MySQL 聚合函数&分组&联合查询

bbq粉刷匠2026-01-23 19:49

本篇来讲解 MySQL 中的聚合函数、分组查询 (GROUP BY) 以及联合查询 (JOIN)，并配合大量题目进行巩固~~

第一部分：聚合函数 (Aggregate Functions)

聚合函数对一组值执行计算，并返回单个值。它们通常与 GROUP BY 子句一起使用，用于对分组后的数据进行汇总统计。MySQL 提供了多种聚合函数：

  1. COUNT(): 计算行数。

    • COUNT(*): 计算所有行的数量，包括包含 NULL 值的行。

    • COUNT(column_name): 计算指定列中非 NULL 值的数量。

    • COUNT(DISTINCT column_name): 计算指定列中不同（去重）非 NULL 值的数量。

    • 示例题目 1.1 : 假设有一个 students 表 (id, name, major, gpa)。查询表中总共有多少学生。

      sql 复制代码 
      SELECT COUNT(*) AS total_students FROM students;

    • 示例题目 1.2 : 查询有多少个不同的专业 (major) (假设 major 可能重复)。

      sql 复制代码 
      SELECT COUNT(DISTINCT major) AS distinct_majors FROM students;

  2. SUM() : 计算数值列的总和。忽略 NULL 值。

    • 示例题目 1.3 : 查询所有学生的总 gpa 之和（假设 gpa 是数值类型）。

      sql 复制代码 
      SELECT SUM(gpa) AS total_gpa FROM students;

  3. AVG() : 计算数值列的平均值。忽略 NULL 值。

    • 计算平均值 \\bar{x} 的公式为： $$ \bar{x} = \frac{\sum_{i=1}^{n} x_i}{n} $$

    • 示例题目 1.4 : 查询所有学生的平均 gpa。

      sql 复制代码 
      SELECT AVG(gpa) AS average_gpa FROM students;

  4. MAX() : 返回指定列中的最大值。可用于数值、日期和字符串（按字符顺序）。忽略 NULL 值。

    • 示例题目 1.5 : 查询最高的 gpa 是多少。

      sql 复制代码 
      SELECT MAX(gpa) AS highest_gpa FROM students;

  5. MIN() : 返回指定列中的最小值。可用于数值、日期和字符串（按字符顺序）。忽略 NULL 值。

    • 示例题目 1.6 : 查询最低的 gpa 是多少。

      sql 复制代码 
      SELECT MIN(gpa) AS lowest_gpa FROM students;

  6. GROUP_CONCAT() (MySQL 特有): 将来自一个组的多个行中的字符串值连接成一个字符串。可以指定分隔符。

    • GROUP_CONCAT(column_name): 默认用逗号 , 连接。

    • GROUP_CONCAT(column_name SEPARATOR ';'): 用分号 ; 连接。

    • GROUP_CONCAT(DISTINCT column_name ORDER BY column_name): 去重并按指定列排序后连接。

    • 示例题目 1.7 : 按专业 (major) 分组，列出每个专业的所有学生姓名（用逗号分隔）。

      sql 复制代码 
      SELECT major, GROUP_CONCAT(name) AS student_names
FROM students
GROUP BY major;

    • 示例题目 1.8 : 按专业分组，列出每个专业所有 不同 的学生姓名（按字母顺序排序，用分号分隔）。

      sql 复制代码 
      SELECT major, GROUP_CONCAT(DISTINCT name ORDER BY name SEPARATOR ';') AS distinct_sorted_names
FROM students
GROUP BY major;

关键点总结 (聚合函数):

  • 聚合函数作用于 一组 行，返回一个 单一 的值。
  • 它们通常用于 SELECT 列表中。
  • 它们会忽略 NULL 值（COUNT(*) 除外）。
  • DISTINCT 可以在聚合函数内部使用（如 COUNT(DISTINCT major)）来对列值去重后再计算。
  • 单独使用聚合函数时，它们作用于整个查询结果集。

