27 Transact-SQL-Erweiterungen in Bezug auf Analysis Services

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1 Transact-SQL-Erweiterungen in Bezug auf Analysis Services Im zweiten Teil dieses Buches haben wir die Eigenschaften der Transact-SQL- Sprache in Bezug auf die Bearbeitung von operativen Daten gezeigt. Auf der anderen Seite war die Sprache in den früheren SQL Server-Versionen nicht für die komplexe Datenanalyse geeignet. Die einzige Funktionalität der Sprache waren die Aggregatfunktionen (wie SUM und COUNT) sowie die Möglichkeit, die Daten auf eine einfache Art zu gruppieren. Die erste Version, welche die erweiterte Funktionalität für die komplexe Datenanalyse bot, war SQL Server Die aktuelle Version des Datenbanksystems hat diese Funktionalität signifikant durch die Einführung von Aggregatund Rangfunktionen erweitert OLAP-Erweiterungen in Transact-SQL Der SQL:1999-Standard war der erste Standard, der Funktionen für die komplexe Datenanalyse enthalten hat. Der Teil des Standards, der diese Funktionalität enthält, ist unter dem Namen SQL/OLAP bekannt. SQL/OLAP führt viele neue Funktionen und Operatoren ein. SQL Server 2005 enthält viele Erweiterungen in Bezug auf SQL/OLAP. Manche dieser Erweiterungen sind kompatibel zum Standard und manche nicht. Alle Erweiterungen können in folgende vier Gruppen unterteilt werden: CUBE- und ROLLUP-Operatoren Aggregat- und Rangfunktionen TOP n-klausel Relationale Operatoren PIVOT- und UNPIVOT Die folgenden Abschnitte beschreiben diese Erweiterungen CUBE-Operator Die GROUP BY-Klausel definiert eine oder mehrere Spalten einer Tabelle als Gruppenkennzeichen, wonach die Reihen gruppiert werden. Falls in einer solchen

2 Transact-SQL-Erweiterungen in Bezug auf Analysis Services GROUP BY-Klausel mit einer Aggregatfunktion die WITH CUBE-Angabe spezifiziert wird, werden zu der Ausgabe eines Ergebniswertes auch zusätzliche Ergebnisreihen ausgegeben, die sich auf alle in der GROUP BY-Klausel angegebenen Spalten beziehen. (Diese werden Super-Aggregate genannt.) Für jede mögliche Kombination der in der GROUP BY-Klausel erscheinenden Spalten werden Super-Aggregate gebildet. Beispiel 27.1 erstellt die Tabelle project_dept, die im weiteren Text als Basis für alle Abfragen benutzt wird. Beispiel 27.1 create table project_dept ( dept_name char( 20 ) not null, emp_cnt int not null, budget float, date_month datetime ); ( 'Research', 5, 50000, ' ' ); ( 'Research', 10, 70000, ' ' ); ( 'Research', 5, 65000, ' ' ); ( 'Accounting', 5, 10000, ' ' ); ( 'Accounting', 10, 40000, ' ' ); ( 'Accounting', 6, 30000, ' ' ); ( 'Accounting', 6, 40000, ' ' ); ( 'Marketing', 6, 10000, ' ' ); ( 'Marketing', 10, 40000, ' ' ); ( 'Marketing', 3, 30000, ' ' ); ( 'Marketing', 5, 40000, ' ' ); Die neue Tabelle project_dept enthält vier Spalten: die Spalte dept_name (Abteilungsname), die Spalte emp_cnt (Mitarbeiteranzahl) und die Spalten budget (Mittel jeder Abteilung) und date_month. Mit den INSERT-Anweisungen in Beispiel 27.1 werden insgesamt elf Reihen in die Tabelle geladen. Der Inhalt der Tabelle project_dept wird in der Tabelle 27 1 gezeigt.

