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使用DB2 UDB OLAP函数

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在线分析处理(online analytical processing,OLAP)函数非常灵活,也很强大。通过使用这些函数,您可以为一些问题找到简单的解决方案,而这些问题本来要么是要迭代一个或者多个游标,要么是要进行递归。在其他某些情况下,编写查询时,使用 OLAP 函数或辅助表比起不使用它

作者:IBM 来源:IBM 2007年9月11日

关键字: DB2 UDB OLAP 函数

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使用 OLAP 函数的一些实用技巧

在线分析处理(online analytical processing,OLAP)函数非常灵活,也很强大。通过使用这些函数,您可以为一些问题找到简单的解决方案,而这些问题本来要么是要迭代一个或者多个游标,要么是要进行递归。在其他某些情况下,编写查询时,使用 OLAP 函数或辅助表比起不使用它们来要容易得多。

本文没有对 OLAP 函数作什么描述,而是描述了实际生活中的一些情况,在这些情况中,往往是通过使用 OLAP 函数得出了简单的解决方案。

使用连续数或日期生成辅助表

辅助表不包含用户的数据。相反,这些表用于简化查询的编写。我们将使用两个辅助表:

  • 顺序表,即连续整数的列表,从 1 开始,以某个最大数结束。
  • 日历表,即介于开始日期和结束日期之间的连续日期的列表。

本章中,我们将学习如何使用 OLAP 函数填充辅助表。
注意:Joe Celko 撰写的“SQL for Smarties”一书对辅助表作了详细讨论。
让我们创建并填充一个顺序表。使用一个 OLAP 函数 ROW_NUMBER() 为结果集中的各行提供连续数(consecutive number),像这样:


SELECT ROW_NUMBER() OVER(), TABNAME FROM SYSCAT.TABLES WHERE TABSCHEMA='DB2ADMIN' 
        
1TABNAME
-------------------------------------------
1 CONSECUTIVE_NUMS
2 DATES
3 EXPLAIN_ARGUMENT
4 EXPLAIN_INSTANCE
5 EXPLAIN_OBJECT
6 EXPLAIN_OPERATOR
7 EXPLAIN_PREDICATE
8 EXPLAIN_STATEMENT
9 EXPLAIN_STREAM
10 SALES_DETAIL
11 SALES_DETAIL_CLS
11 record(s) selected.

注意,即使没有被选中的列,也会提供连续数。例如,让我们使用从 1 开始的连续数来填充一个表。方法如下:


CREATE TABLE NUMBER_SEQ(NUM INT NOT NULL);
        
INSERT INTO NUMBER_SEQ SELECT ROW_NUMBER() OVER() FROM
SYSCAT.COLUMNS;

从 1 开始的连续数将被插入到表 NUMBER_SEQ 中,在系统视图 SYSCAT.COLUMNS 中,每个数字对应一行(我选择了 SYSCAT.COLUMNS,是因为它出现在每个数据库中,并且总是有 1,000 多行。您可以使用任何表,只要这个表有足够多(但不要太多)的记录)。在 NUMBER_SEQ 中会有 SYSCAT.COLUMNS 表中那么多的行:


SELECT MIN(NUM) AS MIN_NUM, MAX(NUM) AS MAX_NUM, COUNT(*) AS NUM_REC FROM NUMBER_SEQ  
MIN_NUM     MAX_NUM     NUM_REC     
----------- ----------- -----------           
          1        3197        3197    
1 record(s) selected. 

使用连续日期来填充一个日历表很容易:

CREATE TABLE DATE_SEQ(SOME_DATE DATE NOT NULL);
        
INSERT INTO DATE_SEQ SELECT DATE('01/01/2003') + (ROW_NUMBER()
OVER() - 1) DAYS FROM SYSCAT.COLUMNS;

我们已经看到了如何使用 OLAP 函数 ROW_NUMBER() 来创建和填充辅助表。显然,有两种方法可以完成这一任务。例如,我们可以使用递归或者在一个循环中插入记录。在这种解决方案中,使用 ROW_NUMBER 的最大好处是简化了编程。

在接下来的三章中,我们将使用 NUMBER_SEQ 和 DATE_SEQ 这两个辅助表来简化某些本来比较复杂的查询。

使用顺序表打印发票

假设我们需要存储某杂货店一条收银线上的所有销售额。还需要能够打印任何一笔买卖的发票,像这样:


ITEM_NAME                      PRICE_PER_ITEM         
------------------------------ ------------------------
NESCAFE CLASSIC                  +6.49000000000000E+000 
ENGLISH BAGELS 6-PACK            +1.49000000000000E+000 
ENGLISH BAGELS 6-PACK            +1.49000000000000E+000 