第二部分：分组查询 (GROUP BY)

GROUP BY 子句用于根据一个或多个列对结果集进行分组。然后，在每个分组上应用聚合函数，得到每个组的汇总信息。

  1. 基本语法:

    sql 复制代码 
    SELECT column1, aggregate_function(column2)
FROM table_name
WHERE condition -- 可选，在分组 *前* 过滤行
GROUP BY column1 -- 指定分组依据的列
HAVING condition; -- 可选，在分组 *后* 过滤分组

  2. 执行顺序:

    • FROM: 确定数据来源。
    • WHERE: 根据条件过滤 行 (在分组前)。
    • GROUP BY: 将剩余的行分成组。
    • HAVING: 根据条件过滤 组 (在分组后，通常涉及聚合函数)。
    • SELECT: 选择要显示的列（包括分组列和聚合结果）。
    • ORDER BY: 对最终结果排序。

  3. 分组依据:

    • 可以按单列分组：GROUP BY department_id

    • 可以按多列分组：GROUP BY department_id, job_title (先按 department_id 分大组，再在每个大组内按 job_title 分小组)。

    • 示例题目 2.1 : 有一个 orders 表 (order_id, customer_id, product_id, quantity, order_date)。统计每个客户 (customer_id) 总共下了多少订单 (COUNT(order_id))。

      sql 复制代码 
      SELECT customer_id, COUNT(order_id) AS order_count
FROM orders
GROUP BY customer_id;

  4. HAVING vs WHERE:

    • WHERE: 在分组 前 过滤 行。不能使用聚合函数。

    • HAVING: 在分组 后 过滤 组。可以使用聚合函数。

    • 示例题目 2.2 : 查询平均成绩 (AVG(gpa)) 大于 3.5 的专业 (major)。

      sql 复制代码 
      SELECT major, AVG(gpa) AS avg_gpa
FROM students
GROUP BY major
HAVING AVG(gpa) > 3.5; -- HAVING 过滤分组

    • 示例题目 2.3 : 查询订单表中，在 2023 年 (WHERE order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-12-31') 下单次数超过 5 次 (COUNT(order_id) > 5) 的客户 (customer_id)。

      sql 复制代码 
      SELECT customer_id, COUNT(order_id) AS order_count
FROM orders
WHERE order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-12-31' -- WHERE 在分组前过滤行
GROUP BY customer_id
HAVING COUNT(order_id) > 5; -- HAVING 在分组后过滤组

  5. GROUP BY 与表达式: 分组依据可以是表达式的结果。

    • 示例题目 2.4 : 按年份 (YEAR(order_date)) 统计每年的总销售额 (SUM(quantity * unit_price)，假设 unit_price 存在)。

      sql 复制代码 
      SELECT YEAR(order_date) AS order_year, SUM(quantity * unit_price) AS total_sales
FROM orders
JOIN products ON orders.product_id = products.product_id -- 假设有 products 表
GROUP BY YEAR(order_date);

关键点总结 (GROUP BY):

  • GROUP BY 用于将数据分成逻辑组。
  • 出现在 SELECT 列表中非聚合函数列，通常 必须 出现在 GROUP BY 子句中（或者被包含在聚合函数中）。
  • 使用 HAVING 对分组结果进行筛选，通常涉及聚合函数。
  • 理解 WHERE (行过滤) 和 HAVING (组过滤) 的执行时机和区别至关重要。

第三部分：联合查询 (JOIN)

联合查询用于从两个或多个表（或视图）中基于它们之间的相关列组合行。这是关系型数据库的核心操作，用于整合分散在不同表中的数据。

MySQL 支持多种 JOIN 类型：

  1. INNER JOIN (或简写为 JOIN):

    • 返回两个表中满足连接条件的所有行。如果某行在其中一个表中没有匹配的行，则该行不会出现在结果中。

    • 语法 :

      sql 复制代码 
      SELECT columns
FROM table1
[INNER] JOIN table2
ON table1.common_column = table2.common_column;