3 27.1 OLAP-Erweiterungen in Transact-SQL 533 dept_name emp_cnt budget date_month Research Research Research Accounting Accounting Accounting Accounting Marketing Marketing Marketing Marketing Tab Tabelle 27-1: Der Inhalt der Tabelle project_dept Die folgenden Beispiele werden den Unterschied zwischen der Gruppierung der Spalten der Tabelle project_dept ohne und zusätzlich mit dem CUBE- bzw. ROLLUP-Operator zeigen. Der Hauptunterschied ist, dass die GROUP BY-Klausel nur Werte von einzelnen Gruppierungen nach den entsprechenden Spalten ausgibt, während die ROLLUP- und CUBE-Operator zusätzliche Werte (so genannte Super-Aggregate) ermitteln und ausgeben. Das folgende Beispiel zeigt zuerst die Verwendung der GROUP BY-Klausel. Beispiel 27.2 SELECT dept_name, emp_cnt, SUM(budget) sum_of_budgets GROUP BY dept_name, emp_cnt dept_name emp_cnt sum_of_budgets Marketing Accounting Marketing Research Accounting Marketing Accounting Marketing Research

4 Transact-SQL-Erweiterungen in Bezug auf Analysis Services Beispiel 27.2 verwendet die GROUP BY-Klausel, um die Reihen der Tabelle project_dept nach den Spalten dept_name und emp_cnt zu gruppieren. Die Verwendung des CUBE-Operators wird in Beispiel 27.3 gezeigt. Beispiel 27.3 SELECT dept_name, emp_cnt, SUM(budget) sum_of_budgets GROUP BY dept_name, emp_cnt WITH CUBE dept_name emp_cnt sum_of_budgets Accounting Accounting Accounting Accounting Accounting Accounting NULL Marketing Marketing Marketing Marketing Marketing NULL Research Research Research NULL NULL NULL NULL NULL NULL NULL Neben den Reihen, die auch in der Ausgabe des Beispiels 27.2 existieren, beinhaltet die Ausgabe des Beispiels 27.3 alle möglichen Super-Aggregate. Ein Super- Aggregat wird als NULL im Ergebnis ausgegeben, spezifiziert aber alle Werte. Die folgende Reihe: NULL NULL zeigt z.b. die Summe aller Mittel aller Projekte der Tabelle project_dept, während die Reihe NULL die Summe aller Mittel der Projekte mit genau drei Beschäftigten ausgibt.

5 27.1 OLAP-Erweiterungen in Transact-SQL 535 Weil der CUBE-Operator alle möglichen Kombinationen der Super-Aggregate ausgibt, ist die Anzahl der ausgegebenen Reihen gleich, unabhängig von der Reihenfolge der in der GROUP BY-Klausel angegebenen Spalten Operator ROLLUP Der Operator ROLLUP schränkt die Anzahl der erstellten Super-Aggregate im Vergleich zum CUBE-Operator ein. Damit wird mit der WITH ROLLUP-Angabe in der GROUP BY-Klausel ein Auszug aller Aggregate erstellt. Beispiel 27.4 zeigt die Verwendung des ROLLUP-Operators. Beispiel 27.4 SELECT dept_name,emp_cnt,sum(budget) sum_of_budgets GROUP BY dept_name, emp_cnt WITH ROLLUP dept_name emp_cnt sum_of_budgets Accounting Accounting Accounting Accounting NULL Marketing Marketing Marketing Marketing Marketing NULL Research Research Research NULL NULL NULL Bei der Anwendung des CUBE-Operators werden, wie aus dem Ergebnis des Beispiels 27.3 ersichtlich, alle möglichen Super-Aggregate berechnet. Das Ergebnis des Beispiels 27.4 ist eine Untermenge des Ergebnisses des Beispiels In diesem Fall werden die Gesamtsumme sowie die Summen für jede einzelne Abteilung zusätzlich berechnet. Das folgende Beispiel zeigt, dass die Änderung der Reihenfolge der Spalten in der GROUP BY-Klausel die Ausgabe einer Abfrage mit dem ROLLUP-Operator beeinflusst.

