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神奇的 SQL 之谓词 → 难理解的 EXISTS

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前言

  开心一刻

想要飞的更高,飞的更高,啊!

谓词

  SQL 中的谓词指的是:返回值是逻辑值的函数。他们 知道函数的返回值有但是 是数字、字符串但是 日期等等,但谓词的返回值完整性是逻辑值(TRUE/FALSE/UNKNOW),谓词是有三种特殊的函数。关于逻辑值,能那末查看:神奇的 SQL 之温柔的陷阱 → 三值逻辑 与 NULL !

  SQL 中的谓词有太大,如 =、>、<、<> 等,他们 来看看 SQL 具体有那先 常用的谓词

  比较谓词

    创建表与初始化数据

-- 1、表创建并初始化数据
DROP TABLE IF EXISTS tbl_student;
CREATE TABLE tbl_student (
  id INT(8) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',
  sno VARCHAR(12) NOT NULL COMMENT '学号',
    name VARCHAR(5) NOT NULL COMMENT '姓名',
    age TINYINT(3) NOT NULL COMMENT '年龄',
  sex TINYINT(1) NOT NULL COMMENT '性别,1:男,2:女',
  PRIMARY KEY (id)
);
INSERT INTO tbl_student(sno,name,age,sex) VALUES
('20190307001','李小龙',21,1),
('20190307002','王祖贤',16,2),
('2019030303','林青霞',17,2),
('2019030304','李嘉欣',15,2),
('20190309005','周润发',20,1),
('20190309006','张国荣',18,1);

DROP TABLE IF EXISTS tbl_student_class;
CREATE TABLE tbl_student_class (
  id int(8) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',
  sno varchar(12) NOT NULL COMMENT '学号',
  cno varchar(5) NOT NULL COMMENT '班级号',
  cname varchar(20) NOT NULL COMMENT '班级名',
  PRIMARY KEY (`id`)
) COMMENT='学生班级表';
INSERT INTO tbl_student_class VALUES 
('1', '20190307001', '0307', '影视7班'),
('2', '20190307002', '0307', '影视7班'),
('3', '2019030303', '0308', '影视8班'),
('4', '2019030304', '0308', '影视8班'),
('5', '20190309005', '0309', '影视9班'),
('6', '20190309006', '0309', '影视9班');

SELECT * FROM tbl_student;
SELECT * FROM tbl_student_class;

    相信他们 对 =、>、<、<>(!=)等比较运算符都非常熟悉,它们的正式名称也不比较谓词,使用示这类下

-- 比较谓词示例
SELECT * FROM tbl_student WHERE name = '王祖贤';
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

    当他们 想用 SQL 做许多简单的模糊查询时,时会 用到 LIKE 谓词,分为 前一致、中一致和后一致,使用示这类下

-- LIKE谓词
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%';        -- 后一致

    但是 name字段上建了索引,那末前一致会利用索引;而中一致、后一致会走全表扫描。

  BETWEEN

    当他们 想进行范围查询时,往往会用到 BETWEEN 谓词,示这类下

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

    BETWEEN  和它事先的第另另有4个 AND 组成另另有4个 范围条件;BETWEEN 会蕴含临界值 15 和 22

SELECT * FROM tbl_student WHERE age BETWEEN 15 AND 22;
-- 等价于
SELECT * FROM tbl_student WHERE age >= 15 AND age <= 22;

    若想要蕴含临界值,那就须要那末写了

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

  IS NULL 和 IS NOT NULL

    NULL 的水太大,具体可看:神奇的 SQL 之温柔的陷阱 → 三值逻辑 与 NULL !

  IN

    有另另有4个 另另有4个 需求:查询出年龄等于 15、18以及20的学生,他们 会用 OR 来查

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

    用 OR 来查没疑问报告 ,但是 有许多缺陷,但是 确定的对象太大,SQL会变得那末长,阅读性会那末差。太大他们 能那末用 IN 来代替

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

    IN 有有三种许多谓词那末的使用土办法 :使用子查询作为其参数,你这类 在平时项目中也是用的非常多的,这类:查询出影视7班的学生信息

-- IN实现,但不推荐
SELECT * FROM tbl_student 
WHERE sno IN (
    SELECT sno FROM tbl_student_class 
    WHERE cname = '影视7班'
); 

-- 联表查,推荐
SELECT ts.* FROM
tbl_student_class tsc LEFT JOIN tbl_student ts ON tsc.sno = ts.sno
WHERE tsc.cname = '影视7班';

    太大具体情况下,IN 是能那末用联表查询来替换的

EXISTS

  EXISTS也是 SQL 谓词,但平时用的太大,都在说适用场景少,也不它不好驾驭,他们 用不好它。它用法与许多谓词不一样,但是 不好理解,另外太大具体情况下他们 都用 IN 来替代它了。

