数据分析工作中常用的3类SQL开窗函数详解

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2024年1月13日 17:33 本文热度 563

在日常工作中，我们经常要处理各种数据排名、累计求和、环比等问题。SQL窗口函数为我们提供了强大的工具来处理这些任务。

接下来，我们一起看看SQL常见窗口函数及其应用案例吧。

窗口函数中必须有一个over子句。

排名类窗口函数

1.1 函数说明

排名类窗口函数
描述
ROW_NUMBER() OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)
在分组列下，按排序列的排名，相同值排名顺延，返回结果1、2、3、4
RANK() OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)
在分组列下，按排序列的排名，相同值排名相同，后面排名不连续，返回结果1、2、2、4
DENSE_RANK() OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)
在分组列下，按排序列的排名，相同值排名相同，后面排名连续，返回结果1、2、2、3
NTILE(n) OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)
将排序分区中的行划分为特定数量的组，从每个组分配一个从一开始的桶号；
n是一个正整数，桶号的范围是1到n；
如果分区行的数量不能被整除n，则NTILE()函数将生成两个大小的组，差异为1。
如果分区行的总数可被整除n，则行将在组之间平均分配。

1.2 案例说明

这里通过表data_learning.product_order（商品销量表）、data_learning.product（商品信息表）、data_learning.product_category（商品二级分类信息表）进行举例，两张表建表语句和示例数据插入语句可以查看我之前的文章。

数据表示例数据分别如下：

data_learning.product_order（商品销量表）：

data_learning.product（商品信息表）：

data_learning.product_category（商品二级分类信息表）：

问题：请将数据集按照商品二级类别（category_id）字段进行分组后，根据上面列举的窗口函数并按照sales_volume字段降序返回排名。

SQL：

SELECT       a.product_id       ,b.product_name       ,a.category_id       ,c.category_name           ,a.sales_volume       ,ROW_NUMBER() OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS ro_result       ,RANK() OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS rank_result       ,DENSE_RANK() OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS dense_rank_result       ,NTILE(10) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS ntile_resultFROM(SELECT       *FROM       data_learning.product_order)aLEFT JOIN(SELECT       *FROM       data_learning.product    )bon a.product_id = b.product_idLEFT JOIN(SELECT       *FROM       data_learning.product_category)con a.category_id = c.category_id;

结果如下（部分截图）：

上面的案例显示，童装类别分组下，商品毛衣针织衫和儿童羽绒服销量都是1617，开窗函数row_number的排序结果是顺延，rank的排序结果是相同值并列、后续排序序号不连续，dense_rank的排序结果是相同值并列、后续排序序号连续。

开窗函数NTILE(n) OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)用于将一个结果集分割成指定数量的桶（buckets），并分配一个桶号给每个值。它通常用于在分组数据中将数据等分为多个组。

在上面的案例中，我们对商品分类分组数据集分割成10个桶，桶号从1开始。以童装类别为例，童装类别共17行数据，17不能被10整除，数据集无法均分成10个桶，所以结果集中前面7个桶包含2行数据，后面3个桶包含1行数据。

聚合类窗口函数

2.1 函数说明

聚合类窗口函数	描述
COUNT() OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)	分组计数
SUM() OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)	分组求和
AVG() OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)	分组求均值
MAX() OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)	分组求最大值
MIN() OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)	分组求最小值

2.2 案例说明

问题：请将数据集按照商品二级类别（category_id）字段进行分组、sales_volume字段进行降序后，根据上面列举的窗口函数对sales_volume进行聚合。

SQL：

SELECT       a.product_id       ,b.product_name       ,a.category_id       ,c.category_name       ,a.sales_volume       ,COUNT(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS cnt_result       ,SUM(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS sum_result       ,AVG(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS avg_result       ,MAX(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS max_result       ,MIN(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS min_result    FROM(SELECT       *FROM       data_learning.product_order)aLEFT JOIN(SELECT       *FROM       data_learning.product)bon a.product_id = b.product_idLEFT JOIN(SELECT       *FROM       data_learning.product_category    )con a.category_id = c.category_id;

结果如下（部分截图）：

从案例查询结果看，数据集按照category_id进行分组后，按照sales_volume降序排序，将每组中的sales_volume依次聚合；

cnt_result字段表示分组降序依次计数结果；
sum_result字段表示分组降序依次累加求和结果；
avg_result字段表示分组降序依次求平均值结果；
max_result字段表示分组降序依次求最大值结果；
min_result字段表示分组降序依次求最小值结果；这里为什么分组的最小值不像最大值那样，一组只有一个呢？

