【資料庫筆記】 PostgreSQL 基礎教學和練習題操作

文章目錄

一. 子查詢 Subquery

子查詢就是在一個 SELECT 內再放入一個 SELECT，所以叫做子查詢。可以放於 WHERE 或 SELECT 之後，但必須用小括號包起來。要留意的是啟動順序是會先處理子查詢條件，然後再依子查詢條件處理主查詢。

1.範例：子查詢放於 WHERE 後

SELECT
    *
FROM
    salaries
WHERE salary > (SELECT avg(salary) from salaries)

2.範例：子查詢放於 SELECT 後

SELECT
    *,
    (SELECT avg(salary) from salaries) AS avg_salary
FROM
    salaries

3.範例：多層子查詢

SELECT
    *
FROM
    salaries
WHERE
    depname in(
        SELECT
            depname FROM salaries
        WHERE
            salary > (
                SELECT
                    avg(salary)
                    FROM salaries))

二. 通用表達式 Common Table Expressions

CTE 最主要有二個用途：簡化子查詢與遞迴查詢

1.簡化子查詢

如果使用多層子查詢，過幾天之後回來看會發現非常難讀懂，而 CTE 可以有助於程式的易讀性，但要留意的是 CTE 的生命週期短，只有第一個 WITH 後面的 SELECT 有效，再一次查詢則會報錯，所以 CTE 只適合用於一次性的場合

WITH cte AS (
    SELECT
        *
    FROM
        rfm
)
SELECT
    *
FROM
    cte

-- 第二次查詢則會報錯
SELECT
    *
FROM
    cte

2.遞迴查詢

關於 CTE 的遞迴查詢，以下這篇寫了兩個蠻淺顯易懂的範例 code，推薦給大家閱讀：Fun with SQL: Recursive CTEs in Postgres

三. 窗函式 Window Function

通常會把 Window Function 分為三類 :

Ranking Functions：
- ROW_NUMBER – 編號
- RANK – 排序 (會跳號)
- DENSE_RANK – 排序 (不會跳號)
- NTILE – (平均分配)
Aggregate Functions：
- Max
- Min
- Sum
- Count
- Avg
Analytic Functions：
- FIRST_VALUE – 取第一個
- LAST_VALUE – 取最後一個
- LAG – 取後一個
- LEAD – 取前一個

然後用以上 function 搭配 OVER() 使用，OVER 裡面可以使用 PARTITION BY 、ORDER BY 和 ROWS or RANGE。

使用 PARTITION BY 、ORDER BY 的範例如下：

SELECT
    *,
    rank() OVER (PARTITION BY depname ORDER BY salary) as rank
FROM
    salaries

而關於 ROWS 的使用如下：

取得加總目前行 (CURRENT ROW) 和前 2 兩行 (2 PRECEDING)

SELECT
    *,
    SUM(salary) OVER (ORDER BY salary ROWS BETWEEN 2 PRECEDING AND CURRENT ROW) as sum_salary
FROM
    salaries;

取得加總目前行 (CURRENT ROW) 和後 2 兩行 (2 FOLLOWING)

SELECT
    *,
    SUM(salary) OVER (ORDER BY salary ROWS BETWEEN CURRENT ROW AND 2 FOLLOWING) as sum_salary
FROM
    salaries;

取得加總前 2 兩行 (2 PRECEDING) 和後 2 兩行 (2 FOLLOWING)

SELECT
    *,
    SUM(salary) OVER (ORDER BY salary ROWS BETWEEN 2 PRECEDING AND 2 FOLLOWING) as sum_salary
FROM
    salaries;

取得加總目前行 (CURRENT ROW) 和之後的每一行 (UNBOUNDED FOLLOWING)

SELECT
    *,
    CUME_DIST() OVER (PARTITION BY depname ORDER BY salary ROWS BETWEEN CURRENT ROW AND UNBOUNDED FOLLOWING)
FROM
    salaries

取得加總目前行 (CURRENT ROW) 和之前的每一行 (UNBOUNDED FOLLOWING)

SELECT
    *,
    SUM(salary) OVER (PARTITION BY depname ORDER BY salary ROWS BETWEEN UNBOUNDED PRECEDING AND CURRENT ROW)
FROM
    salaries;

關於 ROWS 和 RANGES 的更詳盡使用方法，推薦以下兩篇：

四. 實戰操作

▍本次實際操作目錄如下：

用戶活躍度指數 MAU / WAU / DAU
會員分類 RFM 模型
會員分類 NES 模型
用戶留存率 Customer Retention Rate
數值區間分類貼標籤 Label
計算七日平均 Rolling Averages
計算累積加總 Cumulative Sum

