神奇的 SQL 之謂詞 → 難理解的 EXISTS

時間  2019-11-06
標籤 神奇 sql 謂詞 難理解 exists 欄目 SQL 简体版
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前言

　　開心一刻html

我要飛的更高，飛的更高，啊！ide

謂詞

　　SQL 中的謂詞指的是：返回值是邏輯值的函數。咱們知道函數的返回值有多是數字、字符串或者日期等等，但謂詞的返回值所有是邏輯值（TRUE/FALSE/UNKNOW），謂詞是一種特殊的函數。關於邏輯值，能夠查看：神奇的 SQL 之溫柔的陷阱 → 三值邏輯 與 NULL ！函數

　　SQL 中的謂詞有不少，如 =、>、<、<> 等，咱們來看看 SQL 具體有哪些經常使用的謂詞spa

　　比較謂詞

　　　　建立表與初始化數據code

-- 一、表建立並初始化數據
DROP TABLE IF EXISTS tbl_student;
CREATE TABLE tbl_student (
  id INT(8) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主鍵',
  sno VARCHAR(12) NOT NULL COMMENT '學號',
    name VARCHAR(5) NOT NULL COMMENT '姓名',
    age TINYINT(3) NOT NULL COMMENT '年齡',
  sex TINYINT(1) NOT NULL COMMENT '性別，1:男,2:女',
  PRIMARY KEY (id)
);
INSERT INTO tbl_student(sno,name,age,sex) VALUES
('20190607001','李小龍',21,1),
('20190607002','王祖賢',16,2),
('20190608003','林青霞',17,2),
('20190608004','李嘉欣',15,2),
('20190609005','周潤發',20,1),
('20190609006','張國榮',18,1);

DROP TABLE IF EXISTS tbl_student_class;
CREATE TABLE tbl_student_class (
  id int(8) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主鍵',
  sno varchar(12) NOT NULL COMMENT '學號',
  cno varchar(5) NOT NULL COMMENT '班級號',
  cname varchar(20) NOT NULL COMMENT '班級名',
  PRIMARY KEY (`id`)
) COMMENT='學生班級表';
INSERT INTO tbl_student_class VALUES 
('1', '20190607001', '0607', '影視7班'),
('2', '20190607002', '0607', '影視7班'),
('3', '20190608003', '0608', '影視8班'),
('4', '20190608004', '0608', '影視8班'),
('5', '20190609005', '0609', '影視9班'),
('6', '20190609006', '0609', '影視9班');

SELECT * FROM tbl_student;
SELECT * FROM tbl_student_class;

　　　　相信你們對 =、>、<、<>（!=）等比較運算符都很是熟悉，它們的正式名稱就是比較謂詞，使用示例以下htm

-- 比較謂詞示例
SELECT * FROM tbl_student WHERE name = '王祖賢';
SELECT * FROM tbl_student WHERE age > 18;
SELECT * FROM tbl_student WHERE age < 18;
SELECT * FROM tbl_student WHERE age <> 18;
SELECT * FROM tbl_student WHERE age <= 18;

　　LIKE

　　　　當咱們想用 SQL 作一些簡單的模糊查詢時，都會用到 LIKE 謂詞，分爲 前一致、中一致和後一致，使用示例以下對象

-- LIKE謂詞
SELECT * FROM tbl_student WHERE name LIKE '李%';         -- 前一致
SELECT * FROM tbl_student WHERE name LIKE '%青%';        -- 中一致
SELECT * FROM tbl_student WHERE name LIKE '青%';        -- 後一致

　　　　若是name字段上建了索引，那麼前一致會利用索引；而中一致、後一致會走全表掃描。blog

　　BETWEEN

　　　　當咱們想進行範圍查詢時，每每會用到 BETWEEN 謂詞，示例以下教程

-- BETWEEN謂詞
SELECT * FROM tbl_student WHERE age BETWEEN 15 AND 22;
SELECT * FROM tbl_student WHERE age NOT BETWEEN 15 AND 22;

　　　　BETWEEN  和它以後的第一個 AND 組成一個範圍條件；BETWEEN 會包含臨界值 15 和 22索引

SELECT * FROM tbl_student WHERE age BETWEEN 15 AND 22;
-- 等價於
SELECT * FROM tbl_student WHERE age >= 15 AND age <= 22;