这涉及到窗口函数的窗口帧。窗口帧（Window Frame）是在SQL中用于定义开窗函数计算时要考虑的行的范围，也就是开窗函数作用的范围。窗口帧使用在OVER子句中，与PARTITION BY和ORDER BY联合使用来分组，对组内的数据进行排序和聚合。语句紧接着写在ORDER BY之后。

窗口帧包含以下类型：

ROWS：在窗口帧中指定当前行的位置为基准。ROWS是根据行的物理位置进行计算的。
RANGE：在窗口帧中通过应用持续区域定义范围。RANGE是根据数据值进行计算的。

窗口帧表达式的语法如下：

range/rows between x and y

具体x、y可取值如下：

UNBOUNDED PRECEDING：PARTITION BY分组ORDER BY后第一行
UNBOUNDED FOLLOWING：PARTITION BY分组ORDER BY后最后一行
CURRENT ROW：PARTITION BY分组ORDER BY后当前行
N PRECEDING：PARTITION BY分组ORDER BY后前n行
N FOLLOWING： PARTITION BY分组ORDER BY 后n行

若ORDER BY 后未指定框架，那么默认框架将采用 range unbounded preceding and current row，表示从开窗后的第一行到当前行。

若分组后不加ORDER BY 或者在ORDER BY 之后加上语句rows between unbounded preceding and unbounded following，也就是对分组中所有的数据进行聚合运算。具体示例和结果如下：

SELECT       a.product_id       ,b.product_name       ,a.category_id       ,c.category_name           ,a.sales_volume       ,COUNT(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS cnt_result       ,COUNT(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id) AS cnt_result1       ,COUNT(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC rows between unbounded preceding and unbounded following) AS cnt_result2        ,SUM(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS sum_result       ,SUM(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ) AS sum_result1       ,SUM(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC rows between unbounded preceding and unbounded following) AS sum_result2        ,AVG(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS avg_result       ,AVG(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id) AS avg_result1       ,AVG(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC rows between unbounded preceding and unbounded following) AS avg_result2            ,MAX(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS max_result       ,MAX(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id) AS max_result1       ,MAX(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC rows between unbounded preceding and unbounded following) AS max_result2        ,MIN(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS min_result       ,MIN(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id) AS min_result1       ,MIN(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC rows between unbounded preceding and unbounded following) AS min_result2FROM(SELECT       *FROM       data_learning.product_order)aLEFT JOIN    (SELECT       *FROM       data_learning.product)bon a.product_id = b.product_idLEFT JOIN(SELECT       *FROM       data_learning.product_category)con a.category_id = c.category_id;

运行结果如下（部分截图）：

可以看到，不加ORDER BY的字段如sum_result1和 ORDER BY 后+rows between unbounded preceding and unbounded following的字段sum_result2结果一样。

其他常见窗口函数

3.1 函数说明

其他常见窗口函数	描述
LAG(列名,n) OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)	移位窗口函数，返回列名当前行向前第n行的值
LEAD(列名,n) OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)	移位窗口函数，返回列名当前行向后第n行的值
FIRST_VALUE() OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)	取分组内排序后，截止到当前行，第一个值
LAST_VALUE() OVER(PARTITION BY 分组列 ORDER BY 排序列)	取分组内排序后，截止到当前行，最后一个值

3.2 案例说明

问题：请将数据集按照商品二级类别（category_id）字段进行分组、并利用其他常见窗口函数对sales_volume字段进行处理（主要是为了理解上述函数的作用效果）。

SQL：

SELECT       a.product_id       ,b.product_name       ,a.category_id       ,c.category_name       ,a.sales_volume       ,LAG(a.sales_volume,1) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS lag_result       ,LEAD(a.sales_volume,1) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS lead_result       ,FIRST_VALUE(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS firstvalue_result       ,LAST_VALUE(a.sales_volume) OVER(PARTITION BY a.category_id ORDER BY a.sales_volume DESC) AS lastvalue_result FROM(SELECT       *FROM           data_learning.product_order)aLEFT JOIN(SELECT       *FROM       data_learning.product)bon a.product_id = b.product_idLEFT JOIN(SELECT       *FROM       data_learning.product_category)con a.category_id = c.category_id;

结果如下（部分截图）：

其他常见窗口函数同聚合类型的窗口函数一样，也可以结合窗口帧实现不同的数据统计效果。

小结

简单总结下今天分享的内容。

我们详细介绍了SQL中的三类窗口函数，并且在每个函数下使用了相关的示例演示函数的使用效果。同时，介绍了窗口帧的使用，让我们可以在SQL查询中进行更灵活和精确的数据分析和聚合。

该文章在 2024/1/13 17:33:11 编辑过

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