探索PostgreSQL 14新特性--SEARCH和CYCLE

PG14的SEARCH和CYCLE新功能大大簡化了遞歸查詢的方式，本文給出一些基于旅行計劃的示例。

創建數據庫

本文示例基于任何PG14或更新版本的數據庫。使用Aiven分支的服務及CLI。下面是創建數據庫的CLI命令：

avn?service?create?holidays-pg?\--service-type?pg?\--plan?hobbyist?\--cloud?google-europe-west3?\-c pg_version=14

上述在google-europe-west3區創建一個PG14（-c pg_version=14）的服務，名為holidays-pg，并使用最小的hobbyist計劃。足夠我們測試。使用avn service versions命令檢查提供工具的版本。

需要等待幾分鐘以上PG14服務啟動。可以通過以下方式關注服務創建任務的進度：

avn service wait holidays-pg

使用下面命令連接到holidays-pg的服務：

avn service cli holidays-pg

創建數據集

我們想要穿越歐洲，在預算范圍內參觀一些注意城市。看看這是之前討論的背包問題的變體？使用類似的策略可以解決明顯不同的問題總是很有趣。

為存儲我們想要訪問的城市，創建一個cities表，并用我們選擇的位置填充。

create?table?cities(city_id?int?primary?key,city_name?varchar);insert?into?cities?values?(0,?'Rome'),(1,?'London'),(2,?'Paris'),(3,?'Helsinki'),(4, 'Barcelona');

我們如何在城市之間旅行？很簡單，前往一個旅行預訂網站，找到連接以及每次旅行的費用。通常會返回這樣的圖表：

?

為了在PG中表示上述信息，創建一個trips表存儲出發地city_a_id和目的地city_b_id，以及歐洲旅行費用price_in_eur。

create?table?trips(trip_id?int?primary?key,city_a_id?int?references?cities(city_id),city_b_id?int?references?cities(city_id),price_in_eur?int);insert?into?trips?values(1,?0,?1,?200),(2,?0,?2,?250),(3,?0,?3,?150),(4,?1,?0,?120),(5,?1,?3,?350),(6,?1,?4,?450),(7,?2,?0,?170),(8,?2,?3,?320),(9,?3,?0,?50),(10,?3,?4,?120),(11,?4,?0,?30),(12, 4, 1, 500);

Trips表包含所有可用的路徑以及相關成本。例如，id為2的路徑從Rome（city_id:0）到Paris（city_id:2），成本為250歐元。

計劃行程

我們的旅程需要從某個地方開始，既然知道條條道路通羅馬，可以選擇eternal city作為起點。為了查看可以去哪里旅行，可以在cities和trips表做join。

selectsrc.city_name,dst.city_name,trips.price_in_eur from?cities?srcjoin?trips?on?src.city_id?=?trips.city_a_idjoin?cities?dst?on?trips.city_b_id?=?dst.city_id where src.city_name='Rome';

結果顯示上圖相同信息：可以達到London、Paris和Helsinki：

city_name?|?city_name?|?price_in_eur -----------+-----------+-------------- Rome??????|?London????|??????????200 Rome??????|?Paris?????|??????????250 Rome??????|?Helsinki??|??????????150 (3 rows)

為旅程添加更多節點

好了，下一步去哪里？我們可以利用遞歸查詢的強大功能來遍歷所有可能的組合。有無限多錢，我們就可以永遠環游世界。用數據庫術語來翻譯，意味著遞歸查詢可能會查詢無限循環。為了模仿現實生活并使我們免于無限循環，讓我們設定一個800歐元的總體預算來支付我們所有旅行。

可以像這樣編寫旅程的遞歸查詢：

with?recursive?trip_journey(city_id,trip_id,total_price_in_eur,journey_stops) as?(selectcity_id?as?city_id,null::int?as?trip_id,0?price_in_eur,ARRAY[city_name]?as?journey_namefrom?citieswhere?city_id=0UNION?ALLselecttrips.city_b_id,trips.trip_id,tj.total_price_in_eur?+?trips.price_in_eur,tj.journey_stops?||?city_b.city_namefrom?trip_journey?tj?join?trips?on?tj.city_id?=?trips.city_a_idjoin?cities?city_a?on?trips.city_a_id?=?city_a.city_idjoin?cities?city_b?on?trips.city_b_id?=?city_b.city_idwhere?tj.total_price_in_eur?+?trips.price_in_eur?<?800) select * from trip_journey;

讓我們分解下。第一部分陳述起點：我們要從Rome(city_id=0)開始。如果不旅行那么trip_id是null，總成本是0.

selectcity_id?as?city_id,null::int?as?trip_id,0?price_in_eur,ARRAY[city_name]?as?journey_name from?cities where city_id=0