1. 實戰：用戶活躍度指數 MAU / WAU / DAU

▍名詞解釋：

Daily Active Users（單週活躍使用者）
Weekly Active Users（單週活躍使用者）
Monthly Active Users（單月活躍使用者）

Active Users 的定義不同，比方說：
1. Twitter 的計算方式是：有 follow 30 人，並且有三分之一的人回 follow，這些人之中每個月有「登入」的就算 MAU。
2. Facebook 的計算方式是計算「每個月有互動的人」，這邊的「互動」包含按讚、留言、分享、私訊、點連結等等。

關於更詳細的 MAU 資訊可參考此篇：MAU 指標的真實面貌

建立 Table

CREATE TABLE users (
  id SERIAL primary key,
  user_id int,
  login_time timestamp
);

注入資料

INSERT INTO users(user_id, login_time)
VALUES
  (3, '2020-05-02 06:38:35.162709'),
  (1, '2020-05-02 06:38:35.162709'),
  (2, '2020-05-09 06:38:35.162709'),
  (1, '2020-04-02 06:38:35.162709'),
  (2, '2020-04-09 06:38:35.162709'),
  (1, '2020-03-02 06:38:35.162709')

方法一

  WITH mau AS (
    SELECT
      DATE_TRUNC('month', login_time) month_timestamp,
      COUNT(DISTINCT user_id) mau
    FROM users
    GROUP BY
      DATE_TRUNC('month', login_time)
  )
SELECT
  a.month_timestamp previous_month,
  a.mau previous_mau,
  b.month_timestamp current_month,
  b.mau current_mau,
  ROUND(100.0 *(b.mau - a.mau) / a.mau, 2) AS percent_change
FROM mau a
JOIN mau b ON a.month_timestamp = b.month_timestamp - interval '1 month';

方法二

WITH mau AS (
    SELECT
      DATE_TRUNC('month', login_time) month_timestamp,
      COUNT(DISTINCT user_id) mau
    FROM users
    GROUP BY
      DATE_TRUNC('month', login_time)
  )
SELECT
  *,
  LAG(mau) over() as lead,
  ROUND(100.0 * (mau - LAG(mau) over()) / LAG(mau) over(),2)
FROM 
  mau

2.實戰：用戶留存率 Customer Retention Rate

▍名詞解釋：

公式：每月回客率 = 當月舊客戶/當月總客戶

關於更詳細的用戶留存率資訊可參考此篇：
如何實際計算 Retention、LTV ，並產出可執行的商業計畫 – Lucas Hsieh – Medium

建立 Table

CREATE TABLE users (
  id SERIAL primary key,
  user_id int,
  login_time timestamp
);

注入資料

INSERT INTO users(user_id, login_time)
VALUES
  (3, '2020-05-02 06:38:35.162709'),
  (1, '2020-05-02 06:38:35.162709'),
  (2, '2020-05-09 06:38:35.162709'),
  (1, '2020-04-02 06:38:35.162709'),
  (2, '2020-04-09 06:38:35.162709'),
  (1, '2020-03-02 06:38:35.162709')

query

with base as (
    /*
     計算每月不重複 user_id
     */
    SELECT DISTINCT DATE_trunc('month', login_time) as month,
        user_id
    FROM users
),
base_total_count as (
    /*
     計算每月不重複訪客
     */
    SELECT DISTINCT DATE_trunc('month', login_time) as month,
        COUNT(DISTINCT user_id) as total_user
    FROM users
    GROUP BY month
)
SELECT b.month,
    count(DISTINCT b.user_id) AS retention_user,
    MAX(c.total_user) AS month_user,
    round(
        count(DISTINCT b.user_id) :: numeric / MAX(c.total_user) :: numeric,
        2
    ) AS retention_rate
FROM base a
    JOIN base b ON a.user_id = b.user_id
    and a.month = b.month - INTERVAL '1 month'
    JOIN base_total_count c on c.month = b.month
GROUP BY b.month

3.實戰：會員分類 RFM 模型

在眾多CRM客戶資料分析中，RFM模型是被最常被廣泛提到的，其中的三大要素為R(Recency)、F(Frequency)、M(Monetary)：
1. 最近一次消費 (Recency)
2. 消費頻率 (Frequency)
3. 消費金額 (Monetary)