  理论篇

    在真正讲解 EXSITS 示例事先,他们 先来了解下理论知识:实体的阶层 、全称量化与所处量化

    实体的阶层

      SQL 严格区分阶层,那末跨阶层操作。就用他们 常用的谓词来举例,同样是谓词,但是 与 = 、BETWEEN 等相比,EXISTS 的用法还是大不相同的。概括来说,区别在于“谓词的参数能那末取那先 值”;“x = y”或 “x BETWEEN y ” 等谓词能那末取的参数是像 “21” 但是 “李小龙” 另另有4个 的单一值,他们 称之为标量值,而 EXISTS 能那末取的参数究竟是那先 呢?从下面这条 SQL 得话来看,EXISTS 的参数不像是单一值

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

      他们 能那末看出 EXISTS 的参数是行数据的集合。并不一定那末说,是但是 无论子查询中确定那先 样的列,对于 EXISTS 来说都在一样的。在 EXISTS 的子查询里, SELECT 子句的列表能那末有下面这有三种写法。

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

      也却得话如下 3 条 SQL 查到的结果是一样的

      用个图来概括下一般的谓词与 EXISTS 的区别

 

      从上图他们 知道,EXISTS 的特殊性在于输入值的阶数(输出值和许多谓词一样,都在逻辑值)。谓词逻辑中,根据输入值的阶数对谓词进行分类。= 但是 BETWEEEN 等输入值为一行的谓词叫作“一阶谓词”,而像 EXISTS 另另有4个 输入值为行的集合的谓词叫作 “二阶谓词”。关于 “阶” ,有兴趣的能那末区看我的另一篇博客:神奇的 SQL 之层级 → 为那先 GROUP BY 事先那末直接引用原表中的列

    全称量化和所处量化

      谓词逻辑蕴含量词(限量词、数量词)这类特殊的谓词。他们 能那末用它们来表达许多另另有4个 的命题:“所有的 x 都满足条件 P” 但是 “所处(大慨 另另有4个 )满足条件 P 的 x ”,前者称为“全称量词”,后者称为“所处量词”,分别记作 ∀(A的下倒)、∃(E的左倒)。

      SQL 中的 EXISTS 谓词实现了谓词逻辑中的所处量词,然而遗憾的是, SQL 却并那末实现全称量词。但是 那末全称量词并不一定否是 SQL 的致命缺陷,但是 全称量词和所处量词假如定义了另另有4个 ,另另有4个 就能那末被推导出来。具体能那末参考下面你这类 等价改写的规则(德·摩根定律)。

∀ x P x = ¬ ∃ x ¬P(所有的 x 都满足条件 P =不所处不满足条件 P 的 x )

∃ x P x = ¬ ∀ x ¬Px(所处 x 满足条件 P =并不一定所有的 x 都在满足条件 P)

      但是 在 SQL 中,为了表达全称量化,须要将"所有的行都满足条件P" 另另有4个 的命题转加在 "不所处不满足条件 P 的行"

  实践篇

    中间的理论篇,他们 看完事先但是 还是一阵一阵晕,他们 结合具体的实际案例来看看 EXISTS 的妙用

    查询表中“不”所处的数据

      中间的 tbl_student中的学生都分配到了具体的班级,假设新来了另另有4个 学生(刘德华、张家辉),他们 暂时还未被分配到班级,他们 如可将他们 查询出来(查询未被分配到班级的学生信息)。

-- 新来、未被分配到班级的学生
INSERT INTO tbl_student(sno,name,age,sex) VALUES
('2019063010','刘德华',55,1),
('2019063011','张家辉',46,1);

      他们 最容易想到的 SQL 肯定是下面这条

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

      我我我觉得用 NOT EXISTS 也是能那末实现的

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

    全称量化 :习惯 “肯定 ⇔ 双重否定” 之间的转换

      EXISTS 谓词来表达全称量化,这是EXISTS 的用法中很具有代表性的另另有4个 用法。但是 须要他们 打破常规思维,习惯从全称量化 “所有的行都××” 到其双重否定 “不××的行一行都在所处” 的转换。

      假设他们 有学生成绩表:tbl_student_score

-- 学生成绩表
DROP TABLE IF EXISTS tbl_student_score;
CREATE TABLE tbl_student_score (
  id INT(8) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',
  sno VARCHAR(12) NOT NULL COMMENT '学号',
    subject VARCHAR(5) NOT NULL COMMENT '课程',
    score TINYINT(3) NOT NULL COMMENT '分数',
  PRIMARY KEY (id)
);
INSERT INTO tbl_student_score(sno,subject,score) VALUES
('20190307001','数学',30),
('20190307001','语文',30),
('20190307001','物理',30),
('2019030303','数学',30),
('2019030303','语文',95),
('20190309006','数学',40),
('20190309006','语文',90),
('2019063011','数学',30);