    • 示例题目 3.1 : 有两个表：employees (emp_id, emp_name, dept_id) 和 departments (dept_id, dept_name)。查询所有员工及其所在部门的名称。

      sql 复制代码 
      SELECT e.emp_name, d.dept_name
FROM employees e
INNER JOIN departments d ON e.dept_id = d.dept_id;

  2. LEFT JOIN (或 LEFT OUTER JOIN):

    • 返回左表 (table1) 的所有行，即使在右表 (table2) 中没有匹配的行。如果右表中没有匹配的行，则结果中右表的部分将包含 NULL。

    • 语法 :

      sql 复制代码 
      SELECT columns
FROM table1
LEFT [OUTER] JOIN table2
ON table1.common_column = table2.common_column;

    • 示例题目 3.2 : 查询所有部门 (departments)，并列出属于该部门的员工姓名（如果部门没有员工，员工姓名显示为 NULL）。

      sql 复制代码 
      SELECT d.dept_name, e.emp_name
FROM departments d
LEFT JOIN employees e ON d.dept_id = e.dept_id;

  3. RIGHT JOIN (或 RIGHT OUTER JOIN):

    • 返回右表 (table2) 的所有行，即使在左表 (table1) 中没有匹配的行。如果左表中没有匹配的行，则结果中左表的部分将包含 NULL。

    • 语法 :

      sql 复制代码 
      SELECT columns
FROM table1
RIGHT [OUTER] JOIN table2
ON table1.common_column = table2.common_column;

    • 示例题目 3.3 : 查询所有员工 (employees)，并列出他们所属的部门名称（如果员工未分配部门，部门名称显示为 NULL）。

      sql 复制代码 
      SELECT e.emp_name, d.dept_name
FROM employees e
RIGHT JOIN departments d ON e.dept_id = d.dept_id;
-- 注意：RIGHT JOIN 使用较少，通常用 LEFT JOIN 调整表顺序实现相同效果。例如上面的查询等价于：
SELECT e.emp_name, d.dept_name
FROM departments d
LEFT JOIN employees e ON d.dept_id = e.dept_id; -- 将 departments 作为左表

  4. FULL JOIN (或 FULL OUTER JOIN):

    • 返回左表和右表中的所有行。当某行在另一个表中没有匹配时，另一个表的部分将包含 NULL。

    • 注意 : MySQL 不直接支持 FULL JOIN。但可以通过组合 LEFT JOIN 和 RIGHT JOIN 并使用 UNION 来模拟实现。

    • 语法 (模拟) :

      sql 复制代码 
      SELECT columns FROM table1 LEFT JOIN table2 ON ...
UNION
SELECT columns FROM table1 RIGHT JOIN table2 ON ...;

    • 示例题目 3.4 : 查询所有部门和所有员工，列出所有可能的组合（有归属关系的显示关系，无归属关系的显示 NULL）。

      sql 复制代码 
      SELECT d.dept_id, d.dept_name, e.emp_id, e.emp_name
FROM departments d
LEFT JOIN employees e ON d.dept_id = e.dept_id
UNION

SELECT d.dept_id, d.dept_name, e.emp_id, e.emp_name
FROM departments d
RIGHT JOIN employees e ON d.dept_id = e.dept_id
WHERE d.dept_id IS NULL; -- 排除 LEFT JOIN 部分已经包含的行
-- 更简洁的模拟（假设 dept_id 在 departments 和 employees 中都是非 NULL 且唯一）:

SELECT d.dept_id, d.dept_name, e.emp_id, e.emp_name
FROM departments d
LEFT JOIN employees e ON d.dept_id = e.dept_id
UNION

SELECT d.dept_id, d.dept_name, e.emp_id, e.emp_name
FROM employees e
LEFT JOIN departments d ON e.dept_id = d.dept_id
WHERE d.dept_id IS NULL;

