一文詳解SQL視窗函數

本篇文章為大家帶來了關於SQL的相關知識，其中主要整理了視窗函數的相關問題，SQL視窗函數為線上分析處理（OLAP）和商業智慧（BI）提供了複雜分析和報表統計的功能，例如產品的累積銷售額統計、分類排名、同比/環比分析等，下面一起來看一下，希望對大家有幫助。

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#什麼是視窗函數

##SQL視窗函數為線上分析處理（OLAP）和商業智慧（BI）提供了複雜分析和報表統計的功能，例如產品的累積銷售額統計、分類排名、同比/環比分析等。這些功能通常很難透過聚合函數和分組操作來實現。

視窗函數（Window Function）可以像聚合函數一樣對一組資料進行分析並傳回結果，二者的不同之處在於，視窗函數不是將一組資料匯總成單一結果，而是為每一行資料都回傳一個結果。聚合函數和視窗函數的差異如下圖所示。

以SUM函數為例示範這兩個函數的差異，以下語句中的SUM()是一個聚合函數：

SELECT SUM(salary) AS "所有员工月薪总和"
FROM employee

以上SUM函數可作為聚合函數使用，表示將所有員工的資料匯總成一個結果。因此，查詢傳回了所有員工的月薪總和： 

以下語句中的SUM()是一個視窗函數：

SELECT emp_name AS "员工姓名",
       SUM(salary) OVER () AS "所有员工月薪总和"
FROM employee;

其中，關鍵字OVER表示SUM()是一個視窗函數。括號內為空，表示將所有資料作為一個分組進行匯總。此查詢傳回的結果如下：

以上查詢結果傳回了所有的員工姓名，並且透過聚合函數SUM()為每位員工都傳回了相同的總計結果。

從上述範例可以看出，視窗函數的語法與聚合函數的不同之處在於，它包含了一個OVER子句。 OVER子句用來指定資料分析的窗口，完整的視窗函數定義如下：

#其中window_function是視窗函數的名稱，expression是可選的分析物件（欄位名稱或表達式），OVER子句包含分區（PARTITION BY）、排序（ORDER BY）以及視窗大小（frame_clause）3個選項。

提示：聚合函數將同一個分組內的多行資料匯總成單一結果，視窗函數則保留了所有的原始資料。在某些資料庫中，視窗函數也稱為線上分析處理（OLAP）函數，或分析函數（Analytic Function）。

視窗函數組成部分

1.建立資料分區

視窗函數OVER子句中的PARTITION BY選項用於定義分區，其作用類似於查詢語句中的GROUP BY子句。如果我們指定了分區選項，視窗函數將會分別針對每個分區單獨進行分析。

例如，以下語句依照不同部門分別統計員工的月薪合計：

SELECT emp_name AS "员工姓名", salary "月薪", dept_id AS "部门编号",
       SUM(salary) OVER (
         PARTITION BY dept_id
       ) AS "部门合计"
FROM employee;

其中，PARTITION BY選項表示依照部門進行分區。查詢傳回的結果如下：

查詢結果中的前3行資料屬於同一個部門，因此它們對應的部門合計欄位都等於80000（30000 26000 24000）。其他部門的員工則採用同樣的方式進行統計。

提示：在視窗函數OVER子句中指定了PARTITION BY選項之後，我們無須使用GROUP BY子句也能獲得分組統計結果。

如果沒有指定PARTITION BY選項，表示將全部資料作為一個整體進行分析。

2.分區內的排序

視窗函數OVER子句中的ORDER BY選項用來指定分區內資料的排序方式，作用類似查詢語句中的ORDER BY子句。

排序選項通常用於資料的分類排名。例如，以下語句用於分析員工在部門內的月薪排名：

SELECT emp_name AS "员工姓名", salary "月薪", dept_id AS "部门编号",
       RANK() OVER (
         PARTITION BY dept_id
         ORDER BY salary DESC
       ) AS "部门内排名"
FROM employee;

其中，RANK函數用於計算資料的名次，PARTITION BY選項表示按照部門進行分區，ORDER BY選項表示在部門內按照月薪從高到低進行排序。查詢傳回的結果如下：