6 Transact-SQL-Erweiterungen in Bezug auf Analysis Services Beispiel 27.5 SELECT dept_name, emp_cnt, SUM(budget) sum_of_budgets GROUP BY emp_cnt, dept_name WITH ROLLUP dept_name emp_cnt sum_of_budgets Marketing NULL Accounting Marketing Research NULL Accounting Marketing NULL Accounting Marketing Research NULL NULL NULL Beispiel 27.5 unterscheidet sich von Beispiel 27.4 in der Reihenfolge der zum Gruppieren benutzten Spalten. Aus diesem Grund ist das Ergebnis des Beispiels 27.5 anders als das Ergebnis des Beispiel 27.4, weil beim ROLLUP-Operator nur diejenigen Super-Aggregate ausgegeben werden, die in Bezug zu der ersten Spalte in der GROUP BY-Klausel stehen Aggregat- und Rangfunktionen SQL Server 2005 unterstützt einige neue OLAP-Funktionen, die als Rangfunktionen bezeichnet werden. Eine Rangfunktion gibt für jede Reihe einer Gruppe einen Rang als Nummer aus. Folgende Rangfunktionen werden unterstützt: RANK DENSE_RANK ROW_COUNT NTILE Die folgenden Beispiele zeigen die Verwendung aller dieser Funktionen.

7 27.1 OLAP-Erweiterungen in Transact-SQL 537 Beispiel 27.6 SELECT RANK() OVER(ORDER BY budget DESC) AS rank_budget, dept_name, emp_cnt, budget WHERE budget <= 50000; rank_budget dept_name emp_cnt budget Research Accounting Accounting Marketing Marketing Marketing Accounting Accounting Marketing Beispiel 27.6 verwendet die RANK-Funktion, um eine Ganzzahl (in der ersten Ergebnisspalte) zu liefern, die den Rang der Reihe innerhalb der Ergebnismenge ermittelt. Das Beispiel verwendet die OVER-Klausel OVER(ORDER BY budget DESC) AS rank_budget mit der die Ergebnismenge nach der budget-spalte absteigend sortiert wird. Die RANK-Funktion verwendet die so genannte logische Aggregierung, d.h., falls zwei oder mehrere Reihen der Ergebnismenge denselben Wert in der Sortierspalte haben, wird ihnen derselbe Rang gegeben. Die Reihe mit dem nächsthöheren Wert in der Sortierspalte wird den Rangwert haben, der alle vorherigen Reihen berücksichtigt (siehe die 6. bzw. 8. Reihe der Ausgabe). Folgendes Beispiel zeigt die Verwendung zweier weiterer Rangfunktionen: DENSE_RANK und ROW_NUMBER. Beispiel 27.7 SELECT DENSE_RANK() OVER( ORDER BY budget DESC ) AS rank_budget, ROW_NUMBER() OVER( ORDER BY budget DESC ) AS row_number, dept_name, emp_cnt, budget WHERE budget <= 50000;

