互联网中包含着大量的半结构化的XML数据,正是因为这种半结构化特性,使得用传统的数据库查询优化技术来检索数据十分困难。如果通过代数系统对XML查询表达式进行转化,然后应用代数转化规则对表达式进行优化处理,则能够较为有效的提高XML数据的查询效率,该研究方法已成为当今XML数据查询优化领域的一个研究热点。目前XML代数的研究重点在于规范XML查询语义,并未考虑查询优化因素,而且这些代数具有明显的程序化思想,很难进一步优化,只能利用遍历方法求解查询,造成查询效率的低下,不适用于大规模XML数据的查询需求。论文通过对当前XML数据查询优化技术进行总结与分析,借鉴已有XML查询优化技术,采用面向集合的PAT代数系统,提出了一种基于PAT代数的查询优化方法。论文首先通过对现有XML查询优化技术和XML数据的查询优化体系进行研究与分析,提出了一种基于结构索引的查询优化方法。该方法能够缩短查询路径,从而提高查询效率;然后,通过对PAT代数系统的查询等价式进行分析,并根据这些等价式转化方法对PAT代数进行扩展,结合启发式的思想提出了基于PAT代数的确定性转化规则体系以及基于结构索引的规则转化方法。最后,论文通过使用扩展后的PAT代数表达式转化规则对XML查询表达式进行代数转化,并结合文中提出的语义优化策略,能够较为合理地清除冗余操作,化简查询表达式,从而减少了代数操作次数;运用文中提出的索引引入策略,把结构索引引入到查询表达式代数转化过程中,有效缩短了查询路径。经实例验证与性能分析,论文提出的查询优化方法能够较为有效地提高了XML数据查询的查询效率。