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詳解SQL語句的集合運算

阿新 • • 發佈：2018-12-30

以前總是追求新東西，發現基礎才是最重要的，今年主要的目標是精通SQL查詢和SQL效能優化。

概述

本篇主要是對集合運算中並集、交集、差集運算基礎的總結。

集合運算包含四種：

1.並集運算(兩種)

2.交集運算

3.差集運算

下面是集合運算的思維導圖：

為什麼使用集合運算

1.在集合運算中比聯接查詢和EXISTS/NOT EXISTS更方便。

在閱讀下面的章節時，我們可以先把環境準備好，以下的SQL指令碼可以幫助大家建立資料庫，建立表，插入資料。

一、集合運算

1.集合運算

(1)對輸入的兩個集合或多集進行的運算。

(2)多集：由兩個輸入的查詢生成的可能包含重複記錄的中間結果集。

(3)T-SQL支援三種集合運算：並集(UNION)、交集(INTERSECT)、差集(EXCEPT)

2.語法

集合運算的基本格式：

輸入的查詢1

集合運算子>

輸入的查詢2

[ORDER BY]

3.要求

(1)輸入的查詢不能包含ORDER BY字句;

(2)可以為整個集合運算結果選擇性地增加一個ORDER BY字句;

(3)每個單獨的查詢可以包含所有邏輯查詢處理階段(處理控制排列順序的ORDER BY字句);

(4)兩個查詢 必須包含相同的列數;

(5)相應列必須具有相容的資料型別。相容個的資料型別：優先順序較低的資料型別必須能隱式地轉換為較高階的資料型別。比如輸入的查詢1的第一列為int型別，輸入的查詢2的第一列為float型別，則較低的資料型別int型別可以隱式地轉換為較高階float型別。如果輸入的查詢1的第一列為char型別，輸入的查詢2的第一列為datetime型別，則會提示轉換失敗：從字串轉換日期和/或時間時，轉換失敗;

(6)集合運算結果中列名由輸入的查詢1決定，如果要為結果分配結果列，應該在輸入的查詢1中分配相應的別名;

(7)集合運算時，對行進行進行比較時，集合運算認為兩個NULL相等;

(8)UNION支援DISTINCT和ALL。不能顯示指定DISTINCT字句，如果不指定ALL，則預設使用DISTINCT;

(9)INTERSET和EXCEPT預設使用DISTINCT，不支援ALL。

二、UNION(並集)集合運算

1.並集的文氏圖

並集：兩個集合的並集是一個包含集合A和B中所有元素的集合。

圖中陰影區域代表集合A與集合B的並集

2.UNION ALL集合運算

(1)假設Query1返回m行，Query2返回n行，則Query1 UNION ALL Query2返回(m+n)行;

(2)UNION ALL 不會刪除重複行，所以它的結果就是多集，而不是真正的集合;

(3)相同的行在結果中可能出現多次。

3.UNION DISTINCT集合運算

(1)假設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 會刪除重複行，所以它的結果就是集合;

(3)相同的行在結果中只出現一次。

(4)不能顯示指定DISTINCT字句，如果不指定ALL，則預設使用DISTINCT。

(5)當Query1與Query2比較某行記錄是否相等時，會認為取值為NULL的列是相等的列。

三、INTERSECT(交集)集合運算

1.交集的文氏圖

交集：兩個集合(記為集合A和集合B)的交集是由既屬於A，也屬於B的所有元素組成的集合。

圖中陰影區域代表集合A與集合B的交集

2.INTERSECT DISTINCT集合運算

(1)假設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集合運算在邏輯上首先刪除兩個輸入多集中的重複行(把多集變為集合)，然後返回只在兩個集合中都出現的行;

(3)INTERSECT 會刪除重複行，所以它的結果就是集合;

(4)相同的行在結果中只出現一次。

(5)不能顯示指定DISTINCT字句，如果不指定ALL，則預設使用DISTINCT。

(6)當Query1與Query2比較某行記錄是否相等時，會認為取值為NULL的列是相等的列。

(7)用內聯接或EXISTS謂詞可以代替INTERSECT集合運算，但是必須對NULL進行處理，否則這兩種方法對NULL值進行比較時，比較結果都是UNKNOWN，這樣的行會被過濾掉。

