数据库功能依赖与HQL递归查询扩展

### 数据库功能依赖与HQL递归查询扩展 #### 1. 功能依赖概述 功能依赖是一种约束条件，它在数据库管理中有着重要作用。一方面，它可以帮助检测数据集中的损坏数据，确保数据的准确性；另一方面，它也是数据库（文档）管理员创建一致数据结构的有力工具。在关系数据模型中，功能依赖比较容易理解，并且在数据库设计中能轻松运用。然而，对于其他数据模型，如XML和语义数据模型，已知的功能依赖概念则十分复杂。 为了解决这个问题，有人提出了基于扩展上下文无关语言的通用功能依赖概念，该概念不仅适用于关系数据模型，也能用于其他数据模型，如XML。不过，现有的模型虽然能很好地处理XML模式语言DTD，但对于W3C XML模式（XSD）的一些特性，如XSD混合类型、XSD元素替换、XSD限制等，还无法有效管理，未来需要对模型进行扩展以处理这些特性。 #### 2. 递归查询的背景与需求 在软件开发领域，长期以来存在着一个问题：软件开发采用面向对象编程，而数据存储却使用关系数据库。这种数据模型的不匹配引发了诸多问题，被广泛称为“阻抗不匹配”，涉及安全、可维护性、可移植性和数据类型不匹配等方面，严重阻碍了软件开发的发展。 为了解决这个问题，软件行业引入了对象 - 关系映射（ORM）技术。ORM显著减少了困扰应用程序程序员的问题，让程序员能够专注于应用程序代码，在一定程度上无需担心高级SQL方面的问题，将连接、嵌套查询、聚合和更新等复杂操作与程序员的工作分离。 目前，大多数面向对象编程语言都支持对象 - 关系映射。一些像LINQ这样的技术甚至被内置到宿主语言的基本特性集中，而其他的则是平滑集成的附加组件。其中，Java的Hibernate和JDO、.NET平台的ADO.NET、Python的Django - models和SQLObject等都是比较知名的ORM工具。此外，还有一些关于对象 - 关系映射框架标准的提议，如Oracle的Java持久化API（JPA），它在软件开发人员中迅速流行起来，如今许多应用服务器都实现了JPA。 尽管对象 - 关系系统给软件开发人员的工具包带来了重大改进，但它们仍然缺乏成熟关系数据库系统查询引擎所提供的许多功能，其中之一就是递归查询。在商业应用中，有许多实体最好以网络或层次结构的形式进行建模和存储，而这些数据项最好使用递归查询工具进行查询。递归查询在关系数据库管理系统（DBMS）中已经存在了25年，例如Oracle的CONNECT BY，并且最终被纳入了SQL - 1999标准（递归公共表表达式 - CTE），目前所有主要的数据库系统都实现了递归CTE。 #### 3. 数据结构示例 研究主要聚焦于处理图和层次数据结构的问题，现实生活中有很多与这类结构相关的问题，比如查找两个城市之间的通信链路、根据GPS系统提供的信息查找路线、处理锦标赛计分板、公司层级或物料清单等。下面通过两个自然的递归数据示例来进一步说明。 - **员工层级表（Emp）** | empId | bossId | sname | fname | salary | | --- | --- | --- | --- | --- | | 7521 | 7698 | Christie | Andrew | 210 | | 7566 | 7839 | Jones | Brandon | 360 | | 7654 | 7698 | Ford | Carl | 210 | | 7698 | 7839 | Blake | Ernest | 360 | | 7782 | 7839 | Bell | Gordon | 360 | | 7788 | 7839 | Willis | James | 360 | | 7839 | Smith | John | | 500 | | 7844 | 7698 | Turner | Johnathan | 210 | | 7902 | 7698 | Adams | Trevor | 210 | | 7900 | 7566 | Miller | Kyle | 150 | - **航班连接表（Conns）** | departure | arrival | flightId | price | travelTime | | --- | --- | --- | --- | --- | | Phoenix | Huston | PW 230 | 100 | 3h 10min | | Huston | Chicago | RW 121 | 90 | 2h 45min | | Huston | Dallas | RW 122 | 80 | 3h | | Dallas | Chicago | DW 80 | 110 | 2h 30min | | Chicago | Atlanta | CH 542 | 220 | 2h 45min | | Chicago | Berlin | CH 543 | 360 | 7h 15min | | Paris | Berlin | TW 118 | 300 | 1h 10min | | Dallas | Berlin | DW 90 | 350 | 5h 45 min | | Berlin | Boston | YW 421 | 100 | 6h | | Chicago | Boston | CH 544 | 250 | 2h 15min | #### 4. 递归查询方式 SQL - 1999引入了公共表表达式（CTE）来查询具有递归或图状结构的数据，不同的数据库管理系统也实现了这一构造。例如，要查询Smith的直接和间接下属，可以使用递归CTE，示例代