8 Transact-SQL-Erweiterungen in Bezug auf Analysis Services rank_budget row_number dept_name emp_cnt budget Research Accounting Accounting Marketing Marketing Marketing Accounting Accounting Marketing Die ersten beiden Spalten der Ergebnismenge zeigen die Werte für die DENSE_RANK- und ROW_NUMBER-Funktionen, in dieser Reihenfolge. Das Ergebnis der DENSE_RANK-Funktion ist ähnlich dem Ergebnis der RANK- Funktion, bis auf einen Unterschied: Die DENSE_RANK-Funktion vergibt sequenziell die Rangwerte, egal wie viele Reihen denselben Rangwert haben. Die Ausgabe der ROW_NUMBER-Funktion ist offensichtlich: Jede Reihe bekommt einen eindeutigen Wert, wobei die erste Reihe den Wert 1 zugewiesen bekommt, die zweite den Wert 2 usw. Die in den Beispielen 27.6 und 27.7 verwendete OVER-Klausel spezifiziert die Sortierung der Ergebnismenge. Die Hauptfunktion dieser Klausel liegt aber woanders: Sie wird verwendet, um die Ergebnismenge in Gruppen (so genannte Partitionen) zu unterteilen und danach eine Funktion auf einzelne Partitionen anzuwenden. Funktionen, die eine Ergebnismenge in Partitionen unterteilen, werden Fensterfunktionen (Window Functions) genannt. Eine Fensterfunktion kann entweder in der SELECT-Liste oder in der ORDER BY-Klausel erscheinen. Die Transact-SQL-Sprache unterstützt zwei Formen von Fensterfunktionen: Rang- und Aggregatfunktionen. Das folgende Beispiel zeigt, wie die RANK-Funktion auf einzelne Partitionen angewendet werden kann. Beispiel 27.8 SELECT dept_name, emp_cnt, CAST( budget AS INT ) AS budget, date_month, RANK() OVER( PARTITION BY date_month ORDER BY emp_cnt desc ) AS rank ;

9 27.1 OLAP-Erweiterungen in Transact-SQL 539 dept_name emp_cnt budget date_month rank Accounting Research Research Accounting Research Accounting Marketing Marketing Marketing Accounting Marketing Das Ergebnis des Beispiels 27.8 ist gruppiert in acht Partitionen aufgrund der Werte in der Spalte date_month: PARTITION BY date_month Danach wird die RANK-Funktion auf jede einzelne Partition angewendet. Der grundsätzliche Unterschied in der Verwendung der GROUP BY-Klausel und der Gruppierung mit Hilfe der OVER-Klausel ist, dass die OVER-Klausel jede Reihe einer Gruppe (Partition) separat ausgibt, während die GROUP BY-Klausel je eine Reihe für jede einzelne Gruppe ausgibt. Wie wir schon erwähnt haben, kann eine Fensterfunktion entweder eine Rangoder eine Aggregatfunktion sein. Nachdem wir in dem vorherigen Beispiel die Verwendung der RANK-Funktion als Fensterfunktion gezeigt haben, werden wir im nächsten Beispiel die Verwendung einer Aggregatfunktion erklären. Beispiel 27.9 SELECT dept_name, budget, SUM( emp_cnt ) OVER( PARTITION BY dept_name ) AS emp_cnt_sum, AVG( budget ) OVER( PARTITION BY dept_name ) AS budget_avg, COUNT( dept_name ) OVER( PARTITION BY dept_name ) AS dept_cnt ;

10 Transact-SQL-Erweiterungen in Bezug auf Analysis Services dept_name budget emp_cnt_sum budget_avg dept_cnt Accounting Accounting Accounting Accounting Marketing Marketing Marketing Marketing Research , Research , Research , Die Ergebnismenge des Beispiels 27.9 ist partitioniert in drei Gruppen aufgrund der Werte in der Spalte dept_name. Danach wird die Aggregatfunktion SUM auf diese verwendet, um die Gesamtanzahl der Mitarbeiter jeder Partition zu ermitteln. Auf dieselbe Art und Weise werden mit Hilfe der Aggregatfunktionen AVG und COUNT der Durchschnittswert der Mittel als auch die Anzahl der Mitarbeiter jeder Abteilung berechnet. Die vorherigen Beispiele haben gezeigt, wie einfache Abfragen mit Hilfe der OVER-Klausel formuliert werden können. Die tatsächliche Stärke dieser Klausel zeigt sich erst, wenn man sie für die Implementierung komplexer Abfragen verwendet. Die folgenden beiden Beispiele zeigen dies. Beispiel Finden Sie die Abteilungen mit dem höchsten Etat, partitioniert nach der Mitarbeiteranzahl. SELECT dept_name, emp_cnt, budget FROM (SELECT dept_name, emp_cnt, MAX(budget) OVER (PARTITION BY emp_cnt) AS max_empcnt, budget ) AS a WHERE budget = max_empcnt; dept_name emp_cnt budget Marketing Research Accounting Research Die Unterabfrage in der FROM Klausel des Beispiels berechnet den maximalen Wert der Abteilungsmittel. Dieser Wert ist für jede Partition, die auf der Basis der Mitarbeiteranzahl ermittelt wurde, berechnet. Danach wird der maxi-