由于某些原因,我们选择不在数据库中存储重复的记录。也就是说,我们希望只存储一条记录 ('ENGLISH BAGELS 6-PACK', 1.49, 2) ,而不是两条记录 ('ENGLISH BAGELS 6-PACK', 1.49)

不存储重复行通常可以带来更多方便。因此,我们应该使用下面这样的表:


CREATE TABLE SALE_ITEM(
SALE_ID INT NOT NULL,
ITEM_NAME VARCHAR(30) NOT NULL,
ITEM_QUANTITY SMALLINT NOT NULL,
PRICE_PER_ITEM FLOAT NOT NULL);
INSERT INTO SALE_ITEM VALUES
(1, 'NESCAFE CLASSIC', 1, 6.49),
(1, 'ENGLISH BAGELS 6-PACK', 2, 1.49),
(1, 'BABY CARROTS', 3, 0.99);

我们需要编写一个查询,该查询的输出应该是这样的(实际上就是打印一张发票):


ITEM_NAME                      PRICE_PER_ITEM           
------------------------------ ------------------------ 
NESCAFE CLASSIC                  +6.49000000000000E+000 
ENGLISH BAGELS 6-PACK            +1.49000000000000E+000 
ENGLISH BAGELS 6-PACK            +1.49000000000000E+000 
BABY CARROTS                     +9.90000000000000E-001 
BABY CARROTS                     +9.90000000000000E-001 
BABY CARROTS                     +9.90000000000000E-001 

下面是一个非常简单的查询,这个查询可以实现上述功能:

SELECT ITEM_NAME, PRICE_PER_ITEM FROM SALE_ITEM JOIN NUMBER_SEQ
        
ON NUMBER_SEQ.NUM <= SALE_ITEM.ITEM_QUANTITY ORDER BY
PRICE_PER_ITEM DESC

注意:在不相等的条件下,联结两个表是完全合法的,像这个例子中就是如此。

如前一章所述,我们也可以通过使用递归来得到所需的结果。在某些情况下,递归或许更加有效。不过,使用了顺序表的代码看上去更简单,更易于理解,并且不必为避免可能由递归招致的无限循环而担忧。因此,在这种情况下,比起使用递归来,使用 ROW_NUMBER 是一种简单的替代方法。
如果不能创建辅助表,那么使用表表达式并生成连续数会比较容易,像这样:


SELECT ITEM_NAME, PRICE_PER_ITEM FROM SALE_ITEM 
JOIN 
(SELECT ROW_NUMBER() OVER() AS NUM FROM SYSCAT.TABLES) AS NUMBER_SEQ
ON NUMBER_SEQ.NUM <= SALE_ITEM.ITEM_QUANTITY
ORDER BY PRICE_PER_ITEM DESC

结果完全一样,不过性能上慢了一点。

如何使用日历表简化查询

我从 [article on Pivot Tables] 中摘出了这个例子。首先,让我们创建一个表,并插入一些数据:


CREATE TABLE BUSINESS_TRIP(EMPLOYEE_ID INT NOT NULL, DATE_FROM DATE NOT NULL, DATE_TO DATE NOT NULL);
INSERT INTO BUSINESS_TRIP VALUES
(1, DATE('01/06/2003'), DATE('01/10/2003')),
(1, DATE('01/13/2003'), DATE('01/17/2003')),
(1, DATE('01/20/2003'), DATE('01/24/2003')),
(1, DATE('01/27/2003'), DATE('01/31/2003')),
(2, DATE('01/07/2003'), DATE('01/08/2003')),
(3, DATE('01/08/2003'), DATE('01/09/2003'));

假设有一个简单的任务:“选择 2003 年 1 月份没有雇员出差的所有日子”,这时日历表 DATE_SEQ 就很好用了。


SELECT SOME_DATE AS NOBODY_ON_TRIP FROM DATE_SEQ
WHERE SOME_DATE BETWEEN DATE('01/01/2003') AND DATE('01/31/2003')
AND NOT EXISTS(SELECT * FROM BUSINESS_TRIP WHERE SOME_DATE BETWEEN DATE_FROM AND DATE_TO);
NOBODY_ON_TRIP 
-------------- 
01/01/2003     
01/02/2003     
01/03/2003     
01/04/2003     
01/05/2003     
01/11/2003     
01/12/2003     
01/18/2003     
01/19/2003     
01/25/2003     
01/26/2003        
11 record(s) selected.