查询结果中的前3行数据属于同一个部门：“刘备”的月薪最高，在部门内排名第1；“关羽”排名第2；“张飞”排名第3。其他部门的员工采用同样的方式进行排名。

提示：窗口函数OVER子句中的ORDER BY选项和查询语句中的ORDER BY子句的使用方法相同。因此，也可以使用NULLS FIRST或者NULLS LAST选项指定空值的排序位置。

3.指定窗口大小

窗口函数OVER子句中的frame_clause选项用于指定一个移动的分析窗口，窗口总是位于分区的范围之内，是分区的一个子集。在指定了分析窗口之后，窗口函数不再基于分区进行分析，而是基于窗口内的数据进行分析。

窗口选项可以用于实现各种复杂的分析功能，例如计算累计到当前日期为止的销售额总和，每个月及其前后各N个月的平均销售额等。

指定窗口大小的具体选项如下：

其中，ROWS表示以数据行为单位计算窗口的偏移量，RANGE表示以数值（例如10天、5km等）为单位计算窗口的偏移量。

frame_start选项用于定义窗口的起始位置，可以指定以下内容之一：
●UNBOUNDED PRECEDING——表示窗口从分区的第一行开始。
●N PRECEDING——表示窗口从当前行之前的第N行开始。
●CURRENT ROW——表示窗口从当前行开始。

frame_end选项用于定义窗口的结束位置，可以指定以下内容之一：
●CURRENT ROW——表示窗口到当前行结束。
●M FOLLOWING——表示窗口到当前行之后的第M行结束。
●UNBOUNDED FOLLOWING——表示窗口到分区的最后一行结束。

下图说明了这些窗口大小选项的含义

下面语句表示分析窗口从当前分区的第一行开始，直到当前行结束，即对应到图中前面5行记录。

ROWS BETWEEN UNBOUNDED PRECEDING AND CURRENT ROW

窗口函数分类

1.聚合窗口函数

许多常见的聚合函数也可以作为窗口函数使用，包括AVG()、SUM()、COUNT()、MAX()以及MIN()等函数。

SQL窗口函数-聚合窗口函数

2.排名窗口函数

排名窗口函数用于对数据进行分组排名，包括ROW_NUMBER()、RANK()、DENSE_RANK()、PERCENT_RANK()、CUME_DIST()以及NTILE()等函数。

SQL窗口函数-排名窗口函数

3.取值窗口函数

取值窗口函数用于返回指定位置上的数据行，包括FIRST_VALUE()、LAST_VALUE()、LAG()、LEAD()、NTH_VALUE()等函数。

SQL窗口函数-取值窗口函数

示例表和脚本

--员工信息表
CREATE TABLE employee
    ( emp_id    NUMBER
    , emp_name  VARCHAR2(50) NOT NULL
    , sex       VARCHAR2(10) NOT NULL
    , dept_id   INTEGER NOT NULL
    , manager   INTEGER
    , hire_date DATE NOT NULL
    , job_id    INTEGER NOT NULL
    , salary    NUMERIC(8,2) NOT NULL
    , bonus     NUMERIC(8,2)
    , email     VARCHAR2(100) NOT NULL
  , comments  VARCHAR2(500)
  , create_by VARCHAR2(50) NOT NULL
  , create_ts TIMESTAMP NOT NULL
  , update_by VARCHAR2(50) 
  , update_ts TIMESTAMP
    ) ;
COMMENT ON TABLE employee IS '员工信息表';
COMMENT ON COLUMN employee.emp_id IS '员工编号，自增主键';
COMMENT ON COLUMN employee.emp_name IS '员工姓名';
COMMENT ON COLUMN employee.sex IS '性别';
COMMENT ON COLUMN employee.dept_id IS '部门编号';
COMMENT ON COLUMN employee.manager IS '上级经理';
COMMENT ON COLUMN employee.hire_date IS '入职日期';
COMMENT ON COLUMN employee.job_id IS '职位编号';
COMMENT ON COLUMN employee.salary IS '月薪';
COMMENT ON COLUMN employee.bonus IS '年终奖金';
COMMENT ON COLUMN employee.email IS '电子邮箱';
COMMENT ON COLUMN employee.comments IS '备注信息';
COMMENT ON COLUMN employee.create_by IS '创建者';
COMMENT ON COLUMN employee.create_ts IS '创建时间';
COMMENT ON COLUMN employee.update_by IS '修改者';
COMMENT ON COLUMN employee.update_ts IS '修改时间';
 