　　　　若不想包含臨界值，那就須要這麼寫了

SELECT * FROM tbl_student WHERE age > 15 AND age < 22;

　　IS NULL 和 IS NOT NULL

　　　　NULL 的水很深，具體可看：神奇的 SQL 之溫柔的陷阱 → 三值邏輯 與 NULL ！

　　IN

　　　　有這樣一個需求：查詢出年齡等於 1五、18以及20的學生，咱們會用 OR 來查

-- OR
SELECT * FROM tbl_student WHERE age = 15 OR age = 18 OR age = 20;

　　　　用 OR 來查沒問題，可是有一點不足，若是選取的對象愈來愈多，SQL會變得愈來愈長，閱讀性會愈來愈差。因此咱們能夠用 IN 來代替

-- IN
SELECT * FROM tbl_student WHERE age IN(15,18,20);

　　　　IN 有一種其餘謂詞沒有的使用方法：使用子查詢做爲其參數，這個在平時項目中也是用的很是多的，例如：查詢出影視7班的學生信息

-- IN實現，但不推薦
SELECT * FROM tbl_student 
WHERE sno IN (
    SELECT sno FROM tbl_student_class 
    WHERE cname = '影視7班'
); 

-- 聯表查，推薦
SELECT ts.* FROM
tbl_student_class tsc LEFT JOIN tbl_student ts ON tsc.sno = ts.sno
WHERE tsc.cname = '影視7班';

　　　　不少狀況下，IN 是能夠用聯表查詢來替換的

EXISTS

　　EXISTS也是 SQL 謂詞，但平時用的很少，不是說適用場景少，而是它很差駕馭，咱們用很差它。它用法與其餘謂詞不同，並且很差理解，另外不少狀況下咱們都用 IN 來替代它了。

　　理論篇

　　　　在真正講解 EXSITS 示例以前，咱們先來了解下理論知識：實體的階層 、全稱量化與存在量化

　　　　實體的階層

　　　　　　SQL 嚴格區分階層，不能跨階層操做。就用咱們經常使用的謂詞來舉例，一樣是謂詞，可是與 = 、BETWEEN 等相比，EXISTS 的用法仍是大不相同的。歸納來講，區別在於「謂詞的參數能夠取什麼值」；「x = y」或 「x BETWEEN y 」 等謂詞能夠取的參數是像 「21」 或者 「李小龍」 這樣的單一值，咱們稱之爲標量值，而 EXISTS 能夠取的參數到底是什麼呢？從下面這條 SQL 語句來看，EXISTS 的參數不像是單一值

SELECT * FROM tbl_student ts
WHERE EXISTS (
    SELECT * FROM tbl_student_class tsc
    WHERE ts.sno = tsc.sno
);

　　　　　　咱們能夠看出 EXISTS 的參數是行數據的集合。之因此這麼說，是由於不管子查詢中選擇什麼樣的列，對於 EXISTS 來講都是同樣的。在 EXISTS 的子查詢裏， SELECT 子句的列表能夠有下面這三種寫法。

1. 通配符：SELECT *
2. 常量：SELECT '1'
3. 列名：SELECT tsc.id

　　　　　　也就是說以下 3 條 SQL 查到的結果是同樣的

-- SELECT *
SELECT * FROM tbl_student ts
WHERE EXISTS (
    SELECT * FROM tbl_student_class tsc
    WHERE ts.sno = tsc.sno
);
-- SELECT 常量
SELECT * FROM tbl_student ts
WHERE EXISTS (
    SELECT 1 FROM tbl_student_class tsc
    WHERE ts.sno = tsc.sno
);
-- SELECT 列名
SELECT * FROM tbl_student ts
WHERE EXISTS (
    SELECT tsc.sno FROM tbl_student_class tsc
    WHERE ts.sno = tsc.sno
);
View Code

　　　　　　用個圖來歸納下通常的謂詞與 EXISTS 的區別

 