这个查询非常简单。在[article on Pivot Tables]中讨论了一些肯定是更复杂的替代方案。

假设有一个类似的任务:“选择 2003 年 1 月份有两名以上雇员在出差的所有日子”,同样,这里日历表 DATE_SEQ 也提供了一个非常容易的方法:


SELECT SOME_DATE AS THREE_OR_MORE_ON_TRIP FROM DATE_SEQ
WHERE SOME_DATE BETWEEN DATE('01/01/2003') AND DATE('01/31/2003')
AND (SELECT COUNT(*) FROM BUSINESS_TRIP WHERE SOME_DATE BETWEEN DATE_FROM AND DATE_TO) > 2;

THREE_OR_MORE_ON_TRIP 
------------------- 
01/08/2003  

同样,如果不能创建辅助表,我们就可以使用表表达式:


SELECT SOME_DATE AS THREE_OR_MORE_ON_TRIP 
FROM 
(SELECT DATE('01/01/2003') + ROW_NUMBER() OVER() DAYS AS SOME_DATE FROM SYSCAT.TABLES) AS DATE_SEQ
WHERE SOME_DATE BETWEEN DATE('01/01/2003') AND DATE('01/31/2003')
AND (SELECT COUNT(*) FROM BUSINESS_TRIP WHERE SOME_DATE BETWEEN DATE_FROM AND DATE_TO) > 2;

使用顺序表将两条记录布置到一行上

假设该表的结构和数据如下:


CREATE TABLE VEHICLE_ACCIDENT(
ACCIDENT_ID INT NOT NULL,
TAG_NUMBER CHAR(10) ,
TAG_STATE CHAR(2) ); 
INSERT INTO VEHICLE_ACCIDENT VALUES(1,'123456','IL'),(1,'234567','IL'),(1,'34567TT','WI');

(为了简单起见,这里省略了其他列)。注意,在一起事故中可能牵涉到不止两辆车。这就要求将两条记录布置到一行上,像这样(当牵涉到 3 辆车时):


TAG_NUMBER_1 TAG_STATE_1 TAG_NUMBER_2 TAG_STATE_2 
------------ ----------- ------------ ----------- 
123456       IL          234567       IL       
3456TT       WI       

通过使用 ROW_NUMBER() ,这一点很容易实现:


WITH VEHICLE_ACCIDENT_RN(ACCIDENT_ID, ROWNUM, TAG_NUMBER, TAG_STATE) AS
(SELECT ACCIDENT_ID, ROW_NUMBER() OVER() AS ROWNUM, TAG_NUMBER, TAG_STATE
FROM VEHICLE_ACCIDENT)
SELECT
LEFT_SIDE.TAG_NUMBER AS TAG_NUMBER_1,
LEFT_SIDE.TAG_STATE AS TAG_STATE_1,
RIGHT_SIDE.TAG_NUMBER AS TAG_NUMBER_2,
RIGHT_SIDE.TAG_STATE AS TAG_STATE_2
FROM
(SELECT L.*, (L.ROWNUM+1)/2 AS PAGENUM FROM VEHICLE_ACCIDENT_RN L WHERE MOD(ROWNUM,2)=1)AS LEFT_SIDE
LEFT OUTER JOIN
(SELECT R.*, (R.ROWNUM+1)/2 AS PAGENUM FROM VEHICLE_ACCIDENT_RN R WHERE MOD(ROWNUM,2)=0)AS RIGHT_SIDE
ON LEFT_SIDE.PAGENUM = RIGHT_SIDE.PAGENUM 
WHERE LEFT_SIDE.ACCIDENT_ID=1 AND (RIGHT_SIDE.ACCIDENT_ID=1 OR RIGHT_SIDE.ACCIDENT_ID IS NULL)

不管事故涉及的车辆是奇数还是偶数,该查询都给出了正确的结果。可以随意添加记录并进行检验。同样,如上一章所述,也可以通过一些其他的方法来解决这个问题。通过使用 ROW_NUMBER() ,我们可以得到一个很简单的解决方案,这个方案可以快捷地开发出来,并且易于理解。

使用 ROW_NUMBER() 为客人分配房间

让我们考虑一个简单的问题。假设有两个表:一个是宾馆可用房间的列表,一个是刚到的宾馆客人的列表。我们需要将可用的房间分配给刚到的客人,那么如果有空房间的话,应该尽量使每个客人得到一个房间。为了解决这样的问题,通常需要打开两个游标,一个是用于房间的游标,一个是用于客人的游标,然后迭代这两个游标,直到其中一个游标或者两个游标同时到达结尾处。下面是这个表的定义和一些样本数据:


CREATE TABLE ROOM(
ROOM_ID INT NOT NULL PRIMARY KEY,
SMOKING CHAR(1) NOT NULL CHECK(SMOKING IN ('N','Y')));

INSERT INTO ROOM VALUES (121,'Y'),(139,'N'),(142,'N'),(201,'Y'),(202,'N');

CREATE TABLE GUEST(
GUEST_ID INT NOT NULL PRIMARY KEY,
SMOKER CHAR(1) NOT NULL CHECK(SMOKER IN ('N','Y')));
INSERT INTO GUEST VALUES(321, 'N'),(17,'Y'),(57,'Y'),(91,'Y'),(2,'N'),(444,'N');
CREATE TABLE GUEST_ASSIGNMENT(
GUEST_ID INT NOT NULL PRIMARY KEY,
ROOM_ID INT NOT NULL UNIQUE,
FOREIGN KEY(GUEST_ID) REFERENCES GUEST(GUEST_ID),
FOREIGN KEY(ROOM_ID) REFERENCES ROOM(ROOM_ID));

如果使用 OLAP 函数 ROW_NUMBER() ,就不需要打开两个游标并迭代房间和客人。相反,我们可以简单地联结这两个表,并在房间与客人之间取得 1 对 1 的对应关系。为了理解其工作原理,让我们首先看看这个选择查询及其输出:


SELECT ROOM_NUMBER, GUEST_NUMBER, ROOM_ID, GUEST_ID
FROM
(SELECT ROW_NUMBER() OVER(ORDER BY ROOM_ID) AS ROOM_NUMBER, ROOM_ID FROM ROOM) AS R
JOIN
(SELECT ROW_NUMBER() OVER(ORDER BY GUEST_ID) AS GUEST_NUMBER, GUEST_ID FROM GUEST) AS G
ON ROOM_NUMBER=GUEST_NUMBER

ROOM_NUMBER          GUEST_NUMBER         ROOM_ID     GUEST_ID    
-------------------- -------------------- ----------- -----------
                   1                    1         121           2
                   2                    2         139          17
                   3                    3         142          57
                   4                    4         201          91
                   5                    5         202         321 

这个例子查询将 ROOM 表中的最多一条记录与 GUEST 表中的最多一条记录相联结。注意,您可以不像我那样指定排序(OVER(ORDER BY GUEST_ID)),而是宣称排序不重要(OVER()),甚至请求使用随机排序(OVER(ORDER BY RAND()))。在这种情况下,一个客人得不到一个房间,因为没有足够的空房间。可以随意添加记录到 ROOM 表中,以检验该查询在其他情况下(例如有客人那么多的房间,或者没有客人那么多的房间)的工作情况。

如果理解了联结的工作原理,填充 GUEST_ASSIGNMENT 表就比较容易了:


INSERT INTO GUEST_ASSIGNMENT
SELECT GUEST_ID, ROOM_ID
FROM
(SELECT ROW_NUMBER() OVER(ORDER BY ROOM_ID) AS ROOM_NUMBER, ROOM_ID FROM ROOM) AS R
JOIN
(SELECT ROW_NUMBER() OVER(ORDER BY GUEST_ID) AS GUEST_NUMBER, GUEST_ID FROM GUEST) AS G
ON ROOM_NUMBER=GUEST_NUMBER

我们已经看到,在这种情况下使用 ROW_NUMBER() 函数可以为我们的开发节省很多力气。我们不必打开两个游标并迭代它们。

使用 ROW_NUMBER() OVER(PARTITION ... ) 将不抽烟的客人分配到“无烟”房间

前一章的示例过于简单。这里让我们更接近现实一点。让我们确保吸烟的客人住进允许吸烟的房间,而不吸烟的客人则住进无烟房间。下面的查询就实现了这一点:


SELECT ROOM_NUMBER, GUEST_NUMBER, SMOKER, SMOKING, ROOM_ID, GUEST_ID
FROM
(SELECT ROW_NUMBER() OVER(PARTITION BY SMOKING ORDER BY ROOM_ID) AS ROOM_NUMBER, ROOM_ID, SMOKING FROM ROOM) AS R
JOIN
(SELECT ROW_NUMBER() OVER(PARTITION BY SMOKER ORDER BY GUEST_ID) AS GUEST_NUMBER, GUEST_ID, SMOKER FROM GUEST) AS G
ON ROOM_NUMBER=GUEST_NUMBER AND SMOKER=SMOKING
ROOM_NUMBER          GUEST_NUMBER         SMOKER SMOKING ROOM_ID     GUEST_ID    
-------------------- -------------------- ------ ------- ----------- -----------
                    1                    1 N      N               139           2
                    2                    2 N      N               142         321
                    3                    3 N      N               202         444
                    1                    1 Y      Y               121          17
                    2                    2 Y      Y               201          57 