 
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (1,'刘备', '男', 1, NULL, DATE '2000-01-01', 1, 30000, 10000, 'liubei@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2000-01-01 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (2,'关羽', '男', 1, 1, DATE '2000-01-01', 2, 26000, 10000, 'guanyu@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2000-01-01 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (3,'张飞', '男', 1, 1, DATE '2000-01-01', 2, 24000, 10000, 'zhangfei@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2000-01-01 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (4,'诸葛亮', '男', 2, 1, DATE '2006-03-15', 3, 24000, 8000, 'zhugeliang@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2006-03-15 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (5,'黄忠', '男', 2, 4, DATE '2008-10-25', 4, 8000, NULL, 'huangzhong@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2008-10-25 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (6,'魏延', '男', 2, 4, DATE '2007-04-01', 4, 7500, NULL, 'weiyan@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2007-04-01 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (7,'孙尚香', '女', 3, 1, DATE '2002-08-08', 5, 12000, 5000, 'sunshangxiang@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2002-08-08 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (8,'孙丫鬟', '女', 3, 7, DATE '2002-08-08', 6, 6000, NULL, 'sunyahuan@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2002-08-08 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (9,'赵云', '男', 4, 1, DATE '2005-12-19', 7, 15000, 6000, 'zhaoyun@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2005-12-19 10:00:00', 'Admin', TIMESTAMP '2006-12-31 10:00:00');
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (10,'廖化', '男', 4, 9, DATE '2009-02-17', 8, 6500, NULL, 'liaohua@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2009-02-17 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (11,'关平', '男', 4, 9, DATE '2011-07-24', 8, 6800, NULL, 'guanping@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2011-07-24 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (12,'赵氏', '女', 4, 9, DATE '2011-11-10', 8, 6600, NULL, 'zhaoshi@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2011-11-10 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (13,'关兴', '男', 4, 9, DATE '2011-07-30', 8, 7000, NULL, 'guanxing@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2011-07-30 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (14,'张苞', '男', 4, 9, DATE '2012-05-31', 8, 6500, NULL, 'zhangbao@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2012-05-31 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (15,'赵统', '男', 4, 9, DATE '2012-05-03', 8, 6000, NULL, 'zhaotong@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2012-05-03 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (16,'周仓', '男', 4, 9, DATE '2010-02-20', 8, 8000, NULL, 'zhoucang@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2010-02-20 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (17,'马岱', '男', 4, 9, DATE '2014-09-16', 8, 5800, NULL, 'madai@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2014-09-16 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (18,'法正', '男', 5, 2, DATE '2017-04-09', 9, 10000, 5000, 'fazheng@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2017-04-09 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (19,'庞统', '男', 5, 18, DATE '2017-06-06', 10, 4100, 2000, 'pangtong@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2017-06-06 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (20,'蒋琬', '男', 5, 18, DATE '2018-01-28', 10, 4000, 1500, 'jiangwan@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2018-01-28 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (21,'黄权', '男', 5, 18, DATE '2018-03-14', 10, 4200, NULL, 'huangquan@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2018-03-14 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (22,'糜竺', '男', 5, 18, DATE '2018-03-27', 10, 4300, NULL, 'mizhu@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2018-03-27 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (23,'邓芝', '男', 5, 18, DATE '2018-11-11', 10, 4000, NULL, 'dengzhi@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2018-11-11 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (24,'简雍', '男', 5, 18, DATE '2019-05-11', 10, 4800, NULL, 'jianyong@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2019-05-11 10:00:00', NULL, NULL);
INSERT INTO employee(EMP_ID,emp_name, sex, dept_id, manager, hire_date, job_id, salary, bonus, email, comments, create_by, create_ts, update_by, update_ts) VALUES (25,'孙乾', '男', 5, 18, DATE '2018-10-09', 10, 4700, NULL, 'sunqian@shuguo.com', NULL, 'Admin', TIMESTAMP '2018-10-09 10:00:00', NULL, NULL);

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