  5. CROSS JOIN:

    • 返回两个表的笛卡尔积，即左表的每一行与右表的每一行组合。不使用 ON 子句（或者使用无效的连接条件）。结果集的行数是左表行数乘以右表行数。

    • 语法 :

      sql 复制代码 
      SELECT columns
FROM table1
CROSS JOIN table2;
-- 或者 (不推荐，易与 INNER JOIN 混淆)
SELECT columns
FROM table1, table2;

    • 示例题目 3.5 : 生成一个包含所有颜色 (colors) 和所有尺码 (sizes) 组合的列表。

      sql 复制代码 
      SELECT color_name, size_name
FROM colors
CROSS JOIN sizes;

  6. SELF JOIN:

    • 一个表与其自身进行连接。通常用于处理层次结构（如员工和经理）、比较同一表中的行。

    • 需要使用表别名来区分同一个表的两个实例。

    • 语法 :

      sql 复制代码 
      SELECT a.column, b.column
FROM table_name a
JOIN table_name b ON a.common_column = b.common_column
WHERE condition; -- 通常需要额外条件来排除无效连接（如 a.id != b.id）

    • 示例题目 3.6 : 在 employees 表中，每个员工 (emp_id) 有一个经理 (manager_id)，经理也是员工。查询每个员工及其经理的姓名。

      sql 复制代码 
      SELECT e.emp_name AS employee_name, m.emp_name AS manager_name
FROM employees e
LEFT JOIN employees m ON e.manager_id = m.emp_id; -- 使用 LEFT JOIN 处理没有经理的情况

    • 示例题目 3.7 : 在 products 表中，找出价格 (price) 相同的不同产品 (product_id)。

      sql 复制代码 
      SELECT a.product_id AS product_a, b.product_id AS product_b, a.price
FROM products a
INNER JOIN products b ON a.price = b.price
WHERE a.product_id < b.product_id; -- 避免 (A, B) 和 (B, A) 重复，以及 (A, A)

      多表连接:

    • 可以连接两个以上的表。

    • 语法 :

      sql 复制代码 
      SELECT ...
FROM table1
JOIN table2 ON condition1
JOIN table3 ON condition2
...
[WHERE ...]
[GROUP BY ...]
[HAVING ...];

    • 示例题目 3.8 : 有三个表：orders (order_id, customer_id, order_date), order_details (order_id, product_id, quantity), products (product_id, product_name, price)。查询订单号、客户ID、产品名称、购买数量和总金额 (quantity * price)。

      sql 复制代码 
      SELECT o.order_id, o.customer_id, p.product_name, od.quantity, (od.quantity * p.price) AS total_amount
FROM orders o
JOIN order_details od ON o.order_id = od.order_id
JOIN products p ON od.product_id = p.product_id;

关键点总结 (JOIN):

  • JOIN 用于组合多个表中的数据。
  • 理解不同 JOIN 类型（INNER, LEFT, RIGHT, CROSS, SELF）的语义和行为差异。
  • 使用 ON 子句指定连接条件（通常是等值连接）。
  • 使用表别名简化多表查询，尤其是在 SELF JOIN 时。
  • 注意 NULL 值在 LEFT/RIGHT JOIN 中的处理。

第四部分：综合题目巩固

现在，我们将聚合函数、分组查询和联合查询结合起来，解决更复杂的问题。

题目 4.1 : 在 orders 和 order_details、products 表结构下（假设 products 表有 category_id，categories 表有 category_id, category_name）： 查询每个产品类别 (category_name) 在 2023 年的总销售额 (SUM(quantity * price))，并按销售额从高到低排序。

sql 复制代码 
SELECT c.category_name, SUM(od.quantity * p.price) AS total_sales
FROM orders o
JOIN order_details od ON o.order_id = od.order_id
JOIN products p ON od.product_id = p.product_id
JOIN categories c ON p.category_id = c.category_id
WHERE YEAR(o.order_date) = 2023 -- 过滤年份
GROUP BY c.category_name -- 按类别分组
ORDER BY total_sales DESC; -- 按销售额降序排序

