Window関数のパーティションはPARTITION BY句で指定するだけなのですが、フレームについては色々モードやオプションがあり細かく指定できます。 フレーム指定は一見難しそうに見えますが、一回理解すると自由自在にWindow関数が使えるようになると思います。MySQL 8.0でもWindow関数が導入されてますます利用頻度が増えた今、少し時間はかかるかもしれませんが、ちゃんと理解しておくと便利です。

Window関数のシンタックスは以下のようになっています。1 2

window_function:
[ existing_window_name ]
[ PARTITION BY expression [, ...] ]
[ ORDER BY expression [ ASC | DESC | USING operator ] [ NULLS { FIRST | LAST } ] [, ...] ]
[ frame_clause ]

frame_clause:
{ RANGE | ROWS | GROUPS } frame_start [ frame_exclusion ]
{ RANGE | ROWS | GROUPS } BETWEEN frame_start AND frame_end [ frame_exclusion ]

frame_start and frame_end:
{
	UNBOUNDED PRECEDING |
	offset PRECEDING |
	CURRENT ROW |
	offset FOLLOWING |
	UNBOUNDED FOLLOWING
}

frame_exclusion:
{
	EXCLUDE CURRENT ROW |
	EXCLUDE GROUP |
	EXCLUDE TIES |
	EXCLUDE NO OTHERS
}

フレームの指定は、RANGE、ROWS、GROUPSの中から一つモードを選び、その後にフレームの境界を指定します。frame_startだけを指定した場合は、frame_endはCURRENT ROWになります。 今回は、frame_clauseとframe_start、frame_endについて説明し、frame_exclusionについてはまた別途解説しようと思います。

モードの種類

今年リリース予定のPostgreSQL 11では、フレーム指定のモードが3種類使えます。

  • ROWSモード
    • SQL:2003の新機能
    • PostgreSQL 11以前でも使える
    • MySQL 8.0でも使える
  • RANGEモード
    • SQL:2003の新機能
    • PostgreSQL 11以前でも使える
    • MySQL 8.0でも使える
  • GROUPSモード
    • SQL:2011の新機能3
    • PostgreSQL 11で導入された新入り
    • GROUPSモードを実装しているのは今の所PostgreSQL 11だけのよう4

各フレームオプションの意味や、モードによってどのように挙動が異なるかを解説します。

UBOUNDED PRECEDING, UNBOUNDED FOLLOWING

この2つのフレームオプションはモードに関係なく動作します。

UNBOUNDED PRECEDINGを指定すると、フレーム開始とパーティション開始が一致し、UNBOUNDED FOLLOWINGを指定するとフレーム終了とパーティション終了が一致します。

=# SELECT *,
	string_agg(c, ',') OVER (
		PARTITION BY color
		ORDER BY c
		ROWS BETWEEN UNBOUNDED PRECEDING AND UNBOUNDED FOLLOWING
		)
	FROM w;

 color | c |  string_agg
-------+---+---------------
 red   | a | a,b,b,c,c,d,e
 red   | b | a,b,b,c,c,d,e
 red   | b | a,b,b,c,c,d,e
 red   | c | a,b,b,c,c,d,e
 red   | c | a,b,b,c,c,d,e
 red   | d | a,b,b,c,c,d,e
 red   | e | a,b,b,c,c,d,e
(7 rows)

上記のように指定すると、フレームは常に(color列で分割している)パーティションと一致します。そのため、string_agg()関数の処理対象は常にパーティション全体となるので、パーティション内での結果が同じになります。これは簡単。 上記の例ではROWSモードにしましたが、他のモードでもを変えても結果は同じです。

CURRNET ROW

CURRENT ROWはその意味の通り、「現在の行」をフレーム開始またはフレーム終了に指定しますが、RANGE、GROUPS、ROWSのそれぞれのモードで”現在の行”の判定が変わります。

ROWSモード

ROWSモードでのCURRENT ROWの考え方は非常に単純で、その名の通り「現在の行」がCURRENT ROWになります。

※わかりやすくするためにcolor列の’red’を’red(1)’,’red(2)’…に分けています。

=# SELECT *,
	sum(value) OVER (
		PARTITION BY color
		ORDER BY value
		ROWS BETWEEN UNBOUNDED PRECEDING AND CURRENT ROW
		)
	FROM w;