3.INTERSECT ALL集合運算

(1)ANSI SQL支援帶有ALL選項的INTERSECT集合運算，但SQL Server2008現在還沒有實現這種運算。後面會提供一種用於T-SQL實現的替代方案;

(2)假設Query1返回 m 行，Query2返回 n 行，如果行R在Query1中出現了x次，在Query2中出現了y次，則行R應該在INTERSECT ALL運算之後出現minimum(x，y)次。

下面提供用於T-SQL實現的INTERSECT ALL集合運算：公用表表達式 + 排名函式

結果如下：

其中UK NULL London有四個重複行，

在排序函式的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)集合運算

1.差集的文氏圖

差集：兩個集合(記為集合A和集合B)的由屬於集合A，但不屬於集合B的所有元素組成的集合。

圖中陰影區域代表集合A與集合B的差集

2.EXCEPT DISTINCT集合運算

(1)假設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集合運算在邏輯上先刪除兩個輸入多集中的重複行(把多集轉變成集合)，然後返回只在第一個集合中出現，在第二個集合眾不出現所有行。

(3)EXCEPT 會刪除重複行，所以它的結果就是集合;

(4)EXCEPT是不對稱的，差集的結果取決於兩個查詢的前後關係。

(5)相同的行在結果中只出現一次。

(6)不能顯示指定DISTINCT字句，如果不指定ALL，則預設使用DISTINCT。

(7)當Query1與Query2比較某行記錄是否相等時，會認為取值為NULL的列是相等的列。

(8)用左外聯接或NOT EXISTS謂詞可以代替INTERSECT集合運算，但是必須對NULL進行處理，否則這兩種方法對NULL值進行比較時，比較結果都是UNKNOWN，這樣的行會被過濾掉。

3.EXCEPT ALL集合運算

(1)ANSI SQL支援帶有ALL選項的EXCEPT集合運算，但SQL Server2008現在還沒有實現這種運算。後面會提供一種用於T-SQL實現的替代方案;

(2)假設Query1返回 m 行，Query2返回 n 行，如果行R在Query1中出現了x次，在Query2中出現了y次,且x>y，則行R應該在EXCEPT ALL運算之後出現 x – y 次。

下面提供用於T-SQL實現的EXCEPT ALL集合運算：公用表表達式 + 排名函式

  1. WITH    INTERSECT_ALL 
  2.  
  3.           AS ( 
  4.  
  5. 　SELECT   ROW_NUMBER() OVER ( PARTITION BY country, region, city ORDER BY ( SELECT 
  6.  
  7.                                                               0 
  8.  
  9.                                                               ) ) AS rownum , 
  10.  
  11.                         country , 
  12.  
  13.                         region , 
  14.  
  15.                         city 
  16.  
  17.                FROM     HR.Employees 
  18.  
  19.                EXCEPT 
  20.  
  21.                SELECT   ROW_NUMBER() OVER ( PARTITION BY country, region, city ORDER BY ( SELECT 
  22.  
  23.                                                               0 
  24.  
  25.                                                               ) ) AS rownum , 
  26.  
  27.                         country , 
  28.  
  29.                         region , 
  30.  
  31.                         city 
  32.  
  33.                FROM     Sales.Customers 
  34.  
  35.              ) 
  36.  
  37.     SELECT  country , 
  38.  
  39.             region , 
  40.  
  41.             city 
  42.  
  43.     FROM    INTERSECT_ALL 

結果如下：

五、集合運算的優先順序

1.INTERSECT>UNION=EXCEPT

2.首先計算INTERSECT,然後從左到右的出現順序依次處理優先順序的相同的運算。

3.可以使用圓括號控制集合運算的優先順序，它具有最高的優先順序。

六、特殊處理

1.只有ORDER BY能夠直接應用於集合運算的結果;

2.其他階段如表運算子、WHERE、GROUP BY、HAVING等，不支援直接應用於集合運算的結果，這個時候可以使用表表達式來避開這一限制。如根據包含集合運算的查詢定義個表表達式，然後在外部查詢中對錶表示式應用任何需要的邏輯查詢處理;

