SQL：开窗函数（窗口函数）

4、 窗口函数

• 简单理解，就是对查询的结果多出一列，这一列可以是聚合值，也可以是排序值。
• 开窗函数一般就是说的是over（）函数，其窗口是由一个 OVER 子句 定义的多行记录
• 开窗函数一般分为两类,聚合开窗函数和排序开窗函数。

简单来说，窗口函数有以下功能：

• 1）同时具有分组和排序的功能
• 2）不减少原表的行数
• 3）语法如下：

<窗口函数> over (partition by <用于分组的列名>
                order by <用于排序的列名> [rows between ?? and ???])

<窗口函数>的位置，可以放以下两种函数：

• 1） 专用窗口函数，包括后面要讲到的rank, dense_rank, row_number等专用窗口函数。
• 2） 聚合函数，如sum(). avg(), count(), max(), min()等,rows between…and…

因为窗口函数是对where或者group by子句处理后的结果进行操作，所以窗口函数原则上只能写在select子句中。

3）业务需求“在每组内排名”，比如：

排名问题：每个部门按业绩来排名
topN问题：找出每个部门排名前N的员工进行奖励

4.1 排序窗口函数rank

-- 如果我们想在每个班级内按成绩排名，得到下面的结果。
select *,
   rank() over (partition by 班级
                 order by 成绩 desc) as ranking
from 班级表;

我们来解释下这个sql语句里的select子句。rank是排序的函数。要求是“每个班级内按成绩排名”，这句话可以分为两部分：

• 1）每个班级内：按班级分组

  partition by用来对表分组。在这个例子中，所以我们指定了按“班级”分组（partition by 班级）

• 2）按成绩排名

  order by子句的功能是对分组后的结果进行排序，默认是按照升序（asc）排列。在本例中（order by 成绩 desc）是按成绩这一列排序，加了desc关键词表示降序排列。

通过下图，我们就可以理解partiition by（分组）和order by（在组内排序)的作用了。

group by分组汇总后改变了表的行数，一行只有一个类别。而partiition by和rank函数不会减少原表中的行数。

注意事项：

• ​ partition子句可是省略，省略就是不指定分组，只是按成绩由高到低进行了排序。但是，这就失去了窗口函数的功能，所以一般不要这么使用。

• 窗口函数原则上只能写在select子句中

4.2 rank(), dense_rank(), row_number()区别

select *,
   rank() over (order by 成绩 desc) as ranking,
   dense_rank() over (order by 成绩 desc) as dese_rank,
   row_number() over (order by 成绩 desc) as row_num
from 班级表

得到结果：

从上面的结果可以看出：

	rank函数：这个例子中是5位，5位，5位，8位，也就是如果有并列名次的行，会占用下一名次的位置。比如正常排名是1，2，3，4，但是现在前3名是并列的名次，结果是：1，1，1，4。

	dense_rank函数：这个例子中是5位，5位，5位，6位，也就是如果有并列名次的行，不占用下一名次的位置。比如正常排名是1，2，3，4，但是现在前3名是并列的名次，结果是：1，1，1，2。

	row_number函数：这个例子中是5位，6位，7位，8位，也就是不考虑并列名次的情况。比如前3名是并列的名次，排名是正常的1，2，3，4。

4.3 、排序截取数据lag(),lead(),ntile(),cume_dist()

• LAG(col,n,default_val)：获取往前第n行数据，col是列名，n是往上的行数，当第n行为null的时候取default_val
• LEAD(col,n, default_val)：往后第n行数据，col是列名，n是往下的行数，当第n行为null的时候取default_val
• NTILE(n)：把有序分区中的行分发到指定数据的组中，各个组有编号，编号从1开始，对于每一行，NTILE返回此行所属的组的编号。
• cume_dist（），计算某个窗口或分区中某个值的累积分布。假定升序排序，则使用以下公式确定累积分布：
  • 小于等于当前值x的行数 / 窗口或partition分区内的总行数。其中，x 等于 order by 子句中指定的列的当前行中的值。