然后我們開始添加行程，使用遞歸部分，將先前定義的trip_journey與trips表join以發現所有可能的目的地和相關成本。

UNION?ALL selecttrips.city_b_id,trips.trip_id,tj.total_price_in_eur?+?trips.price_in_eur,tj.journey_stops?||?city_b.city_name from?trip_journey?tj?join?trips?on?tj.city_id?=?trips.city_a_id join?cities?city_a?on?trips.city_a_id?=?city_a.city_id join?cities?city_b?on?trips.city_b_id?=?city_b.city_id where tj.total_price_in_eur + trips.price_in_eur < 800

將city_b.city_name添加到journey_stops中，然后計算總代價：tj.total_price_in_eur + trips.price_in_eur。最后，我們在where條件中限制總成本800。這個查詢檢索89行，從Rome開始直到{Rome,Helsinki,Rome,Helsinki,Rome,Helsinki,Barcelona,Rome}:

city_id?|?trip_id?|?total_price_in_eur?|??????????????????????????journey_stops ---------+---------+--------------------+-----------------------------------------------------------------0?|?????????|??????????????????0?|?{Rome}1?|???????1?|????????????????200?|?{Rome,London}2?|???????2?|????????????????250?|?{Rome,Paris}3?|???????3?|????????????????150?|?{Rome,Helsinki}0?|???????4?|????????????????320?|?{Rome,London,Rome}3?|???????5?|????????????????550?|?{Rome,London,Helsinki} ....4?|??????10?|????????????????770?|?{Rome,Helsinki,Rome,Helsinki,Barcelona,Rome,Helsinki,Barcelona}0?|??????11?|????????????????700?|?{Rome,Helsinki,Rome,Helsinki,Rome,Helsinki,Barcelona,Rome} (89 rows)

使用SEARCH選項定義探索路徑

上面的89行很好地總結了我們可以采取的所有可能的路徑。但是該數據集是怎么排序的？在PG14中，SEARCH選項提供了一種新的方法定義遞歸查詢：

1)?基于stops的個數進行排序，可以使用BREADTH選項。我們會首先看到0 stops的trips然后1依次向后。

2)?如果想基于trip路徑進行排序，可以使用DEPTH選項。我們將看到旅程在每一步擴展，例如{Rome}-> {Rome->London} -> {Rome->London->Helsinki}直到找到旅程最大深度，然后探索樹的連續分支。

為了在我們的數據集上提供一個示例，只需要將最后一條select *from trip_journey語句替換以下內容：

SEARCH?BREADTH?FIRST?BY?city_id?SET?ordercol select * from trip_journey order by ordercol limit 15;

我們將查詢限制為僅返回前15行（limit 15），這可以節省計算。因為我們不會掃描整個組合，但仍使我們能夠演示該功能。因為我們正在使用BREADTH選項，所以結果集按stops排序：

city_id?|?trip_id?|?total_price_in_eur?|?????????journey_stops??????????|?ordercol ---------+---------+--------------------+--------------------------------+----------0?|?????????|??????????????????0?|?{Rome}?????????????????????????|?(0,0)1?|???????1?|????????????????200?|?{Rome,London}??????????????????|?(1,1)2?|???????2?|????????????????250?|?{Rome,Paris}???????????????????|?(1,2)3?|???????3?|????????????????150?|?{Rome,Helsinki}????????????????|?(1,3)0?|???????4?|????????????????320?|?{Rome,London,Rome}?????????????|?(2,0)0?|???????9?|????????????????200?|?{Rome,Helsinki,Rome}???????????|?(2,0)0?|???????7?|????????????????420?|?{Rome,Paris,Rome}??????????????|?(2,0)3?|???????5?|????????????????550?|?{Rome,London,Helsinki}?????????|?(2,3)3?|???????8?|????????????????570?|?{Rome,Paris,Helsinki}??????????|?(2,3)4?|???????6?|????????????????650?|?{Rome,London,Barcelona}????????|?(2,4)4?|??????10?|????????????????270?|?{Rome,Helsinki,Barcelona}??????|?(2,4)0?|???????9?|????????????????600?|?{Rome,London,Helsinki,Rome}????|?(3,0)0?|??????11?|????????????????300?|?{Rome,Helsinki,Barcelona,Rome}?|?(3,0)0?|???????9?|????????????????620?|?{Rome,Paris,Helsinki,Rome}?????|?(3,0)0?|??????11?|????????????????680?|?{Rome,London,Barcelona,Rome}???|?(3,0) (15 rows)

該ordercol列包含一個元組（A，B），其中第一項代表級別，第二項代表最新的city_id。例如（2，0）說明旅行包括2此行程，并以Rome（city_id=0）結束。stops列包含相同信息{Rome,Paris,Rome}。