11 27.1 OLAP-Erweiterungen in Transact-SQL 541 male Wert in der WHERE-Klausel der äußeren Abfrage mit jedem existierenden Wert der Abteilungsmittel verglichen, um den maximalen Wert jeder Partition zu ermitteln. Wir haben also einen aggregierten Wert verwendet, um den Vergleich mit jedem einzelnen entsprechenden Basiswert innerhalb einer einzigen Abfrage durchzuführen. Damit haben wir eine elegante Lösung gefunden für den Fall, dass detaillierte Daten innerhalb einer SELECT-Anweisung mit summierten Daten verglichen werden können. Das folgende Beispiel zeigt die Verwendung einer Rangfunktion. Beispiel Finden Sie je zwei Abteilungen mit dem höchsten Etat, gruppiert nach den Abteilungsnamen. SELECT dept_name, budget, dept_rank FROM (SELECT dept_name, emp_cnt, RANK() OVER (PARTITION BY dept_name ORDER BY budget DESC) AS dept_rank, budget ) AS a WHERE dept_rank <=2 dept_name budget emp_cnt Accounting Accounting Marketing Marketing Research Research Beispiel ähnelt dem Beispiel Der Unterschied ist, dass wir die Rangfunktion RANK() verwenden, damit aus jeder Partition die beiden Abteilungen mit dem höchsten Etat ausgewählt werden. (In diesem Beispiel wird auch eine andere Spalte dept_name für die Partitionierung verwendet.) TOP n-klausel Die TOP n-klausel wird für die Ausgabe der ersten n Reihen des Ergebnisses, die aufgrund eines Kriteriums ausgewählt wurden, verwendet. Beispiel SELECT TOP 8 dept_name, budget ORDER BY budget DESC

12 Transact-SQL-Erweiterungen in Bezug auf Analysis Services dept_name budget Research Research Research Accounting Marketing Accounting Marketing Accounting Wie aus der Syntax der SELECT-Anweisung in Beispiel ersichtlich, muss die TOP n-klausel in der SELECT-Liste vor allen Spaltennamen geschrieben werden. Die TOP n-klausel kann mit der zusätzlichen Option PERCENT verwendet werden. In diesem Fall wird der angegebene Prozentsatz der Reihen des Ergebnisses, die aufgrund eines Kriteriums ausgewählt wurden, ausgegeben. Eine weitere Option WITH TIES spezifiziert, dass zusätzliche Reihen im Ergebnis ausgegeben werden, falls der Wert der letzten auszugebenden Ergebnisreihe mehrmals vorkommt. Beispiel Finden Sie sechs Abteilungen mit der kleinsten Angestelltenanzahl. SELECT TOP 6 WITH TIES * ORDER BY emp_cnt dept_name emp_cnt budget Marketing Marketing Research Research Accounting Accounting Accounting Marketing Das Ergebnis des Beispiels enthält acht Reihen, weil drei Abteilungen existieren, die sechs Angestellte beschäftigen. SQL Server 2005 erlaubt die Verwendung der TOP n-klausel auch in INSERT-, UPDATE- und DELETE-Anweisungen. Folgendes Beispiel zeigt die Verwendung der TOP n-klausel in einer UPDATE-Anweisung.