---------------------------
 color | c |  string_agg
-------+---+---------------  =    =    =    =     <---- フレームの始まり(UNBOUNDED PRECEDING)
 red(1)| a | a,              |(1) |    |    |
-------+---+---------------  =    |(2) |    |     <---- 現在の行='red(1)'の時のフレームの終わり(CURRENT ROW)
 red(2)| b | a,b                  |    |(3) |
-------+---+---------------       =    |    |(4)  <---- 現在の行='red(2)'の時のフレームの終わり(CURRENT ROW)
 red(3)| b | a,b,b                     |    |
-------+---+---------------            =    |     <---- 現在の行='red(3)'の時のフレームの終わり(CURRENT ROW)
 red(4)| c | a,b,b,c                        |
-------+---+---------------                 =     <---- 現在の行='red(4)'の時のフレームの終わり(CURRENT ROW)
 red(5)| c | a,b,b,c,c
-------+---+---------------                         :
 red(6)| d | a,b,b,c,c,d                            : 以下の同じように続く
-------+---+---------------                         :
 red(7)| e | a,b,b,c,c,d,e
---------------------------
(7 rows)

全ての行がフレーム境界になるので、上記のように、現在行が進むに連れてフレームは行が進む毎に広がっていき、string_agg()の処理対象も広がっていきます。

RANGE, GROUPSモード

この2つのモードは、CURRENT ROWを使う上では実質同じ挙動をするので、まとめて解説します。

RANGE、GROUPSモードでは、フレーム開始にCURRENT ROWを指定した場合は一致する行のグループの先頭、フレーム終了にCURRENT ROWを指定した場合は一致するグループの末尾になります。

=# SELECT *,
	sum(value) OVER (
		PARTITION BY color
		ORDER BY value
		GROUPS BETWEEN UNBOUNDED PRECEDING AND CURRENT ROW
		)
	FROM w;
---------------------------
 color | c |  string_agg
-------+---+---------------  =    =    =    =     <---- フレームの始まり(UNBOUNDED PRECEDING)
 red(1)| a | a,              |    |    |    |
-------+---+---------------  |    |    |    |
 red(2)| b | a,b,b           |(1) |(2) |    |
-------+---+---------------  |    |    |(3) |(4)
 red(3)| b | a,b,b           |    |    |    |
-------+---+---------------  =    =    |    |    <---- 現在の行='red(1), red(2)'の時のフレームの終わり(CURRENT ROW)
 red(4)| c | a,b,b,c,c                 |    |
-------+---+---------------            |    |
 red(5)| c | a,b,b,c,c                 |    |
-------+---+---------------            =    =    <---- 現在の行='red(3), red(4)'の時のフレームの終わり(CURRENT ROW)
 red(6)| d | a,b,b,c,c,d
-------+---+---------------                         : 以下の同じように続く
 red(7)| e | a,b,b,c,c,d,e                          :
---------------------------
(7 rows)

RANGE、GROUPSモードでのCURRENT ROWは、同じ値も含めたグループがCURRENT ROWとしてみなされます。上記の例では、blue(1)とblue(2)は共にvalue = 130で、フレーム終点にCURRENT_ROWを指定しているので、blue(1)、blue(2)の時のフレーム(1)と(2)は同じフレームになります。

offset PRECEDING and offset FOLLOWING

offset PRECEDING/FOLLOWINGは、フレーム境界を現在の行の位置や値を基準にoffset分だけ後ろ、または前のデータをフレームに加えます。各モードでの基本的な考え方はこれまで解説したものとにています。

  • ROWSモード
    • 現在の行の位置を基準に、offset分だけ後ろ/前をフレームに含める
  • GROUPSモード
    • 同一の行をひとまとまりにしたグループを基準に、offset分だけ後ろ/前をフレームに含める
  • RANGEモード
    • 現在の行の値を基準に、offset分だけ後ろ/前をフレームに含める

ROWSモード

ROWSモードはその名の通り、行をベースにしてオフセットを指定します。

=# SELECT *,
	string_agg(c, ',') OVER (
		PARTITION BY color
		ORDER BY c
		ROWS BETWEEN 1 PRECEDING AND 1 FOLLOWING
		)
	FROM w;

--------------------------
 color | c |  string_agg    1  2
-------+---+--------------  =  =
 red(1)| a | a,b            |  |  3
-------+---+--------------  -  -  =
 red(2)| b | a,b,b          |  |  |  4
-------+---+--------------  =  -  -  =
 red(3)| b | b,b,c             |  |  |  5
-------+---+--------------     =  -  -  =
 red(4)| c | b,c,c                |  |  |  6
-------+---+--------------        =  -  -  =
 red(5)| c | c.c,d                   |  |  |  7
 -------+---+-------------           =  -  -  =
 red(6)| d | c,d,e                      |  |  |
-------+---+--------------              =  -  -
 red(7)| e | d,e                           |  |
--------------------------                 =  =
(7 rows)

