Equivalenza di Espressioni Algebriche
'
Basi di dati e sistemi informativi
1
$
Equivalenza di Espressioni Algebriche
Angelo Montanari
Dipartimento di Matematica e Informatica
Università di Udine
&
%
Equivalenza di Espressioni Algebriche
'
Basi di dati e sistemi informativi
2
$
Introduzione
L’equivalenza di espressioni dell’algebra relazionale viene sfruttata
nella fase di ottimizzazione algebrica delle interrogazioni:
• le interrogazioni formulate nel linguaggio SQL vengono
tradotte in espressioni (equivalenti) dell’algebra relazionale
• il costo dell’esecuzione di un’interrogazione viene valutato in
termini delle dimensioni dei risultati intermedi (della
valutazione dell’espressione dell’algebra relazionale);
in presenza di varie espressioni alternative equivalenti, viene
scelta quella con costo minore
Vengono utilizzate delle trasformazioni di equivalenza:
operazioni che sostituiscono un’espressione con un’altra a essa
equivalente
&
%
Equivalenza di Espressioni Algebriche
'
Basi di dati e sistemi informativi
3
$
Equivalenze assolute e dipendenti dallo schema
Diversi tipi di equivalenza:
(1) Equivalenza dipendente dallo schema.
E1 ≡R E2 se E1 (r) = E2 (r) per ogni r ∈ R
(2) Equivalenza assoluta (non dipendente dallo schema).
E1 ≡ E2 se E1 ≡R E2 per ogni schema R
Un esempio di equivalenza assoluta:
ΠAB (σA>0 (R1 )) ≡ σA>0 (ΠAB (R1 ))
Un esempio di equivalenza dipendente dallo schema:
ΠAB (R1 ) ./ ΠAC (R2 ) ≡R ΠABC (R1 ./R2 )
che vale se e solo se in R l’intersezione tra gli insiemi di attributi di
R1 e di R2 è pari ad A.
&
%
Equivalenza di Espressioni Algebriche
'
Basi di dati e sistemi informativi
4
$
Un primo insieme di trasformazioni - 1
Atomizzazione delle selezioni: una congiunzione di selezioni
può essere sostituita da una sequenza di selezioni atomiche
σF1 ∧F2 (E) ≡ σF2 (σF1 (E))
con E espressione qualsiasi.
Idempotenza delle proiezioni: una proiezione può essere
trasformata in una sequenza di proiezioni che eliminano i vari
attributi in varie fasi
πX (E) ≡ πX (πXY (E))
con E espressione definita su un insieme di attributi che contiene X
e Y.
&
%
Equivalenza di Espressioni Algebriche
'
Basi di dati e sistemi informativi
5
$
Un primo insieme di trasformazioni - 2
Anticipazione della selezione rispetto al join (pushing selections
down):
σF (E1 ./ E2 ) ≡ E1 ./ σF (E2 )
se la condizione F coinvolge solo attributi della sottoespressione E2 .
Anticipazione della proiezione rispetto al join (pushing
projections down):
πX1 Y2 (E1 ./ E2 ) ≡ E1 ./ πY2 (E2 )
con E1 definita su X1 , E2 definita su X2 , Y2 ⊆ X2 e
(X1 ∩ X2 ) ⊆ Y2 (gli attributi di X2 \ Y2 non sono coinvolti nel join).
&
%
Equivalenza di Espressioni Algebriche
'
Basi di dati e sistemi informativi
6
$
Una trasformazione derivata
Combinando la regola di anticipazione della proiezione rispetto al
join con la regola di idempotenza delle proiezioni, si ottiene la
seguente regola derivata (che elimina da subito gli attributi che
non sono coinvolti nel join e non compaiono nel risultato finale):
πY (E1 ./F E2 ) ≡ πY (πY1 (E1 ) ./F πY2 (E2 ))
dove, assumendo che E1 sia definita su X1 , E2 sia definita su X2 e
J1 (rispettivamente J2 ) sia il sottoinsieme di X1 (rispettivamente
X2 ) coinvolto nell’operazione di join, si ha che:
Y1 = (X1 ∩ Y ) ∪ J1
Y2 = (X2 ∩ Y ) ∪ J2
&
%
Equivalenza di Espressioni Algebriche
'
Basi di dati e sistemi informativi
7
$
Un esempio - 1
Interrogazione: trovare i nomi dei dipartimenti il cui manager
guadagna più di 80000 euro.
Soluzione non ottimizzata:
πDN OM E (σCF =M AN AGER∧ST IP EN DIO>80000
(IM P IEGAT O ./ DIP ART IM EN T O))
che si può riscrivere come:
πDN OM E (σCF =M AN AGER (σST IP EN DIO>80000
(IM P IEGAT O ./ DIP ART IM EN T O)))
&
%
Equivalenza di Espressioni Algebriche
'
Basi di dati e sistemi informativi
8
$
Un esempio - 2
La precedente espressione può a sua volta essere riscritta nel modo
seguente:
πDN OM E (σST IP EN DIO>80000 (IM P IEGAT O)
./CF =M AN AGER DIP ART IM EN T O)
che può a sua volta essere riscritta come:
πDN OM E (πCF (σST IP EN DIO>80000 (IM P IEGAT O))
./CF =M AN AGER DIP ART IM EN T O)
P.S. La regola derivata descritta in precedenza potrebbe essere
utilizzata per ridurre da subito le dimensioni delle due relazioni..
&
%
Equivalenza di Espressioni Algebriche
'
Basi di dati e sistemi informativi
9
$
Un secondo insieme di trasformazioni - 1
Distributività della selezione rispetto all’unione:
σF (E1 ∪ E2 ) ≡ σF (E1 ) ∪ σF (E2 )
Distributività della selezione rispetto alla differenza:
σF (E1 \ E2 ) ≡ σF (E1 ) \ σF (E2 )
Distributività della proiezione rispetto all’unione:
πX (E1 ∪ E2 ) ≡ πX (E1 ) ∪ πX (E2 )
Non vale la distributività della proiezione rispetto alla differenza.
Ad esempio, date R1 (A, B) e R2 (A, B)
πA (R1 \ R2 ) 6≡ πA (R1 ) \ πA (R2 )
non vale se R1 e R2 contengono tuple uguali su A e diverse su B
&
%
Equivalenza di Espressioni Algebriche
'
Basi di dati e sistemi informativi
10
$
Un secondo insieme di trasformazioni - 2
Trasformazioni basate sulla corrispondenza tra operatori
insiemistici e selezioni complesse:
σF1 ∨F2 (R) ≡ σF1 (R) ∪ σF2 (R)
σF1 ∧F2 (R) ≡ σF1 (R) ∩ σF2 (R) ≡ σF1 (R) ./ σF2 (R)
σF1 ∧¬(F2 ) (R) ≡ σF1 (R) \ σF2 (R)
Proprietà distributiva del join rispetto all’unione:
E1 ./ (E2 ∪ E3 ) ≡ (E1 ./ E2 ) ∪ (E1 ./ E3 )
N.B. Risultati intermedi vuoti (relazioni prive di tuple) permettono
di semplificare le espressioni (join/prodotto cartesiano con la
relazione vuota come uno degli operandi producono quale risultato
la relazione vuota).
&
%
