لغة SQL والجبر العلائقي

الجبر العلائقي هو لغة إجرائية للمؤثرات على العلاقات تمنح النموذج العلائقي دلالاته الرسمية، بينما SQL هي اللغة التصريحية القياسية التي تقوم أنظمة قواعد البيانات بتحويلها إلى خطط تنفيذ شبيهة بالجبر.

Definition

الجبر العلائقي هو مجموعة من المؤثرات التي تأخذ العلاقات كمدخل وتنتج علاقات كمخرج؛ SQL (لغة الاستعلام الهيكلية) هي اللغة التصريحية القياسية من ISO لتعريف قواعد البيانات العلائقية والاستعلام عنها وتحديثها، والتي تتوافق دلالات استعلاماتها بشكل وثيق مع الجبر العلائقي الموسع بالتجميع والتجميع الكلي ودلالات الحقائب (bag semantics).

Scope

يغطي هذا الموضوع مؤثرات الجبر العلائقي — التحديد، الإسقاط، الجداء الديكارتي، الربط، الاتحاد، الفرق، وإعادة التسمية — واستخدامها كأساس رسمي للاستعلامات وتحسين الاستعلامات. ويغطي جوهر SQL: استعلامات SELECT-FROM-WHERE، عمليات الربط، التجميع والتجميع الكلي، الاستعلامات الفرعية، عمليات المجموعات، وبيانات تعريف البيانات ومعالجة البيانات، بالإضافة إلى دلالات المجموعات المتعددة (multiset) في SQL والمنطق ثلاثي القيم للقيم الفارغة (nulls). ويستثني كيفية تنفيذ الاستعلامات وتحسينها فعليًا (يتم تغطيتها في معالجة الاستعلامات وتحسينها).

Core questions

• ما هي المؤثرات البدائية والمشتقة للجبر العلائقي؟
• كيف يتم ربط استعلام SQL من نوع SELECT-FROM-WHERE بعمليات الجبر العلائقي؟
• كيف يوسع التجميع والتجميع الكلي الجبر الأساسي؟
• كيف تؤثر القيم الفارغة (nulls) والمنطق ثلاثي القيم على نتائج الاستعلام؟
• لماذا تستخدم SQL دلالات المجموعات المتعددة (multiset) بدلاً من دلالات المجموعات؟

Key concepts

• التحديد، الإسقاط، الربط
• الاتحاد، الفرق، الجداء الديكارتي
• SELECT-FROM-WHERE
• التجميع والتجميع الكلي
• الاستعلامات الفرعية والارتباط
• عمليات المجموعات والمجموعات المتعددة
• المنطق ثلاثي القيم والقيم الفارغة
• لغة تعريف البيانات ومعالجة البيانات

Key theories

مؤثرات الجبر العلائقي

يشكل التحديد، الإسقاط، الاتحاد، فرق المجموعات، الجداء الديكارتي، وإعادة التسمية مجموعة كاملة تُشتق منها عمليات الربط، التقاطع، والقسمة؛ وتبرر المتطابقات الجبرية بينها تحسينات إعادة كتابة الاستعلامات.

الاستعلام التصريحي والاكتمال العلائقي

تتيح SQL للمستخدمين تحديد البيانات التي يريدونها بدلاً من كيفية جلبها؛ ولأنها تستطيع التعبير عن كل استعلام جبر علائقي (وأكثر)، فهي كاملة علائقياً، والنظام حر في اختيار استراتيجية تنفيذ فعالة.

المنطق ثلاثي القيم للقيم الفارغة

تقوم SQL بتقييم الشروط بناءً على صحيح، خطأ، وغير معروف للتعامل مع القيم الفارغة؛ وهذا يؤثر على المقارنات، تصفية WHERE، والتجميع الكلي، وهو مصدر شائع لأخطاء الاستعلامات الدقيقة.

Clinical relevance

تُعد SQL واحدة من أكثر اللغات استخدامًا في الحوسبة: إنها الواجهة لكل قاعدة بيانات علائقية تقريبًا تدعم تطبيقات الأعمال، والتحليلات، وخدمات الويب، والجبر العلائقي هو الأداة النظرية التي يستخدمها مُحسِّنو الاستعلامات لإعادة كتابة وتخطيط استعلامات SQL تلك بكفاءة.

History

قدمت ورقة كود (Codd) عام 1970 الجبر العلائقي وحساب التفاضل والتكامل. في مشروع System R التابع لشركة IBM، صمم تشامبرلين وبويس (Chamberlin and Boyce) لغة SEQUEL (1974)، والتي أعيد تسميتها لاحقًا إلى SQL، كلغة تصريحية أكثر سهولة. تم توحيد SQL بواسطة ANSI و ISO بدءًا من عام 1986 وتم توسيعها من خلال معايير متتالية مع بقائها متجذرة في الجبر العلائقي.

Key figures

• Edgar F. Codd
• Donald D. Chamberlin
• Raymond F. Boyce

Seminal works

• codd1970
• chamberlin1974
• garciamolina2008

Frequently asked questions

هل SQL هي نفسها الجبر العلائقي تمامًا؟

لا. تعتمد SQL على الجبر العلائقي وحساب التفاضل والتكامل ولكنها تختلف في جوانب رئيسية: فهي تستخدم دلالات المجموعات المتعددة (multiset) بحيث يمكن أن تظهر التكرارات، وتضيف التجميع والتجميع الكلي، وتدعم القيم الفارغة بمنطق ثلاثي القيم، وتتضمن ميزات إجرائية وتعريف بيانات يفتقر إليها الجبر النقي.

لماذا نتعلم الجبر العلائقي إذا كانت SQL هي المستخدمة عمليًا؟

الجبر العلائقي هو النموذج الرسمي وراء تحسين الاستعلامات: تقوم أنظمة قواعد البيانات بترجمة SQL إلى تعبيرات شبيهة بالجبر وتطبيق قواعد التكافؤ لإيجاد خطط فعالة. يساعد فهم الجبر في تفسير سبب صحة بعض عمليات إعادة كتابة الاستعلامات ويساعد في التفكير حول تكافؤ الاستعلامات وتكلفتها.