例子： 找出每個學生超過他自己選修課程平均成績的課程號：
（這個例題在我直接的例子中出現過，當時是採用的比較運算符結合相關子查詢來解決的，具體解釋可參考我的上一篇博客中對相關子查詢的講解部分：SQL Server 數據庫基本操作入門篇【5】）

SELECT Sno, Cno
FROM SC, ( SELECT Sno, Avg(Grade) 
           FROM   SC 
	       GROUP  BY  Sno)
           AS  Avg_sc(avg_sno,avg_grade)
WHERE SC.Sno = Avg_sc.avg_sno AND SC.Grade >= Avg_sc.avg_grade

SELECT Sno, Cno
FROM   SC x
WHERE  Grade >= ( SELECT AVG (Grade) 
                  FROM   SC y
                  WHERE  y.Sno = x.Sno);      /*採用比較運算符相關子查詢*/

這裏子查詢寫在FROM子句的解法中，Avg_sc表即子查詢產生的臨時派生表，它和SC表共同作爲該主查詢的查詢對象。
子查詢中查詢出的Sno構成Avg_sc表的avg_sno屬性列，聚集函數Avg(Grade) 的結果構成Avg_sc表的avg_grade屬性列。
通過SC.Sno = Avg_sc.avg_sno將兩表連接上之後，SC.Grade >= Avg_sc.avg_grade進行比較，得出結果。

如果子查詢中沒有聚集函數，派生表可以不指定屬性列（名），子查詢SELECT子句後面的列名爲其缺省屬性。
（👀這裏的意思就是，如果子查詢中有聚集函數，例如剛剛的例子中Avg(Grade)，因爲它不是一個屬性名，所以由此產生的派生表中該屬性列沒有名字！！這時就需要給它指定屬性列（名），如上面的Avg_sc(avg_sno,avg_grade)中的avg_grade，而 比如這裏的Sno本身就是一個列名（屬性名），所以可以不用指定avg_sno，用的時候直接Avg_sc.Sno就可以，在這個例題中因爲有聚集函數，所以也爲其指定了屬性列（名））
子查詢中沒有聚集函數的例子看下面這個：

🌟來看例子： 查詢所有選修了1號課程的學生姓名，可以用如下查詢完成：

SELECT Sname
FROM   Student, ( SELECT Sno 
                  FROM   SC 
                  WHERE  Cno = '1') 
                  AS SC1
WHERE  Student.Sno = SC1.Sno;

SELECT Sno, Sname FROM  Student;  /*打印出Student表的所有學生的學號和姓名來參考*/

SELECT Sno 
FROM   SC 
WHERE  Cno = '1';    /*打印出子查詢產生的派生表SC1來參考*/

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那 本文到這裏也就結束啦，感謝閱讀~😊，數據查詢部分 END，接下來該到數據更新部分啦，感謝大家一路以來的陪伴與支持💕
這裏是一個想把學習過程記錄成博客分享給大家的undergraduate，請多關照🙏
咱們下期 見~

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