如果使用DEPTH替換BREADTH，可以得到以trip路徑排序的前15個trip。

city_id?|?trip_id?|?total_price_in_eur?|????????????????????journey_stops????????????????????|???????????ordercol ---------+---------+--------------------+-----------------------------------------------------+-------------------------------0?|?????????|??????????????????0?|?{Rome}??????????????????????????????????????????????|?{(0)}1?|???????1?|????????????????200?|?{Rome,London}???????????????????????????????????????|?{(0),(1)}0?|???????4?|????????????????320?|?{Rome,London,Rome}??????????????????????????????????|?{(0),(1),(0)}1?|???????1?|????????????????520?|?{Rome,London,Rome,London}???????????????????????????|?{(0),(1),(0),(1)}0?|???????4?|????????????????640?|?{Rome,London,Rome,London,Rome}??????????????????????|?{(0),(1),(0),(1),(0)}3?|???????3?|????????????????790?|?{Rome,London,Rome,London,Rome,Helsinki}?????????????|?{(0),(1),(0),(1),(0),(3)}2?|???????2?|????????????????570?|?{Rome,London,Rome,Paris}????????????????????????????|?{(0),(1),(0),(2)}0?|???????7?|????????????????740?|?{Rome,London,Rome,Paris,Rome}???????????????????????|?{(0),(1),(0),(2),(0)}3?|???????3?|????????????????470?|?{Rome,London,Rome,Helsinki}?????????????????????????|?{(0),(1),(0),(3)}0?|???????9?|????????????????520?|?{Rome,London,Rome,Helsinki,Rome}????????????????????|?{(0),(1),(0),(3),(0)}1?|???????1?|????????????????720?|?{Rome,London,Rome,Helsinki,Rome,London}?????????????|?{(0),(1),(0),(3),(0),(1)}2?|???????2?|????????????????770?|?{Rome,London,Rome,Helsinki,Rome,Paris}??????????????|?{(0),(1),(0),(3),(0),(2)}3?|???????3?|????????????????670?|?{Rome,London,Rome,Helsinki,Rome,Helsinki}???????????|?{(0),(1),(0),(3),(0),(3)}0?|???????9?|????????????????720?|?{Rome,London,Rome,Helsinki,Rome,Helsinki,Rome}??????|?{(0),(1),(0),(3),(0),(3),(0)}4?|??????10?|????????????????790?|?{Rome,London,Rome,Helsinki,Rome,Helsinki,Barcelona}?|?{(0),(1),(0),(3),(0),(3),(4)} (15 rows)

ordercol列包含city_id的拼接列表，例如{(0),(1),(0),(2)}表示，我們經過Rome->London->Rome->Paris。返回行的順序依賴于ordercol。

通過CYCLE選項避免循環

Rome->London->Rome->Paris的旅途是不是很美好？你可能不喜歡多次經過一個城市。循環時一種非常低效的旅行方式，我們應該盡可能避免。PG14的CYCLE選項提供了一種跳過他們的方法。

在原始遞歸查詢中，使用下面語句替換select * from trip_journey：

CYCLE?city_id?SET?is_cycle?USING?journey_ids select * from trip_journey where is_cycle=false;

以上為遞歸查詢添加了幾列：

1)?journey_ids以數組ARRAY形式包含city_id的序列

2)?is_cycle通過檢查當前city_id是否已經在journey_ids列中來標記循環。

過濾is_cycle=false后的查詢結果提供了可以支付得起的無循環旅程列表：

city_id?|?trip_id?|?total_price_in_eur?|??????????journey_stops???????????|?is_cycle?|????journey_ids ---------+---------+--------------------+----------------------------------+----------+-------------------0?|?????????|??????????????????0?|?{Rome}???????????????????????????|?f????????|?{(0)}1?|???????1?|????????????????200?|?{Rome,London}????????????????????|?f????????|?{(0),(1)}2?|???????2?|????????????????250?|?{Rome,Paris}?????????????????????|?f????????|?{(0),(2)}3?|???????3?|????????????????150?|?{Rome,Helsinki}??????????????????|?f????????|?{(0),(3)}3?|???????5?|????????????????550?|?{Rome,London,Helsinki}???????????|?f????????|?{(0),(1),(3)}4?|???????6?|????????????????650?|?{Rome,London,Barcelona}??????????|?f????????|?{(0),(1),(4)}3?|???????8?|????????????????570?|?{Rome,Paris,Helsinki}????????????|?f????????|?{(0),(2),(3)}4?|??????10?|????????????????270?|?{Rome,Helsinki,Barcelona}????????|?f????????|?{(0),(3),(4)}4?|??????10?|????????????????690?|?{Rome,Paris,Helsinki,Barcelona}??|?f????????|?{(0),(2),(3),(4)}4?|??????10?|????????????????670?|?{Rome,London,Helsinki,Barcelona}?|?f????????|?{(0),(1),(3),(4)}1?|??????12?|????????????????770?|?{Rome,Helsinki,Barcelona,London}?|?f????????|?{(0),(3),(4),(1)} (11 rows)