3.ORDER BY字句不能直接應用於集合運算中的單個查詢，這個時候可以TOP+ORDER BY字句+表表達式來避開這一限制。如定義一個基於該TOP查詢的表表達式，然後通過一個使用這個表表達式的外部查詢參與集合運算。

七、練習題

1.寫一個查詢，返回在2008年1月有訂單活動，而在2008年2月沒有訂單活動的客戶和僱員。

期望結果：

方案一：EXCEPT

(1)先用查詢1查詢出2008年1月份有訂單活動的客戶和僱員

(2)用查詢2查詢2008年2月份客戶的訂單活動的客戶和僱員

(3)用差集運算子查詢2008年1月有訂單活動而2008年2月沒有訂單活動的客戶和僱員

  1. SELECT  custid , 
  2.  
  3.         empid 
  4.  
  5. FROM    Sales.Orders 
  6.  
  7. WHERE   orderdate >= '20080101' 
  8.  
  9.         AND orderdate = '20080201' 
  10.  
  11.         AND orderdate 

方案二：NOT EXISTS

必須保證custid，empid不能為null，才能用NOT EXISTS進行查詢，如果custid或empid其中有null值存在，則不能用NOT EXISTS進行查詢，因為比較NULL值的結果是UNKNOWN，這樣的行用NOT EXISTS查詢返回的子查詢的行會被過濾掉，所以最後的外查詢會多出NULL值的行，最後查詢結果中會多出NULL值的行。

  1. SELECT  custid , 
  2.  
  3.         empid 
  4.  
  5. FROM    Sales.Orders AS O1 
  6.  
  7. WHERE   orderdate >= '20080101' 
  8.  
  9.         AND orderdate = '20080201' 
  10.  
  11.                                 AND orderdate 

如果我往Sales.Orders表中插入兩行資料：

插入cutid=NULL,empid=1,orderdate=‘20080101’

  1. INSERT  INTO [TSQLFundamentals2008].[Sales].[Orders] 
  2.  
  3.         ( [custid] , 
  4.  
  5.           [empid] , 
  6.  
  7.           [orderdate] , 
  8.  
  9.           [requireddate] , 
  10.  
  11.           [shippeddate] , 
  12.  
  13.           [shipperid] , 
  14.  
  15.           [freight] , 
  16.  
  17.           [shipname] , 
  18.  
  19.           [shipaddress] , 
  20.  
  21.           [shipcity] , 
  22.  
  23.           [shipregion] , 
  24.  
  25.           [shippostalcode] , 
  26.  
  27.           [shipcountry] 
  28.  
  29.         ) 
  30.  
  31. VALUES  ( NULL , 
  32.  
  33.           1 , 
  34.  
  35.           '20080101' , 
  36.  
  37.           '20080101' , 
  38.  
  39.           '20080101' , 
  40.  
  41.           1 , 
  42.  
  43.           1 , 
  44.  
  45.           'A' , 
  46.  
  47.           '20080101' , 
  48.  
  49.           'A' , 
  50.  
  51.           'A' , 
  52.  
  53.           'A' , 
  54.  
  55.           'A' 
  56.  
  57.         ) 
  58.  
  59. GO 

插入cutid=NULL,empid=1,orderdate=‘20080201’

  1. INSERT  INTO [TSQLFundamentals2008].[Sales].[Orders] 
  2.  
  3.         ( [custid] , 
  4.  
  5.           [empid] , 
  6.  
  7.           [orderdate] , 
  8.  
  9.           [requireddate] , 
  10.  
  11.           [shippeddate] , 
  12.  
  13.           [shipperid] , 
  14.  
  15.           [freight] , 
  16.  
  17.           [shipname] , 
  18.  
  19.           [shipaddress] , 
  20.  
  21.           [shipcity] , 
  22.  
  23.           [shipregion] , 
  24.  
  25.           [shippostalcode] , 
  26.  
  27.           [shipcountry] 
  28.  
  29.         ) 
  30.  
  31. VALUES  ( NULL , 
  32.  
  33.           1 , 
  34.  
  35.           '20080201' , 
  36.  
  37.           '20080101' , 
  38.  
  39.           '20080101' , 
  40.  
  41.           1 , 
  42.  
  43.           1 , 
  44.  
  45.           'A' , 
  46.  
  47.           '20080101' , 
  48.  
  49.           'A' , 
  50.  
  51.           'A' , 
  52.  
  53.           'A' , 
  54.  
  55.           'A' 
  56.  
  57.         ) 
  58.  
  59. GO 