※フレーム境界を簡易的に表しています。-がグループの境界で、=がフレームの境界です。上に付いている番号は同じ番号の行に対応するフレームを表しています。

フレームオプションが、ROWS BETWEEN 1 PRECEDING AND 1 FOLLOWINGなので、「1つ前の行～1つ後ろの行」までをフレームに含めます。

GROUPSモード

GROUPSモードでは、同一行を一つのグループとみなして、オフセットの指定も「1つ前のグループ」「2つ後のグループ」の用にグループが境界となります。

=# SELECT *,
	string_agg(c, ',') OVER (
		PARTITION BY color
		ORDER BY c
		GROUPS BETWEEN 1 PRECEDING AND 1 FOLLOWING
		)
	FROM w;

--------------------------
 color | c |  string_agg    1  2  3
-------+---+--------------  =  =  =
 red(1)| a | a,b,b          |  |  |  4  5
-------+---+--------------  -  -  -  =  =
 red(2)| b | a,b,b,c,c      |  |  |  |  |
-------+---+--------------  |  |  |  |  |
 red(3)| b | a,b,b,c,c      |  |  |  |  |  6
-------+---+--------------  =  -  -  -  -  =
 red(4)| c | b,b,c,c,d         |  |  |  |  |
-------+---+--------------     |  |  |  |  |
 red(5)| c | b,b,c.c,d         |  |  |  |  |  7
 -------+---+-------------     =  =  -  -  -  =
 red(6)| d | c,c,d,e                 |  |  |  |
-------+---+--------------           =  =  -  -
 red(7)| e | d,e                           |  |
--------------------------                 =  =
(7 rows)

※フレーム境界を簡易的に表しています。-がグループの境界で、=がフレームの境界です。上に付いている番号は同じ番号の行に対応するフレームを表しています。

一見複雑でわかりにくいですが、どのフレームも3つのグループ（一つ前、現在、一つ後）を含んでいることがわかります。

RANGEモード

RANGEモードでは、行の値をオフセットとして指定します。ここまではTEXT型の列で解説しましたが、ここではDate型の列で解説します。(TEXT型列ではオフセットを指定できません)

RANGEモードでのオフセット指定はSQL:2003の新機能ですが、PostgreSQL 10以前ではサポートされていません。PostgreSQL 11からはサポートされています。

=# SELECT *,
	string_agg(c::text, ',') OVER (
		PARTITION BY color
		ORDER BY c
		RANGE BETWEEN '5 day' PRECEDING AND '5 day' FOLLOWING
		)
	FROM ww;

 color |     c      |                 string_agg
-------+------------+---------------------------------------------
 red   | 2018-07-01 | 2018-07-01,2018-07-02,2018-07-05
 red   | 2018-07-02 | 2018-07-01,2018-07-02,2018-07-05
 red   | 2018-07-05 | 2018-07-01,2018-07-02,2018-07-05,2018-07-10
 red   | 2018-07-10 | 2018-07-05,2018-07-10,2018-07-15
 red   | 2018-07-15 | 2018-07-10,2018-07-15
 red   | 2018-07-30 | 2018-07-30
(6 rows)

上記の例では、c列をDate型にしたので、オフセットの指定を '5 day' PRECEDING AND '5 day' FOLLOWINGにしました。これは、フレーム境界を「現在の５日前〜現在の５日後」に指定しています。string_agg関数の結果を見てみると、そのようになっていることがわかります。

まとめ

フレームの指定、モードについて解説しました。今回解説した内容で、Window関数を使うほとんどの用途はカバーできると思います。この他にもframe_exclusionと呼ばれるオプションもあるので、それはまた別途解説しようと思います。

これまでにまとめた記事もあわせてどうぞ。

  1. PostgreSQLのシンタックスです。MySQLでも大体同じですが、ORDER BY句の指定は異なります。 ↩

  2. MySQLでは、frame_endを省略した文法はありません ↩

  3. https://sigmodrecord.org/publications/sigmodRecord/1203/pdfs/10.industry.zemke.pdf ↩

  4. https://modern-sql.com/blog/2018-04/mysql-8.0 ↩