同样,如果理解了如何联结 GUEST 和 ROOM 表中的记录,就可以通过一条简单的 INSERT 语句填充 GUEST_ASSIGNMENT 表。这种方法显然比迭代客人上的游标和房间上的游标要容易得多。

使用累加和将货物箱分配给卡车

本章中要讨论的这个问题非常类似于前面的两个问题。这次我将演示累加和是如何简化查询的开发的。

假设需要将一些大小一致的箱子装载到几辆容量不等的卡车上。实际上这是一个非常常见的资源分配问题,这种问题通常使用游标来解决。

下面是表的定义以及一些样本数据:


CREATE TABLE TRUCK(
TRUCK_ID INT NOT NULL PRIMARY KEY,
CAPACITY SMALLINT NOT NULL);

INSERT INTO TRUCK VALUES(11,3), (22, 2), (33,3);

CREATE TABLE CARGO_BOX(
CARGO_BOX_ID INT NOT NULL PRIMARY KEY,
DESCRIPTION VARCHAR(40));

INSERT INTO CARGO_BOX VALUES(101,'PEACHES'),(102,'POTATOES'),(103,'TOMATOES'),(104,'TOMATOES'),(105,'TOMATOES'),
(106,'PINEAPPLES'),(107,'PINEAPPLES');

CREATE TABLE BOX_IN_TRUCK(
TRUCK_ID INT NOT NULL,
CARGO_BOX_ID INT NOT NULL,
FOREIGN KEY(TRUCK_ID) REFERENCES TRUCK(TRUCK_ID),
 FOREIGN KEY(CARGO_BOX_ID) REFERENCES CARGO_BOX(CARGO_BOX_ID));

问题是恰当地填充 BOX_IN_TRUCK 表,意即将箱子分配给卡车,使得没有卡车超载。通常需要使用游标来完成这一任务。不过,如果使用 OLAP 函数,即使没有游标也能完成这一任务。


INSERT INTO BOX_IN_TRUCK
SELECT
TRUCK_CUMULATIVE.TRUCK_ID,
CARGO_BOX.CARGO_BOX_ID
FROM
(SELECT SUM(CAPACITY) OVER(ORDER BY TRUCK_ID) - CAPACITY + 1 AS BOX_FROM, 
SUM(CAPACITY) OVER(ORDER BY TRUCK_ID) AS BOX_TO, CAPACITY, TRUCK_ID FROM TRUCK) AS TRUCK_CUMULATIVE
JOIN
(SELECT ROW_NUMBER() OVER() AS ROW_NUMBER, CARGO_BOX_ID FROM CARGO_BOX) AS CARGO_BOX
ON ROW_NUMBER BETWEEN BOX_FROM AND BOX_TO;

让我们验证该查询是否产生了所需的结果:


SELECT * FROM BOX_IN_TRUCK  
TRUCK_ID    CARGO_BOX_ID 
----------- ------------
 11          101
          11          102
          11          103
          22          104
          22          105
          33          106
          33          107 

为了理解其工作原理,让我们检索查询中涉及的所有列:


SELECT
TRUCK_CUMULATIVE.TRUCK_ID, BOX_FROM, BOX_TO,
CARGO_BOX.CARGO_BOX_ID, ROW_NUMBER
FROM
(SELECT SUM(CAPACITY) OVER(ORDER BY TRUCK_ID) - CAPACITY + 1 AS BOX_FROM, 
SUM(CAPACITY) OVER(ORDER BY TRUCK_ID) AS BOX_TO, CAPACITY, TRUCK_ID FROM TRUCK) AS TRUCK_CUMULATIVE
JOIN
(SELECT ROW_NUMBER() OVER() AS ROW_NUMBER, CARGO_BOX_ID FROM CARGO_BOX) AS CARGO_BOX
ON ROW_NUMBER BETWEEN BOX_FROM AND BOX_TO;

TRUCK_ID    BOX_FROM    BOX_TO      CARGO_BOX_ID ROW_NUMBER           
----------- ----------- ----------- ------------ --------------------
          11           1           3          101                    1
          11           1           3          102                    2
          11           1           3          103                    3
          22           4           5          104                    4
          22           4           5          105                    5
          33           6           8          106                    6
          33           6           8          107                    7
    7 record(s) selected.  

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