4.4 聚合函数作为窗口函数

​ 聚和窗口函数和上面提到的专用窗口函数用法完全相同，只需要把聚合函数写在窗口函数的位置即可，但是函数后面括号里面不能为空，需要指定聚合的列名。

我们来看一下窗口函数是聚合函数时，会出来什么结果：

select *,
   sum(成绩) over (order by 学号) as current_sum,
   avg(成绩) over (order by 学号) as current_avg,
   count(成绩) over (order by 学号) as current_count,
   max(成绩) over (order by 学号) as current_max,
   min(成绩) over (order by 学号) as current_min
from 班级表

​ 如上图，聚合函数sum在窗口函数中，是对自身记录、及位于自身记录以上的数据进行求和的结果。比如0004号，在使用sum窗口函数后的结果，是对0001，0002，0003，0004号的成绩求和，若是0005号，则结果是0001号~0005号成绩的求和，以此类推。

​ 不仅是sum求和，平均、计数、最大最小值，也是同理，都是针对自身记录、以及自身记录之上的所有数据进行计算，

这样使用窗口函数有什么用呢？

​ 聚合函数作为窗口函数，可以在每一行的数据里直观的看到，截止到本行数据，统计数据是多少（最大值、最小值等）。同时可以看出每一行数据，对整体统计数据的影响。

4.4、over(- - rows between and )

sum()/... over ([partition by 列名] [order by 列名] [rows between ... and ...] )
-- 从起点到当前行数据聚合
between unbounded preceding and current row 
-- 往前2行到往后1行的数据聚合
between 2 preceding and 1 following 

• rows必须跟在Order by 子句之后，对排序的结果进行限制，使用固定的行数来限制分区中的数据行数量。
  • OVER()：指定分析函数工作的数据窗口大小，这个数据窗口大小可能会随着行的变而变化。
  • CURRENT ROW：当前行
  • n PRECEDING：往前n行数据
  • n FOLLOWING：往后n行数据
  • UNBOUNDED：起点，unbounded preceding 表示从表数据的起点， unbounded following表示到后面的终点

select name,subject,score,
sum(score) over() as sum1,
sum(score) over(partition by subject) as sum2,
sum(score) over(partition by subject order by score) as sum3, 
-- 由起点到当前行的窗口聚合，和sum3一样
sum(score) over(partition by subject order by score rows between unbounded preceding and current row) as sum4, 
-- 当前行和前面一行的窗口聚合
sum(score) over(partition by subject order by score rows between 1 preceding and current row) as sum5,
-- 当前行的前面一行和后面一行的窗口聚合
sum(score) over(partition by subject order by score rows between 1 preceding AND 1 following) as sum6,
-- 当前和后面所有的行
sum(score) over(partition by subject order by score rows between current row and unbounded following) as sum7
from t_fraction;

+-------+----------+--------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+
| name  | subject  | score  | sum1  | sum2  | sum3  | sum4  | sum5  | sum6  | sum7  |
+-------+----------+--------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+
| 孙悟空   | 数学       | 12     | 359   | 185   | 12    | 12    | 12    | 31    | 185   |
| 沙悟净   | 数学       | 19     | 359   | 185   | 31    | 31    | 31    | 104   | 173   |
| 猪八戒   | 数学       | 73     | 359   | 185   | 104   | 104   | 92    | 173   | 154   |
| 唐玄奘   | 数学       | 81     | 359   | 185   | 185   | 185   | 154   | 154   | 81    |
| 猪八戒   | 英语       | 11     | 359   | 80    | 11    | 11    | 11    | 26    | 80    |
| 孙悟空   | 英语       | 15     | 359   | 80    | 26    | 26    | 26    | 49    | 69    |
| 唐玄奘   | 英语       | 23     | 359   | 80    | 49    | 49    | 38    | 69    | 54    |
| 沙悟净   | 英语       | 31     | 359   | 80    | 80    | 80    | 54    | 54    | 31    |
| 孙悟空   | 语文       | 10     | 359   | 94    | 10    | 10    | 10    | 31    | 94    |
| 唐玄奘   | 语文       | 21     | 359   | 94    | 31    | 31    | 31    | 53    | 84    |
| 沙悟净   | 语文       | 22     | 359   | 94    | 53    | 53    | 43    | 84    | 63    |
| 猪八戒   | 语文       | 41     | 359   | 94    | 94    | 94    | 63    | 63    | 41    |
+-------+----------+--------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+