什麼是需要準備的資料？
1. cid：訂單編號
2. date：訂單日期
3. money：訂單花費

關於更詳細資訊或 Python 版本可以參考此篇：數據分析 Python快速計算RFM模型 | Max行銷誌

WITH base AS (
    SELECT
        cid,
        max(date),
        date_part('day',
            cast(now() AS TIMESTAMP) - cast(max(date) AS TIMESTAMP)) AS rencency,
        sum(money) AS money,
        count(cid) AS frequency
    FROM
        rfm_all
    GROUP BY
        cid
),
data_m AS (
    SELECT
        cid,
        ntile(4) OVER (ORDER BY money) AS rfm_m
    FROM
        base
),
data_r AS (
SELECT
    cid,
    ntile(4) OVER (ORDER BY rencency DESC) AS rfm_r
FROM
    base
),
data_f AS (
SELECT
    cid,
    ntile(4) OVER (ORDER BY frequency) AS rfm_f
FROM
    base
)
SELECT
    base.*,
    rfm_r,
    rfm_f,
    rfm_m
FROM
    base
    LEFT JOIN data_m ON base.cid = data_m.cid
    LEFT JOIN data_r ON base.cid = data_r.cid
    LEFT JOIN data_f ON base.cid = data_f.cid

4.實戰：會員分類 NES 模型

NES模型是為了掌握顧客的消費行為變動性而設計，將客戶分群成為三大類，共五種標籤：
* N 新顧客（New Customer）
* E 既有顧客（Existing Customer）
* E0 主力顧客：購買週期 1 倍時間內回購的人
* E1 瞌睡顧客：超過購買週期 1~2 倍未回購的人
* E2 半睡顧客：超過購買週期 2~3 倍未回購的人
* S1 沉睡顧客（Sleeping Customer）購買頻率超過購買週期3倍未回購的人

什麼是需要準備的資料？
1. cid：訂單編號
2. date：訂單日期
3. money：訂單花費

關於更詳細資訊或 Python 版本可以參考此篇：數據分析 Python快速計算NES模型 | Max行銷誌

WITH base AS (
    SELECT
        cid,
        max(date),
        date_part('day',
            cast(now() AS TIMESTAMP) - cast(max(date) AS TIMESTAMP)) AS rencency,
        sum(money) AS money,
        count(cid) AS frequency
    FROM
        rfm_all
    GROUP BY
        cid
)
SELECT
    *,
    CASE
        WHEN rencency < (select AVG(rencency) from base)*1 then 'E0'
        WHEN rencency >= (select AVG(rencency) from base)*1 and rencency < (select AVG(rencency) from base)*2 then 'S1'
        WHEN rencency >= (select AVG(rencency) from base)*2 and rencency < (select AVG(rencency) from base)*3 then 'S2'
        WHEN rencency >= (select AVG(rencency) from base)*3 then 'S3'
    END
FROM
    base

5.實戰：數值區間分類貼標籤 Label

目標：將 length_seconds 數值切成每 5 為一區間 (20-25、25-30 …) 並統計此區隔內的 length_seconds 次數是多少

| session_id | length_seconds |
|------------|----------------|
| 1 | 23 |
| 2 | 43 |
| 3 | 67 |
| .. | .. |


| bucket | count |
|---------|-------|
| 20-25 | 2 |
| 25-30 | 1 |

建立 Table

CREATE TABLE Histograms (sid INT, len_seconds INT)

注入資料

INSERT INTO Histograms (sid, len_seconds) VALUES
    (1, 23), 
    (2, 43), 
    (3, 63), 
    (4, 73), 
    (5, 13), 
    (6, 83), 
    (7, 84), 
    (8, 82), 
    (9, 63), 
    (10, 65)

方法一

WITH base AS (
    SELECT
        *,
        floor(len_seconds / 5) AS label
    FROM
        Histograms
)
SELECT
    CONCAT(label * 5, '-', label * 5 + 5) bucket,
    COUNT(DISTINCT sid)
FROM
    base
GROUP BY
    label
ORDER BY
    label ASC

方法二

SELECT
    count(len_seconds),
    concat(FLOOR(len_seconds / 5) * 5, '-', FLOOR(len_seconds / 5) * 5 + 5)
FROM
    Histograms
GROUP BY
    concat(FLOOR(len_seconds / 5) * 5, '-', FLOOR(len_seconds / 5) * 5 + 5)

6.實戰：計算七日平均 Rolling Averages

建立 Table

CREATE TABLE rolling_avg (date TIMESTAMP,sign_up int)