题目 4.2 : 在 employees (emp_id, emp_name, salary, dept_id) 和 departments (dept_id, dept_name) 表下： 查询每个部门 (dept_name) 的平均工资 (AVG(salary))，并且只显示平均工资高于公司整体平均工资的部门。

sql 复制代码 
SELECT d.dept_name, AVG(e.salary) AS avg_salary
FROM departments d
JOIN employees e ON d.dept_id = e.dept_id
GROUP BY d.dept_name
HAVING AVG(e.salary) > (SELECT AVG(salary) FROM employees); -- 子查询获取公司整体平均工资

题目 4.3 : 在 students (student_id, student_name), courses (course_id, course_name), enrollments (student_id, course_id, grade) 表下： 查询每个学生 (student_name) 选修的课程数量 (COUNT(course_id)) 和平均成绩 (AVG(grade))，并按平均成绩降序排列。

sql 复制代码 
SELECT s.student_name, COUNT(e.course_id) AS course_count, AVG(e.grade) AS avg_grade
FROM students s
LEFT JOIN enrollments e ON s.student_id = e.student_id -- 使用 LEFT JOIN 确保没选课的学生也被列出 (count=0, avg=null)
GROUP BY s.student_id, s.student_name -- 按学生分组 (通常按主键分组更安全)
ORDER BY avg_grade DESC; -- NULL 在降序排列中通常排在最后

题目 4.4 : 在 orders (order_id, customer_id, order_date), customers (customer_id, customer_name, country), order_details (order_id, product_id, quantity), products (product_id, product_name) 表下： 查询 2023 年每个国家 (country) 的每个客户 (customer_name) 购买的不同产品数量 (COUNT(DISTINCT product_id)) 和总购买金额 (SUM(quantity * price))，仅列出总金额超过 1000 的客户。

sql 复制代码 
SELECT c.country, c.customer_name,
       COUNT(DISTINCT od.product_id) AS distinct_products,
       SUM(od.quantity * p.price) AS total_spent
FROM orders o
JOIN customers c ON o.customer_id = c.customer_id
JOIN order_details od ON o.order_id = od.order_id
JOIN products p ON od.product_id = p.product_id
WHERE YEAR(o.order_date) = 2023
GROUP BY c.country, c.customer_id, c.customer_name -- 按国家和客户分组
HAVING total_spent > 1000
ORDER BY c.country, total_spent DESC;

题目 4.5 : 在 employees (emp_id, emp_name, manager_id) 表下： 查询每个经理 (manager_name) 及其直接下属的数量 (COUNT(emp_id)) 和下属的平均工资 (假设有 salary 列)，列出下属数量最多的前 5 位经理。

sql 复制代码 
SELECT m.emp_name AS manager_name,
       COUNT(e.emp_id) AS direct_reports_count,
       AVG(e.salary) AS avg_subordinate_salary
FROM employees e
JOIN employees m ON e.manager_id = m.emp_id -- 连接自身，e 是下属，m 是经理
GROUP BY m.emp_id, m.emp_name -- 按经理分组
ORDER BY direct_reports_count DESC
LIMIT 5;

总结

  • 聚合函数 (COUNT, SUM, AVG, MAX, MIN, GROUP_CONCAT): 用于计算汇总统计值。
  • 分组查询 (GROUP BY) : 用于将数据分成组，以便在每个组上应用聚合函数。HAVING 用于对分组结果进行筛选。
  • 联合查询 (JOIN) : 用于组合多个相关表中的数据。掌握 INNER JOIN, LEFT JOIN, RIGHT JOIN, CROSS JOIN, SELF JOIN 的用法和区别是核心。
  • 综合运用 : 在实际查询中，通常需要组合使用这些技术。理解 SQL 语句的执行顺序 (FROM -> JOIN -> WHERE -> GROUP BY -> HAVING -> SELECT -> ORDER BY -> LIMIT) 对于编写正确高效的查询至关重要。
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