避免循環后，可以比較旅程：{Rome,Helsinki,Barcelona,London} 和{Rome,London,Helsinki,Barcelona}包含相同城市，但是第一個便宜100歐元。

回國

每次旅行都有一個讓您很高興的回家時刻，但若檢查上面的旅行，由于避免了循環，因此我們不可能再回到Rome。

為實現這一點，在原始查詢中，需要考慮與trips表的額外join。將返回成本添加到每個旅程中，可以用下面查詢：

with?recursive?trip_journey(city_id,trip_id,total_price_in_eur,journey_stops,journey_prices,return_price) as?(selectcity_id?as?city_id,null::int,0?price_in_eur,ARRAY[city_name]?as?journey_name,ARRAY[0::int]?as?journey_price,0?return_pricefrom?citieswhere?city_id=0UNION?ALLselecttrips.city_b_id,trips.trip_id,tj.total_price_in_eur?+?trips.price_in_eur,tj.journey_stops?||?city_b.city_name,tj.journey_prices?||?trips.price_in_eur,return_trips.price_in_eurfrom?trip_journey?tj?join?trips?on?tj.city_id?=?trips.city_a_idjoin?cities?city_a?on?trips.city_a_id?=?city_a.city_idjoin?cities?city_b?on?trips.city_b_id?=?city_b.city_idjoin?trips?return_trips?on?trips.city_b_id?=?return_trips.city_a_id?and?return_trips.city_b_id?=?0where?tj.total_price_in_eur?+?trips.price_in_eur?+?return_trips.price_in_eur?<?800)?CYCLE?city_id?SET?is_cycle?USING?journey_ids select?*?from?trip_journey?where?is_cycle=false;

join trips return_trips on trips.city_b_id = return_trips.city_a_id and return_trips.city_b_id = 0部分確保我們前往Rome的一個回程。tj.total_price_in_eur + trips.price_in_eur + return_trips.price_in_eur < 800語句進行預算檢查。

結果顯示了所有10條可能的旅程，其中包括到Rome的回程：

city_id?|?trip_id?|?total_price_in_eur?|??????????journey_stops???????????|?journey_prices??|?return_price?|?is_cycle?|????journey_ids ---------+---------+--------------------+----------------------------------+-----------------+--------------+----------+-------------------0?|?????????|??????????????????0?|?{Rome}???????????????????????????|?{0}?????????????|????????????0?|?f????????|?{(0)}1?|???????1?|????????????????200?|?{Rome,London}????????????????????|?{0,200}?????????|??????????120?|?f????????|?{(0),(1)}2?|???????2?|????????????????250?|?{Rome,Paris}?????????????????????|?{0,250}?????????|??????????170?|?f????????|?{(0),(2)}3?|???????3?|????????????????150?|?{Rome,Helsinki}??????????????????|?{0,150}?????????|???????????50?|?f????????|?{(0),(3)}3?|???????5?|????????????????550?|?{Rome,London,Helsinki}???????????|?{0,200,350}?????|???????????50?|?f????????|?{(0),(1),(3)}4?|???????6?|????????????????650?|?{Rome,London,Barcelona}??????????|?{0,200,450}?????|???????????30?|?f????????|?{(0),(1),(4)}3?|???????8?|????????????????570?|?{Rome,Paris,Helsinki}????????????|?{0,250,320}?????|???????????50?|?f????????|?{(0),(2),(3)}4?|??????10?|????????????????270?|?{Rome,Helsinki,Barcelona}????????|?{0,150,120}?????|???????????30?|?f????????|?{(0),(3),(4)}4?|??????10?|????????????????690?|?{Rome,Paris,Helsinki,Barcelona}??|?{0,250,320,120}?|???????????30?|?f????????|?{(0),(2),(3),(4)}4?|??????10?|????????????????670?|?{Rome,London,Helsinki,Barcelona}?|?{0,200,350,120}?|???????????30?|?f????????|?{(0),(1),(3),(4)} (10 rows)

Wrapping up

SEARCH和CYCLE選項提供了一種新的、更優雅的方式來定義遞歸查詢行為。可以在手冊中查找使用方法。

原文

https://aiven.io/blog/explore-the-new-search-and-cycle-features-in-postgresql-14

總結

以上是生活随笔為你收集整理的探索PostgreSQL 14新特性--SEARCH和CYCLE的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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