注入資料

INSERT INTO rolling_avg(date,sign_up) VALUES
    ('2020-05-02 06:38:35.162709', 100),
    ('2020-05-03 06:38:35.162709', 200),
    ('2020-05-04 06:38:35.162709', 300),
    ('2020-05-05 06:38:35.162709', 400),
    ('2020-05-06 06:38:35.162709', 500),
    ('2020-05-07 06:38:35.162709', 600),
    ('2020-05-08 06:38:35.162709', 700),
    ('2020-05-09 06:38:35.162709', 800),
    ('2020-05-10 06:38:35.162709', 900),
    ('2020-05-11 06:38:35.162709', 1000),
    ('2020-05-12 06:38:35.162709', 1100),
    ('2020-05-13 06:38:35.162709', 1200),
    ('2020-05-14 06:38:35.162709', 1300),
    ('2020-05-15 06:38:35.162709', 1400)

query

SELECT
    a.date,
    MAX(a.sign_up) as sign_up,
    avg(b.sign_up)
FROM
    rolling_avg as a
join 
    rolling_avg as b on a.date <= b.date + INTERVAL '6 days' AND a.date >= b.date
GROUP BY
    a.date

7.實戰：計算累積加總 Cumulative Sum

目標：將 cash_flow 採用累加方式計算成新的欄位

| date | cash_flow |
|------------|-----------|
| 2020-05-02 | 100 |
| 2020-05-03 | 200 |
| 2020-05-04 | 300 |
| ... | ... |


| date | cumulative_cf |
|------------|---------------|
| 2020-05-02 | 100 |
| 2020-05-03 | 300 |
| 2020-05-04 | 600 |
| ... | ... |

建立 Table

CREATE TABLE cumulative_sum (date TIMESTAMP, cash_flow int);

注入資料

INSERT INTO cumulative_sum(date, cash_flow) VALUES
    ('2020-05-02 06:38:35.162709', 100),
    ('2020-05-03 06:38:35.162709', 200),
    ('2020-05-04 06:38:35.162709', 300),
    ('2020-05-05 06:38:35.162709', 400),
    ('2020-05-06 06:38:35.162709', 500)

方法 A

SELECT 
    a.date,
    max(a.cash_flow),
    sum(b.cash_flow) as sum_cash_flow
from 
    cumulative_sum as a
JOIN 
    cumulative_sum as b on a.date >= b.date
GROUP BY
    a.date

方法 B – window function

SELECT
    date,
    cash_flow,
    sum(cash_flow) over (ORDER BY date ASC) as cumulative_cf 
FROM
    cumulative_sum
ORDER BY
    date ASC

最後～

▍回顧本篇我們介紹了的 PostgreSQL 內容：

PostgreSQL 介紹
1. 子查詢 Subquery
2. 通用表達式 Common Table Expressions
3. 窗函式 Window Function
實戰操作
- 用戶活躍度指數 MAU / WAU / DAU
- 會員分類 RFM 模型
- 會員分類 NES 模型
- 用戶留存率 Customer Retention Rate
- 數值區間分類貼標籤 Label
- 計算七日平均 Rolling Averages
- 計算累積加總 Cumulative Sum

那【資料庫筆記】 PostgreSQL 基礎教學和練習題操作的介紹就到這邊告一個段落囉！有任何問題可以在以下留言～

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【資料庫筆記】 PostgreSQL 基礎教學和練習題操作

一. 子查詢 Subquery

二. 通用表達式 Common Table Expressions

三. 窗函式 Window Function

四. 實戰操作

1. 實戰：用戶活躍度指數 MAU / WAU / DAU

2.實戰：用戶留存率 Customer Retention Rate

3.實戰：會員分類 RFM 模型

4.實戰：會員分類 NES 模型

5.實戰：數值區間分類貼標籤 Label

6.實戰：計算七日平均 Rolling Averages

7.實戰：計算累積加總 Cumulative Sum

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一. 子查詢 Subquery

二. 通用表達式 Common Table Expressions

三. 窗函式 Window Function

四. 實戰操作

1. 實戰：用戶活躍度指數 MAU / WAU / DAU

2.實戰：用戶留存率 Customer Retention Rate

3.實戰：會員分類 RFM 模型

4.實戰：會員分類 NES 模型

5.實戰：數值區間分類貼標籤 Label

6.實戰：計算七日平均 Rolling Averages

7.實戰：計算累積加總 Cumulative Sum

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