　　　　　　從上圖咱們知道，EXISTS 的特殊性在於輸入值的階數(輸出值和其餘謂詞同樣，都是邏輯值）。謂詞邏輯中，根據輸入值的階數對謂詞進行分類。= 或者 BETWEEEN 等輸入值爲一行的謂詞叫做「一階謂詞」，而像 EXISTS 這樣輸入值爲行的集合的謂詞叫做 「二階謂詞」。關於 「階」 ，有興趣的能夠區看個人另外一篇博客：神奇的 SQL 之層級 → 爲何 GROUP BY 以後不能直接引用原表中的列

　　　　全稱量化和存在量化

　　　　　　謂詞邏輯中有量詞（限量詞、數量詞）這類特殊的謂詞。咱們能夠用它們來表達一些這樣的命題：「全部的 x 都知足條件 P」 或者 「存在（至少一個）知足條件 P 的 x 」，前者稱爲「全稱量詞」，後者稱爲「存在量詞」，分別記做 ∀（A的下倒）、∃（E的左倒）。

　　　　　　SQL 中的 EXISTS 謂詞實現了謂詞邏輯中的存在量詞，然而遺憾的是， SQL 卻並無實現全稱量詞。可是沒有全稱量詞並不算是 SQL 的致命缺陷，由於全稱量詞和存在量詞只要定義了一個，另外一個就能夠被推導出來。具體能夠參考下面這個等價改寫的規則（德·摩根定律）。

∀ x P x = ¬ ∃ x ¬P（全部的 x 都知足條件 P ＝不存在不知足條件 P 的 x ）
∃ x P x = ¬ ∀ x ¬Px（存在 x 知足條件 P ＝並不是全部的 x 都不知足條件 P）

　　　　　　所以在 SQL 中，爲了表達全稱量化，須要將"全部的行都知足條件P" 這樣的命題轉換成 "不存在不知足條件 P 的行"

　　實踐篇

　　　　上面的理論篇，你們看了之後可能仍是有點暈，咱們結合具體的實際案例來看看 EXISTS 的妙用

　　　　查詢表中「不」存在的數據

　　　　　　上面的 tbl_student中的學生都分配到了具體的班級，假設新來了兩個學生（劉德華、張家輝），他們暫時還未被分配到班級，咱們如何將他們查詢出來（查詢未被分配到班級的學生信息）。

-- 新來、未被分配到班級的學生
INSERT INTO tbl_student(sno,name,age,sex) VALUES
('20190610010','劉德華',55,1),
('20190610011','張家輝',46,1);

　　　　　　咱們最容易想到的 SQL 確定是下面這條

-- NOT IN 實現
SELECT * FROM tbl_student WHERE sno NOT IN(SELECT sno FROM tbl_student_class);

　　　　　　其實用 NOT EXISTS 也是能夠實現的

-- NOT EXISTS 實現
SELECT * FROM tbl_student ts
WHERE NOT EXISTS (
    SELECT * FROM tbl_student_class tsc WHERE ts.sno = tsc.sno
);

　　　　全稱量化 ：習慣 「確定 ⇔ 雙重否認」 之間的轉換

　　　　　　EXISTS 謂詞來表達全稱量化，這是EXISTS 的用法中很具備表明性的一個用法。可是須要咱們打破常規思惟，習慣從全稱量化 「全部的行都××」 到其雙重否認 「不××的行一行都不存在」 的轉換。

　　　　　　假設咱們有學生成績表：tbl_student_score

-- 學生成績表
DROP TABLE IF EXISTS tbl_student_score;
CREATE TABLE tbl_student_score (
  id INT(8) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主鍵',
  sno VARCHAR(12) NOT NULL COMMENT '學號',
    subject VARCHAR(5) NOT NULL COMMENT '課程',
    score TINYINT(3) NOT NULL COMMENT '分數',
  PRIMARY KEY (id)
);
INSERT INTO tbl_student_score(sno,subject,score) VALUES
('20190607001','數學',100),
('20190607001','語文',80),
('20190607001','物理',80),
('20190608003','數學',80),
('20190608003','語文',95),
('20190609006','數學',40),
('20190609006','語文',90),
('20190610011','數學',80);

SELECT * FROM tbl_student_score;

