詳解SQL語(yǔ)句的集合運(yùn)算
以前總是追求新東西，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)才是最重要的，今年主要的目標(biāo)是精通SQL查詢(xún)和SQL性能優(yōu)化。
概述
本篇主要是對(duì)集合運(yùn)算中并集、交集、差集運(yùn)算基礎(chǔ)的總結(jié)。
集合運(yùn)算包含四種：
1.并集運(yùn)算(兩種)
2.交集運(yùn)算
3.差集運(yùn)算
下面是集合運(yùn)算的思維導(dǎo)圖：
為什么使用集合運(yùn)算
1.在集合運(yùn)算中比聯(lián)接查詢(xún)和EXISTS/NOT EXISTS更方便。
在閱讀下面的章節(jié)時(shí)，我們可以先把環(huán)境準(zhǔn)備好，以下的SQL腳本可以幫助大家創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)，創(chuàng)建表，插入數(shù)據(jù)。
一、集合運(yùn)算
1.集合運(yùn)算
(1)對(duì)輸入的兩個(gè)集合或多集進(jìn)行的運(yùn)算。
(2)多集：由兩個(gè)輸入的查詢(xún)生成的可能包含重復(fù)記錄的中間結(jié)果集。
(3)T-SQL支持三種集合運(yùn)算：并集(UNION)、交集(INTERSECT)、差集(EXCEPT)
2.語(yǔ)法
集合運(yùn)算的基本格式：
輸入的查詢(xún)1
集合運(yùn)算符>
輸入的查詢(xún)2
[ORDER BY]
3.要求
(1)輸入的查詢(xún)不能包含ORDER BY字句;
(2)可以為整個(gè)集合運(yùn)算結(jié)果選擇性地增加一個(gè)ORDER BY字句;
(3)每個(gè)單獨(dú)的查詢(xún)可以包含所有邏輯查詢(xún)處理階段(處理控制排列順序的ORDER BY字句);
(4)兩個(gè)查詢(xún) 必須包含相同的列數(shù);
(5)相應(yīng)列必須具有兼容的數(shù)據(jù)類(lèi)型。兼容個(gè)的數(shù)據(jù)類(lèi)型：優(yōu)先級(jí)較低的數(shù)據(jù)類(lèi)型必須能隱式地轉(zhuǎn)換為較高級(jí)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。比如輸入的查詢(xún)1的***列為int類(lèi)型，輸入的查詢(xún)2的***列為float類(lèi)型，則較低的數(shù)據(jù)類(lèi)型int類(lèi)型可以隱式地轉(zhuǎn)換為較高級(jí)float類(lèi)型。如果輸入的查詢(xún)1的***列為char類(lèi)型，輸入的查詢(xún)2的***列為datetime類(lèi)型，則會(huì)提示轉(zhuǎn)換失敗：從字符串轉(zhuǎn)換日期和/或時(shí)間時(shí)，轉(zhuǎn)換失敗;
(6)集合運(yùn)算結(jié)果中列名由輸入的查詢(xún)1決定，如果要為結(jié)果分配結(jié)果列，應(yīng)該在輸入的查詢(xún)1中分配相應(yīng)的別名;
(7)集合運(yùn)算時(shí)，對(duì)行進(jìn)行進(jìn)行比較時(shí)，集合運(yùn)算認(rèn)為兩個(gè)NULL相等;
(8)UNION支持DISTINCT和ALL。不能顯示指定DISTINCT字句，如果不指定ALL，則默認(rèn)使用DISTINCT;
(9)INTERSET和EXCEPT默認(rèn)使用DISTINCT，不支持ALL。
二、UNION(并集)集合運(yùn)算
1.并集的文氏圖
并集：兩個(gè)集合的并集是一個(gè)包含集合A和B中所有元素的集合。
圖中陰影區(qū)域代表集合A與集合B的并集
2.UNION ALL集合運(yùn)算
(1)假設(shè)Query1返回m行，Query2返回n行，則Query1 UNION ALL Query2返回(m+n)行;
(2)UNION ALL 不會(huì)刪除重復(fù)行，所以它的結(jié)果就是多集，而不是真正的集合;
(3)相同的行在結(jié)果中可能出現(xiàn)多次。
3.UNION DISTINCT集合運(yùn)算
(1)假設(shè)Query1返回m行，Query2返回n行，Query1和Query2有相同的h行，則Query1 UNION Query2返回(m+n-h)行;
(2)UNION 會(huì)刪除重復(fù)行，所以它的結(jié)果就是集合;
(3)相同的行在結(jié)果中只出現(xiàn)一次。
(4)不能顯示指定DISTINCT字句，如果不指定ALL，則默認(rèn)使用DISTINCT。
(5)當(dāng)Query1與Query2比較某行記錄是否相等時(shí)，會(huì)認(rèn)為取值為NULL的列是相等的列。
三、INTERSECT(交集)集合運(yùn)算
1.交集的文氏圖
交集：兩個(gè)集合(記為集合A和集合B)的交集是由既屬于A，也屬于B的所有元素組成的集合。
圖中陰影區(qū)域代表集合A與集合B的交集
2.INTERSECT DISTINCT集合運(yùn)算
