二元约束数据库系统模型及其查询优化的研究与实现

论文摘要

近年来伴随着对约束数据库理论和应用技术的大量研究,数据库上的约束问题逐渐成为新的关注点和热点。随着关系数据库使用的不断深入,在关系数据模型中除几种基本的完整性约束以及近期研究比较多的区间约束外,人们还发现有一种非常广泛的出现在各种实际问题中、既可以加在原始数据库上又可以加在查询结果上的“二元关系约束”。二元关系约束是指在两个属性的值域间给定了一个(些)二元关系,每个元组在这两个属性上都只能取这个(些)二元关系中的值。它在众多的领域都有着广阔的应用前景。这种二元关系约束在实际应用中是普遍存在的,但在传统的经典关系数据库理论中,各种“依赖”却都未涉及到这种约束。因此为了对存在着大量二元关系约束的数据库进行更高效,更优化的查询、插入、修改等操作,就必须对二元关系约束的相关问题进行认真地研究探讨,并且有必要进一步研究二元约束数据库系统模型的实现及其它相关问题。因此,本文提出在传统关系数据库系统模型中,引入二元关系约束的思想及其相关理论概念;扩展现存在的传统关系数据库模式,包括在新的扩展数据库模式中定义二元关系约束;初步建立含有二元关系约束的扩展关系数据库系统模型;并在此模型的基础上讨论其存储结构的实现过程,以及相应数据操作和关系代数操作的实现细节等内容。这样,一方面扩展了关系数据模型的建模能力,另一方面,利用二元约束的规范表示,可以用关系数据库成熟的实现理论及技术实现二元约束数据库系统。二元约束数据库的核心特征是将二元约束作为永久性数据存储。在本文后半部分,对比其他约束数据库语言的实现细节,本文将扩展普通数据库的语言功能,使其适用于二元约束数据库。并据此,介绍该扩展数据库语言的查询执行过程。众所周知,查询优化是数据库系统设计和实现所采用的一项重要技术,也是影响数据库系统性能的一个重要因素。二元约束关系模型在很大程度上解决了任意数据域上的不等式合取查询的极小化问题。因此,本文中介绍不等式合取查询极小化理论,在新的扩展数据库系统模型中介绍如何更好的实现查询优化。最后,本文阐述了扩展实现的新数据库模型的系统结构,并据此给出了实验数据和图示说明,进一步展示了新数据库系统模型在查询优化方面的优越性。当然,文章中还有很多问题有待于进一步的探讨和研究,在本文的末尾给出了未来相关工作的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 约束数据库理论研究现状
• 1.3 主要工作及创新点
• 第二章 二元约束数据库系统的数据模型
• 2.1 二元约束思想的引出及其应用
• 2.1.1 二元约束的特征
• 2.1.2 二元约束的应用
• 2.2 二元约束数据库的语义及其模型的数学基础
• 2.2.1 二元约束关系模型的形式化定义
• 2.2.2 二元约束关系集合的代数运算
• 2.2.3 约束矩阵及其运算
• 2.2.4 二元约束关系模型的建立
• 2.2.5 约束模型查询极小化理论
• 2.3 小结
• 第三章 二元约束数据库系统的存储表示
• 3.1 二元约束数据表的创建过程
• 3.1.1 数据库完整性的概念及实现思路
• 3.1.2 二元约束数据库定义的实现
• 3.2 二元约束数据的存储和规范表示
• 3.3 小结
• 第四章 二元约束数据库关系操作及查询过程实现
• 4.1 二元约束数据库语言的功能
• 4.2 二元约束数据库DML操作过程的实现
• 4.2.1 数据字典相关概念
• 4.2.2 数据字典设计
• 4.2.3 DML操作的实现
• 4.3 二元约束数据库关系代数操作的实现
• 4.4 二元约束数据库查询语言的实现
• 4.4.1 介绍几种约束数据库的查询语言
• 4.4.2 适合二元约束数据库的查询语言
• 4.5 查询语言和关系操作的封闭性
• 4.6 小结
• 第五章 二元约束数据库的查询优化处理
• 5.1 查询执行
• 5.2 查询优化
• 5.2.1 数据库查询优化理论
• 5.2.2 不等式合取查询的极小化理论
• 5.2.3 二元约束关系模型在查询优化中的应用
• 5.3 小结
• 第六章 二元约束数据库系统结构和应用实例
• 6.1 二元约束数据库系统结构
• 6.2 应用例子及相关实验
• 6.3 小结
• 6.4 未来的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 攻读硕士学位期间参与科研项目情况
• 学位论文评阅及答辩情况表