　　　　　　一、查詢出「全部科目分數都在 50 分以上的學生」

　　　　　　　　2019060700一、2019060800三、20190610011 這三個學生知足條件，咱們須要將這 3 個學生查出來，這個 SQL 該如何寫？ 咱們須要轉換下命題，將查詢條件「全部科目分數都在 50 分以上」 轉換成它的雙重否認 「沒有一個科目分數不滿 50 分」，而後用 NOT EXISTS 來表示轉換後的命題

-- 沒有一個科目分數不滿 50 分
SELECT DISTINCT sno
FROM tbl_student_score tss1
WHERE NOT EXISTS -- 不存在知足如下條件的行
(    SELECT * FROM tbl_student_score tss2
    WHERE tss2.sno = tss1.sno
    AND tss2.score < 50    -- 分數不滿50 分的科目
);

　　　　　　二、查詢出「數學分數在 80 分以上（包含80）且語文分數在 50 分以上（包含）的學生」

　　　　　　　　結果應該是學號分別爲 2019060700一、20190608003 的學生。像這樣的需求，咱們在實際業務中應該會常常遇到，可是乍一看可能會以爲不太像是全稱量化的條件。若是改爲下面這樣的說法，可能咱們一會兒就能明白它是全稱量化的命題了。

"某個學生的全部行數據中，若是科目是數學，則分數在 80 分以上；若是科目是語文，則分數在 50 分以上。"

　　　　　　　　咱們再轉換成它雙重否認：某個學生的全部行數據中，若是科目是數學，則分數不低於 80；若是科目是語文，則分數不低於 50 ；咱們能夠按照以下順序寫出咱們想要的 SQL

-- 一、CASE 表達式，確定
CASE WHEN subject = '數學' AND score >= 80 THEN 1
        WHEN subject = '語文' AND score >= 50 THEN 1
        ELSE 0 
END;

-- 二、CASE 表達式，單重否認（加上 NOT EXISTS纔算雙重）
CASE WHEN subject = '數學' AND score < 80 THEN 1
        WHEN subject = '語文' AND score < 50 THEN 1
    ELSE 0 
END;

-- 三、結果包含了 20190610011 的 SQL 
SELECT DISTINCT sno
FROM tbl_student_score tss1
WHERE subject IN ('數學', '語文')
AND NOT EXISTS
(
    SELECT *FROM tbl_student_score tss2
    WHERE tss2.sno = tss1.sno
    AND 1 = CASE WHEN subject = '數學' AND score < 80 THEN 1
                        WHEN subject = '語文' AND score < 50 THEN 1
                        ELSE 0 
                    END
);

-- 四、20190610011 沒有語文成績，剔除掉
SELECT sno
FROM tbl_student_score tss1
WHERE subject IN ('數學', '語文')
AND NOT EXISTS
(
    SELECT * FROM tbl_student_score tss2
    WHERE tss2.sno = tss1.sno
    AND 1 = CASE WHEN subject = '數學' AND score < 80 THEN 1
                        WHEN subject = '語文' AND score < 50 THEN 1
                        ELSE 0 
                        END
)
GROUP BY sno
HAVING COUNT(*) = 2; -- 必須兩門科目都有分數

　　　　關於 EXISTS 的案例有不少，這裏就再也不舉例了，有興趣的小夥伴能夠看看：SQL 中的 EXISTS 到底作了什麼？

　　　　若是你們想掌握 EXISTS，但願你們多看看 EXISTS 的案例，看多了你就會發現其中的通性：哪些場景適合用 EXISTS。

總結

　　一、SQL 中的謂詞分兩種：一階謂詞和二階謂詞（EXISTS），區別主要在於接收的參數不一樣，一階謂詞接收的是 行，而二階謂詞接收的是 行的集合；

　　二、SQL 中沒有與全稱量詞至關的謂詞，可使用 NOT EXISTS 代替；

　　三、EXISTS 之因此難用（不是很差用，而是不會用），主要是全稱量詞的命題轉換（確定 ⇔ 雙重否認）比較難（樓主也懵！）。實際工做中每每會捨棄 EXISTS，尋找它的替代方式，多是 SQL 的替代，也多是業務方面的轉換，因此說，EXISTS 掌握不了不要緊，固然，能掌握那是最好了；

參考

　　《SQL基礎教程》

　　《SQL進階教程》

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