(1)假設(shè)Query1返回 m 行，Query2返回 n 行，Query1和Query2有相同的 h 行，則Query1 INTERSECT Query2返回 h 行;
(2)INTERSECT集合運(yùn)算在邏輯上首先刪除兩個(gè)輸入多集中的重復(fù)行(把多集變?yōu)榧?，然后返回只在兩個(gè)集合中都出現(xiàn)的行;
(3)INTERSECT 會(huì)刪除重復(fù)行，所以它的結(jié)果就是集合;
(4)相同的行在結(jié)果中只出現(xiàn)一次。
(5)不能顯示指定DISTINCT字句，如果不指定ALL，則默認(rèn)使用DISTINCT。
(6)當(dāng)Query1與Query2比較某行記錄是否相等時(shí)，會(huì)認(rèn)為取值為NULL的列是相等的列。
(7)用內(nèi)聯(lián)接或EXISTS謂詞可以代替INTERSECT集合運(yùn)算，但是必須對(duì)NULL進(jìn)行處理，否則這兩種方法對(duì)NULL值進(jìn)行比較時(shí)，比較結(jié)果都是UNKNOWN，這樣的行會(huì)被過(guò)濾掉。
3.INTERSECT ALL集合運(yùn)算
(1)ANSI SQL支持帶有ALL選項(xiàng)的INTERSECT集合運(yùn)算，但SQL Server2008現(xiàn)在還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算。后面會(huì)提供一種用于T-SQL實(shí)現(xiàn)的替代方案;
(2)假設(shè)Query1返回 m 行，Query2返回 n 行，如果行R在Query1中出現(xiàn)了x次，在Query2中出現(xiàn)了y次，則行R應(yīng)該在INTERSECT ALL運(yùn)算之后出現(xiàn)minimum(x，y)次。
下面提供用于T-SQL實(shí)現(xiàn)的INTERSECT ALL集合運(yùn)算：公用表表達(dá)式 + 排名函數(shù)
結(jié)果如下：
其中UK NULL London有四個(gè)重復(fù)行，
在排序函數(shù)的OVER字句中使用 ORDER BY ( SELECT 常量> )可以告訴SQL Server不必在意行的順序。
四、EXCEPT(差集)集合運(yùn)算
1.差集的文氏圖
差集：兩個(gè)集合(記為集合A和集合B)的由屬于集合A，但不屬于集合B的所有元素組成的集合。
圖中陰影區(qū)域代表集合A與集合B的差集
2.EXCEPT DISTINCT集合運(yùn)算
(1)假設(shè)Query1返回 m 行，Query2返回 n 行，Query1和Query2有相同的 h 行，則Query1 INTERSECT Query2返回 m – h 行,而Query2 INTERSECT Query1 返回 n – h 行
(2)EXCEPT集合運(yùn)算在邏輯上先刪除兩個(gè)輸入多集中的重復(fù)行(把多集轉(zhuǎn)變成集合)，然后返回只在***個(gè)集合中出現(xiàn)，在第二個(gè)集合眾不出現(xiàn)所有行。
(3)EXCEPT 會(huì)刪除重復(fù)行，所以它的結(jié)果就是集合;
(4)EXCEPT是不對(duì)稱(chēng)的，差集的結(jié)果取決于兩個(gè)查詢(xún)的前后關(guān)系。
(5)相同的行在結(jié)果中只出現(xiàn)一次。
(6)不能顯示指定DISTINCT字句，如果不指定ALL，則默認(rèn)使用DISTINCT。
(7)當(dāng)Query1與Query2比較某行記錄是否相等時(shí)，會(huì)認(rèn)為取值為NULL的列是相等的列。
(8)用左外聯(lián)接或NOT EXISTS謂詞可以代替INTERSECT集合運(yùn)算，但是必須對(duì)NULL進(jìn)行處理，否則這兩種方法對(duì)NULL值進(jìn)行比較時(shí)，比較結(jié)果都是UNKNOWN，這樣的行會(huì)被過(guò)濾掉。
3.EXCEPT ALL集合運(yùn)算
(1)ANSI SQL支持帶有ALL選項(xiàng)的EXCEPT集合運(yùn)算，但SQL Server2008現(xiàn)在還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算。后面會(huì)提供一種用于T-SQL實(shí)現(xiàn)的替代方案;
(2)假設(shè)Query1返回 m 行，Query2返回 n 行，如果行R在Query1中出現(xiàn)了x次，在Query2中出現(xiàn)了y次,且x>y，則行R應(yīng)該在EXCEPT ALL運(yùn)算之后出現(xiàn) x – y 次。
下面提供用于T-SQL實(shí)現(xiàn)的EXCEPT ALL集合運(yùn)算：公用表表達(dá)式 + 排名函數(shù)
- WITH INTERSECT_ALL
- AS (
- SELECT ROW_NUMBER() OVER ( PARTITION BY country, region, city ORDER BY ( SELECT