用方案一查詢出來結果為50行，會把cutid=NULL,empid=1的行過濾掉

用方案二查詢出來結果為51行，不會把cutid=NULL,empid=1的行過濾掉

用下面的方案可以解決上面的問題，需要處理cutid=NULL,或者empid=null的情況。返回50行

  1. SELECT  custid , 
  2.  
  3.         empid 
  4.  
  5. FROM    Sales.Orders AS O1 
  6.  
  7. WHERE   orderdate >= '20080101' 
  8.  
  9.         AND orderdate = '20080201' 
  10.  
  11.                             AND orderdate 

2.寫一個查詢，返回在2008年1月和在2008年2月都有訂單活動的客戶和僱員。

期望結果：

方案一：INTERSECT

(1)先用查詢1查詢出2008年1月份有訂單活動的客戶和僱員

(2)用查詢2查詢2008年2月份客戶的訂單活動的客戶和僱員

(3)用交集運算子查詢2008年1月和2008年2月都有訂單活動的客戶和僱員

  1. SELECT  custid , 
  2.  
  3.         empid 
  4.  
  5. FROM    Sales.Orders 
  6.  
  7. WHERE   orderdate >= '20080101' 
  8.  
  9.         AND orderdate = '20080201' 
  10.  
  11.         AND orderdate 

方案二：EXISTS

必須保證custid，empid不能為null，才能用EXISTS進行查詢，如果custid或empid其中有null值存在，則不能用EXISTS進行查詢，因為比較NULL值的結果是UNKNOWN，這樣的行用EXISTS查詢返回的子查詢的行會被過濾掉，所以最後的外查詢會少NULL值的行，最後查詢結果中會少NULL值的行。

  1. SELECT  custid , 
  2.  
  3.         empid 
  4.  
  5. FROM    Sales.Orders AS O1 
  6.  
  7. WHERE   orderdate >= '20080101' 
  8.  
  9.         AND orderdate = '20080201' 
  10.  
  11.                             AND orderdate 

如果我往Sales.Orders表中插入兩行資料：

插入cutid=NULL,empid=1,orderdate=’20080101′

插入cutid=NULL,empid=1,orderdate=’20080201′

用方案一查詢出來結果為6行，不會把cutid=NULL,empid=1的行過濾掉

用方案二查詢出來結果為5行，會把cutid=NULL,empid=1的行過濾掉

用下面的方案可以解決上面的問題，需要處理cutid=NULL,或者empid=null的情況。返回6行。

  1. SELECT  custid , 
  2.  
  3.         empid 
  4.  
  5. FROM    Sales.Orders AS O1 
  6.  
  7. WHERE   orderdate >= '20080101' 
  8.  
  9.         AND orderdate = '20080201' 
  10.  
  11.                             AND orderdate 

3.寫一個查詢，返回在2008年1月和在2008年2月都有訂單活動，而在2007年沒有訂單活動的客戶和僱員

期望結果：

方案一：INTERSECT + EXCEPT

  1. SELECT  custid , 
  2.  
  3.         empid 
  4.  
  5. FROM    Sales.Orders 
  6.  
  7. WHERE   orderdate >= '20080101' 
  8.  
  9.         AND orderdate = '20080201' 
  10.  
  11.         AND orderdate = '20070101' 
  12.  
  13.         AND orderdate 

方案二：EXISTS + NOT EXISTS

  1. SELECT  custid , 
  2.  
  3.         empid 
  4.  
  5. FROM    Sales.Orders AS O1 
  6.  
  7. WHERE   orderdate >= '20080101' 
  8.  
  9.         AND orderdate = '20080201' 
  10.  
  11.                             AND orderdate = '20070101' 
  12.  
  13.                                 AND orderdate 

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