神奇的 SQL 之谓词 → 难理解的 EXISTS

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前言

  开心一刻

帮我飞的更高,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。大伙儿 知道函数的返回值有不可能 是数字、字符串不可能 日期等等,但谓词的返回值删改是逻辑值(TRUE/FALSE/UNKNOW),谓词是一种生活 特殊的函数。关于逻辑值,可不时要查看:神奇的 SQL 之温柔的陷阱 → 三值逻辑 与 NULL !

  SQL 中的谓词有统统,如 =、>、<、<> 等,大伙儿 来看看 SQL 具体哪些常用的谓词

  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;

    相信大伙儿 对 =、>、<、<>(!=)等比较运算符都非常熟悉,它们的正式名称本来比较谓词,使用示类似于下

-- 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

    当大伙儿 想用 SQL 做统统简单的模糊查询时,还会用到 LIKE 谓词,分为 前一致、中一致和后一致,使用示类似于下

-- 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

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

  BETWEEN

    当大伙儿 想进行范围查询时,往往会用到 BETWEEN 谓词,示类似于下

-- 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  和它以前的第有一一俩个 多多 AND 组成有一一俩个 多多 范围条件;BETWEEN 会含晒 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;

    若我想要含晒 临界值,那就时要没人 写了

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

  IS NULL 和 IS NOT NULL

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

  IN

    有本来有一一俩个 多多 需求:查询出年龄等于 15、18以及20的学生,大伙儿 会用 OR 来查

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

    用 OR 来查没疑问图片,统统有统统不足,不可能 选用的对象太多,SQL会变得没人 长,阅读性会没人 差。统统大伙儿 可不时要用 IN 来代替

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

    IN 有一种生活 统统谓词没人 的使用辦法 :使用子查询作为其参数,你这个 在平时项目中也是用的非常多的,类似于: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';

    统统状态下,IN 是可不时要用联表查询来替换的

EXISTS

  EXISTS也是 SQL 谓词,但平时用的太多,都是说适用场景少,本来它不好驾驭,大伙儿 用不好它。它用法与统统谓词不一样,统统不好理解,另外统统状态下大伙儿 都用 IN 来替代它了。

  理论篇

    在真正讲解 EXSITS 示例以前,大伙儿 先来了解下理论知识:实体的阶层 、全称量化与位于量化

    实体的阶层

      SQL 严格区分阶层,都里能 跨阶层操作。就用大伙儿 常用的谓词来举例,同样是谓词,统统与 = 、BETWEEN 等相比,EXISTS 的用法还是大不相同的。概括来说,区别在于“谓词的参数可不时要取哪些值”;“x = y”或 “x BETWEEN y ” 等谓词可不时要取的参数是像 “21” 不可能 “李小龙” 本来的单一值,大伙儿 称之为标量值,而 EXISTS 可不时要取的参数究竟是哪些呢?从下面这条 SQL 话语来看,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
);

      大伙儿 可不时要看出 EXISTS 的参数是行数据的集合。未必没人 说,是不可能 无论子查询中选用哪些样的列,对于 EXISTS 来说都是一样的。在 EXISTS 的子查询里, SELECT 子句的列表可不时要有下面这个种生活 写法。

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

      也却话语如下 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

 

      从上图大伙儿 知道,EXISTS 的特殊性在于输入值的阶数(输出值和统统谓词一样,都是逻辑值)。谓词逻辑中,根据输入值的阶数对谓词进行分类。= 不可能 BETWEEEN 等输入值为一行的谓词叫作“一阶谓词”,而像 EXISTS 本来输入值为行的集合的谓词叫作 “二阶谓词”。关于 “阶” ,有兴趣的可不时要区看我的另一篇博客:神奇的 SQL 之层级 → 为哪些 GROUP BY 以前都里能 直接引用原表中的列

    全称量化和位于量化

      谓词逻辑含晒 量词(限量词、数量词)类似于特殊的谓词。大伙儿 可不时要用它们来表达统统本来的命题:“所有的 x 都满足条件 P” 不可能 “位于(相当于有一一俩个 多多 )满足条件 P 的 x ”,前者称为“全称量词”,后者称为“位于量词”,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位于量词,然而遗憾的是, SQL 却并没人 实现全称量词。统统没人 全称量词从不有无 SQL 的致命不足,不可能 全称量词和位于量词假若定义了有一一俩个 多多 ,本来就可不时要被推导出来。具体可不时要参考下面你这个 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 =不位于不满足条件 P 的 x )

∃ x P x = ¬ ∀ x ¬Px(位于 x 满足条件 P =从不所有的 x 都是满足条件 P)

      统统在 SQL 中,为了表达全称量化,时要将"所有的行都满足条件P" 本来的命题转添加 "不位于不满足条件 P 的行"

  实践篇

    里边的理论篇,大伙儿 看多以前不可能 还是有点儿晕,大伙儿 结合具体的实际案例来看看 EXISTS 的妙用

    查询表中“不”位于的数据

      里边的 tbl_student中的学生都分配到了具体的班级,假设新来了有一一俩个 多多 学生(刘德华、张家辉),大伙儿 暂时还未被分配到班级,大伙儿 怎么才能 才能 将大伙儿 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);

      大伙儿 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);

      人太好用 NOT EXISTS 也是可不时要实现的

-- 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有一一俩个 多多 用法。统统时要大伙儿 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××的行一行都是位于” 的转换。

      假设大伙儿 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“所有科目分数都是 30 分以上的学生”

        20190307001、2019030303、2019063011 你这个 个多多 学生满足条件,大伙儿 时要将这 3 个学生查出来,你这个 SQL 该怎么才能 才能 写? 大伙儿 时要转换下命题,将查询条件“所有科目分数都是 30 分以上” 转添加它的双重否定 “没人 有一一俩个 多多 科目分数不满 30 分”,统统用 NOT EXISTS 来表示转换后的命题

-- 没人


有一一俩个

多多

科目分数不满 30 分
SELECT DISTINCT sno
FROM tbl_student_score tss1
WHERE NOT EXISTS -- 不位于满足以下条件的行
(    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(含晒 30)且语文分数在 30 分以上(含晒 )的学生”

        结果应该是学号分别为 20190307001、2019030303 的学生。像本来的需求,大伙儿 在实际业务中应该会经常遇到,统统乍一看不可能 会人太好不太像是全称量化的条件。不可能 改成下面本来的说法,不可能 大伙儿 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,不可能

科目是数学,则分数在 30 分以上;不可能

科目是语文,则分数在 30 分以上。"

        大伙儿 再转添加它双重否定:某个学生的所有行数据中,不可能 科目是数学,则分数不低于 30;不可能 科目是语文,则分数不低于 30 ;大伙儿 可不时要按照如下顺序写出大伙儿 我想要的 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(添加 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、结果含晒

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 没人


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; -- 时要两门科目都是分数

    关于 EXISTS 的案例有统统,这里就不再举例了,有兴趣的小伙伴可不时要看看:SQL 中的 EXISTS 到底做了哪些?

    不可能 大伙儿 想掌握 EXISTS,希望大伙儿 多看看 EXISTS 的案例,看多了你就会发现其中的通性:哪些场景适合用 EXISTS。

总结

  1、SQL 中的谓词分一种生活 :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 中没人 与全称量词相当的谓词,可不时要使用 NOT EXISTS 代替;

  3、EXISTS 未必难用(都是不好用,本来不用用),主本来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,寻找它的替代辦法 ,不可能 是 SQL 的替代,本来可能 是业务方面的转换,统统说,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》