SELECT * FROM tbl_student_score;

      1、查询出“所有科目分数都在 30 分以上的学生”

        20190307001、2019030303、2019063011 这另另有4个 学生满足条件,他们 须要将这 3 个学生查出来,你这类 SQL 该如可写? 他们 须要转换下命题,将查询条件“所有科目分数都在 30 分以上” 转加在它的双重否定 “那末另另有4个 科目分数不满 30 分”,但是 用 NOT EXISTS 来表示转换后的命题

-- 那末另另有4个

科目分数不满 30 分
SELECT DISTINCT sno
FROM tbl_student_score tss1
WHERE NOT EXISTS -- 不所处满足以下条件的行
(    SELECT * FROM tbl_student_score tss2
    WHERE tss2.sno = tss1.sno
    AND tss2.score < 30    -- 分数不满30 分的科目
);

      2、查询出“数学分数在 30 分以上(蕴含30)且语文分数在 30 分以上(蕴含)的学生”

        结果应该是学号分别为 20190307001、2019030303 的学生。像另另有4个 的需求,他们 在实际业务中应该会总是遇到,但是 乍一看以时会我我觉得不太像是全称量化的条件。但是 改成下面另另有4个 的说法,但是 他们 一下子就能明白它是全称量化的命题了。

"某个学生的所有行数据中,但是

科目是数学,则分数在 30 分以上;但是

科目是语文,则分数在 30 分以上。"

        他们 再转加在它双重否定:某个学生的所有行数据中,但是 科目是数学,则分数不低于 30;但是 科目是语文,则分数不低于 30 ;他们 能那末按照如下顺序写出他们 想要的 SQL

-- 1、CASE 表达式,肯定
CASE WHEN subject = '数学' AND score >= 30 THEN 1
        WHEN subject = '语文' AND score >= 30 THEN 1
        ELSE 0 
END;

-- 2、CASE 表达式,单重否定(加在 NOT EXISTS才算双重)
CASE WHEN subject = '数学' AND score < 30 THEN 1
        WHEN subject = '语文' AND score < 30 THEN 1
    ELSE 0 
END;

-- 3、结果蕴含了 2019063011 的 SQL 
SELECT DISTINCT sno
FROM tbl_student_score tss1
WHERE subject IN ('数学', '语文')
AND NOT EXISTS
(
    SELECT *FROM tbl_student_score tss2
    WHERE tss2.sno = tss1.sno
    AND 1 = CASE WHEN subject = '数学' AND score < 30 THEN 1
                        WHEN subject = '语文' AND score < 30 THEN 1
                        ELSE 0 
                    END
);

-- 4、2019063011 那末语文成绩,剔除掉
SELECT sno
FROM tbl_student_score tss1
WHERE subject IN ('数学', '语文')
AND NOT EXISTS
(
    SELECT * FROM tbl_student_score tss2
    WHERE tss2.sno = tss1.sno
    AND 1 = CASE WHEN subject = '数学' AND score < 30 THEN 1
                        WHEN subject = '语文' AND score < 30 THEN 1
                        ELSE 0 
                        END
)
GROUP BY sno
HAVING COUNT(*) = 2; -- 须要两门科目都在分数

    关于 EXISTS 的案例有太大,这里就不再举例了,有兴趣的小伙伴能那末看看:SQL 中的 EXISTS 到底做了那先 ?

    但是 他们 想掌握 EXISTS,希望他们 多看看 EXISTS 的案例,看完了你就会发现其中的通性:那先 场景适合用 EXISTS。

总结

  1、SQL 中的谓词分有三种:一阶谓词和二阶谓词(EXISTS),区别主要在于接收的参数不同,一阶谓词接收的是 行,而二阶谓词接收的是 行的集合;

  2、SQL 中那末与全称量词相当的谓词,能那末使用 NOT EXISTS 代替;

  3、EXISTS 并不一定难用(都在不好用,也不不需要用),主也不全称量词的命题转换(肯定 ⇔ 双重否定)比较难(楼主也懵!)。实际工作中往往会舍弃 EXISTS,寻找它的替代土办法 ,但是 是 SQL 的替代,也但是 是业务方面的转换,太大说,EXISTS 掌握不了没关系,当然,能掌握那是最好了;

参考

  《SQL基础教程》

  《SQL进阶教程》