- 0
- ) ) AS rownum ,
- country ,
- region ,
- city
- FROM HR.Employees
- EXCEPT
- SELECT ROW_NUMBER() OVER ( PARTITION BY country, region, city ORDER BY ( SELECT
- 0
- ) ) AS rownum ,
- country ,
- region ,
- city
- FROM Sales.Customers
- )
- SELECT country ,
- region ,
- city
- FROM INTERSECT_ALL
結(jié)果如下：
五、集合運(yùn)算的優(yōu)先級(jí)
1.INTERSECT>UNION=EXCEPT
2.首先計(jì)算INTERSECT,然后從左到右的出現(xiàn)順序依次處理優(yōu)先級(jí)的相同的運(yùn)算。
3.可以使用圓括號(hào)控制集合運(yùn)算的優(yōu)先級(jí)，它具有***的優(yōu)先級(jí)。
六、特殊處理
1.只有ORDER BY能夠直接應(yīng)用于集合運(yùn)算的結(jié)果;
2.其他階段如表運(yùn)算符、WHERE、GROUP BY、HAVING等，不支持直接應(yīng)用于集合運(yùn)算的結(jié)果，這個(gè)時(shí)候可以使用表表達(dá)式來(lái)避開(kāi)這一限制。如根據(jù)包含集合運(yùn)算的查詢(xún)定義個(gè)表表達(dá)式，然后在外部查詢(xún)中對(duì)表表達(dá)式應(yīng)用任何需要的邏輯查詢(xún)處理;
3.ORDER BY字句不能直接應(yīng)用于集合運(yùn)算中的單個(gè)查詢(xún)，這個(gè)時(shí)候可以TOP+ORDER BY字句+表表達(dá)式來(lái)避開(kāi)這一限制。如定義一個(gè)基于該TOP查詢(xún)的表表達(dá)式，然后通過(guò)一個(gè)使用這個(gè)表表達(dá)式的外部查詢(xún)參與集合運(yùn)算。
七、練習(xí)題
1.寫(xiě)一個(gè)查詢(xún)，返回在2008年1月有訂單活動(dòng)，而在2008年2月沒(méi)有訂單活動(dòng)的客戶和雇員。
期望結(jié)果：
方案一：EXCEPT
(1)先用查詢(xún)1查詢(xún)出2008年1月份有訂單活動(dòng)的客戶和雇員
(2)用查詢(xún)2查詢(xún)2008年2月份客戶的訂單活動(dòng)的客戶和雇員
(3)用差集運(yùn)算符查詢(xún)2008年1月有訂單活動(dòng)而2008年2月沒(méi)有訂單活動(dòng)的客戶和雇員
- SELECT custid ,
- empid
- FROM Sales.Orders
- WHERE orderdate >= '20080101'
- AND orderdate = '20080201'
- AND orderdate
方案二：NOT EXISTS
必須保證custid，empid不能為null，才能用NOT EXISTS進(jìn)行查詢(xún)，如果custid或empid其中有null值存在，則不能用NOT EXISTS進(jìn)行查詢(xún)，因?yàn)楸容^NULL值的結(jié)果是UNKNOWN，這樣的行用NOT EXISTS查詢(xún)返回的子查詢(xún)的行會(huì)被過(guò)濾掉，所以***的外查詢(xún)會(huì)多出NULL值的行，***查詢(xún)結(jié)果中會(huì)多出NULL值的行。
- SELECT custid ,
- empid
- FROM Sales.Orders AS O1
- WHERE orderdate >= '20080101'
- AND orderdate = '20080201'
- AND orderdate
如果我往Sales.Orders表中插入兩行數(shù)據(jù)：
插入cutid=NULL,empid=1,orderdate=‘20080101’
- INSERT INTO [TSQLFundamentals2008].[Sales].[Orders]
- ( [custid] ,
- [empid] ,
- [orderdate] ,
- [requireddate] ,
- [shippeddate] ,
- [shipperid] ,
- [freight] ,
- [shipname] ,
- [shipaddress] ,
- [shipcity] ,
- [shipregion] ,
- [shippostalcode] ,
- [shipcountry]
- )
- VALUES ( NULL ,
- 1 ,
- '20080101' ,
- '20080101' ,
- '20080101' ,
- 1 ,
- 1 ,
- 'A' ,
- '20080101' ,
- 'A' ,
- 'A' ,
- 'A' ,
- 'A'
- )
- GO
插入cutid=NULL,empid=1,orderdate=‘20080201’
- INSERT INTO [TSQLFundamentals2008].[Sales].[Orders]