13 27.1 OLAP-Erweiterungen in Transact-SQL 543 Beispiel update top (3) project_dept SET budget = budget * 0.9 where budget in (select TOP 3 budget from project_dept order by budget desc) ; Die UPDATE-Anweisung in Beispiel vermindert die Mittel der drei Abteilungen mit dem höchsten Budget jeweils um 10 %. Das folgende Beispiel zeigt die Verwendung der TOP n-klausel in einer DELETE-Anweisung. Beispiel DELETE TOP (4) WHERE budget IN (select TOP 4 budget from project_dept order by budget asc); In Beispiel wird die TOP n-klausel für das Löschen der drei Projekte mit dem kleinsten Budget verwendet PIVOT- und UNPIVOT-Operatoren PIVOT und UNPIVOT sind neue relationale Operatoren, welche die Transformation von tabellarischen Ausdrücken in relationale Tabellen ermöglichen. Der PIVOT-Operator transformiert tabellarische Ausdrücke, indem die eindeutigen Werte einer Spalte des Ausdrucks in mehrere Ausgabespalten umgewandelt werden. Zusätzlich dazu können Aggregationsoperationen auf einer oder mehreren restlichen Eingabespalten durchgeführt werden. Folgendes Beispiel zeigt die Verwendung des PIVOT-Operators. Beispiel select *, month(date_month) as month, year(date_month) as year into project_dept_pivot from project_dept go SELECT year, [1] as January, [2] as February, [7] July FROM ( select budget, year, month from project_dept_pivot) p2 PIVOT (SUM(budget) FOR month IN ([1],[2],[7])) AS P

14 Transact-SQL-Erweiterungen in Bezug auf Analysis Services year January February July Die erste SELECT-Anweisung in Beispiel erstellt eine neue Tabelle namens project_dept_pivot, die wir verwenden werden, um zu zeigen, wie der PIVOT- Operator angewendet werden kann. Die neue Tabelle ist identisch mit der Tabelle project_dept, bis auf zwei zusätzliche Spalten: month und year. Die beiden neuen Spalten enthalten die Monats- und Jahreswerte der Spalte date_month in dieser Reihenfolge. Die zweite SELECT-Anweisung enthält eine innere Abfrage, die der Teil der FROM-Klausel ist. Die PIVOT-Klausel ist der Teil der inneren Abfrage. Diese Klausel enthält die Aggregatfunktion SUM(budget). Der zweite Teil der PIVOT-Klausel spezifiziert die PIVOT-Spalte (month) und die Spaltenwerte, die als Spaltenüberschriften in der Ausgabe verwendet werden. (In Beispiel sind es der erste, der zweite und der siebte Monat des Jahres.) Die Werte jeder einzelnen Spalte werden mit Hilfe der entsprechenden Aggregatfunktion berechnet. (Wie aus der Ausgabe des Beispiels ersichtlich, müssen nicht alle möglichen Werte der PIVOT-Spalte für die Ausgabe verwendet werden.) Der UNPIVOT-Operator führt die umgekehrte Operation durch Zusammenfassung Dieses Kapitel erläutert die ganze Funktionalität von SQL/OLAP, die SQL Server 2005 unterstützt. Insgesamt existieren vier Gruppen von SQL/OLAP-Funktionen: CUBE- und ROLLUP-Operatoren Aggregat- und Rangfunktionen TOP n-klausel Relationale Operatoren PIVOT- und UNPIVOT CUBE- und ROLLUP-Operatoren sind Teil des SQL/OLAP-Standards, ihre standardisierte Syntax sieht aber anders aus als die Transact-SQL-Syntax. Die Syntax der Rangfunktionen RANK, DENSE_RANK und ROW_NUMBER bei Microsoft entspricht der standardisierten Syntax gleichnamiger Funktionen. Die TOP n-klausel sowie die PIVOT- und UNPIVOT-Operatoren sind spezifische Microsoft-Erweiterungen zu SQL/OLAP.

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