- ( [custid] ,
- [empid] ,
- [orderdate] ,
- [requireddate] ,
- [shippeddate] ,
- [shipperid] ,
- [freight] ,
- [shipname] ,
- [shipaddress] ,
- [shipcity] ,
- [shipregion] ,
- [shippostalcode] ,
- [shipcountry]
- )
- VALUES ( NULL ,
- 1 ,
- '20080201' ,
- '20080101' ,
- '20080101' ,
- 1 ,
- 1 ,
- 'A' ,
- '20080101' ,
- 'A' ,
- 'A' ,
- 'A' ,
- 'A'
- )
- GO
用方案一查詢(xún)出來(lái)結(jié)果為50行，會(huì)把cutid=NULL,empid=1的行過(guò)濾掉
用方案二查詢(xún)出來(lái)結(jié)果為51行，不會(huì)把cutid=NULL,empid=1的行過(guò)濾掉
用下面的方案可以解決上面的問(wèn)題，需要處理cutid=NULL,或者empid=null的情況。返回50行
- SELECT custid ,
- empid
- FROM Sales.Orders AS O1
- WHERE orderdate >= '20080101'
- AND orderdate = '20080201'
- AND orderdate
2.寫(xiě)一個(gè)查詢(xún)，返回在2008年1月和在2008年2月都有訂單活動(dòng)的客戶和雇員。
期望結(jié)果：
方案一：INTERSECT
(1)先用查詢(xún)1查詢(xún)出2008年1月份有訂單活動(dòng)的客戶和雇員
(2)用查詢(xún)2查詢(xún)2008年2月份客戶的訂單活動(dòng)的客戶和雇員
(3)用交集運(yùn)算符查詢(xún)2008年1月和2008年2月都有訂單活動(dòng)的客戶和雇員
- SELECT custid ,
- empid
- FROM Sales.Orders
- WHERE orderdate >= '20080101'
- AND orderdate = '20080201'
- AND orderdate
方案二：EXISTS
必須保證custid，empid不能為null，才能用EXISTS進(jìn)行查詢(xún)，如果custid或empid其中有null值存在，則不能用EXISTS進(jìn)行查詢(xún)，因?yàn)楸容^NULL值的結(jié)果是UNKNOWN，這樣的行用EXISTS查詢(xún)返回的子查詢(xún)的行會(huì)被過(guò)濾掉，所以***的外查詢(xún)會(huì)少NULL值的行，***查詢(xún)結(jié)果中會(huì)少NULL值的行。
- SELECT custid ,
- empid
- FROM Sales.Orders AS O1
- WHERE orderdate >= '20080101'
- AND orderdate = '20080201'
- AND orderdate
如果我往Sales.Orders表中插入兩行數(shù)據(jù)：
插入cutid=NULL,empid=1,orderdate=’20080101′
插入cutid=NULL,empid=1,orderdate=’20080201′
用方案一查詢(xún)出來(lái)結(jié)果為6行，不會(huì)把cutid=NULL,empid=1的行過(guò)濾掉
用方案二查詢(xún)出來(lái)結(jié)果為5行，會(huì)把cutid=NULL,empid=1的行過(guò)濾掉
用下面的方案可以解決上面的問(wèn)題，需要處理cutid=NULL,或者empid=null的情況。返回6行。
- SELECT custid ,
- empid
- FROM Sales.Orders AS O1
- WHERE orderdate >= '20080101'
- AND orderdate = '20080201'
- AND orderdate
3.寫(xiě)一個(gè)查詢(xún)，返回在2008年1月和在2008年2月都有訂單活動(dòng)，而在2007年沒(méi)有訂單活動(dòng)的客戶和雇員
期望結(jié)果：
方案一：INTERSECT + EXCEPT
- SELECT custid ,
- empid
- FROM Sales.Orders
- WHERE orderdate >= '20080101'
- AND orderdate = '20080201'
- AND orderdate = '20070101'
- AND orderdate
方案二：EXISTS + NOT EXISTS
- SELECT custid ,
- empid
- FROM Sales.Orders AS O1
- WHERE orderdate >= '20080101'
- AND orderdate = '20080201'
- AND orderdate = '20070101'
- AND orderdate
