MongoDB 中的【加減乘除】運算

東山絮柳仔發表於2019-01-25
MongoDB

很多同學因為對MongoDB不熟悉，加之應用的不是很多，有時候會認為MongoDB資料庫對一些功能不支援，或者認為支援不好。今天我們 演示一下 MongoDB對“加減乘除”的使用。

在MongoDB資料庫中“加減乘除”運算，又稱為 數學表示式（mathematical expression；或算術表示式），主要用於運算元值。

1.$add操作符（+）

1.1 語法及功能介紹

$add 操作符主要用於將一組數字相加；也可以用於在指定時間上新增一定的時間間隔。時間間隔單位為milliseconds（毫秒）。

$add操作符的語法：

{ $add: [ <expression1>, <expression2>, ... ] }

這個操作符接受一個或多個表示式作為引數，將這些表示式相加。

1.2 案例演示

例如我們有一個sales的集合， 其中有 商品類別 欄位、商品價格 欄位，商品服務費 欄位。

{ "_id" : 1, "item" : "abc", "price" : 10, "fee" : 2, date: ISODate("2014-03-01T08:00:00Z") }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "price" : 20, "fee" : 1, date: ISODate("2014-03-01T09:00:00Z") }
{ "_id" : 3, "item" : "xyz", "price" : 5,  "fee" : 0, date: ISODate("2014-03-15T09:00:00Z") }

如果有個需求，要統計 商品 的 總費用（price + fee），那麼其統計SQL 如下：

db.sales.aggregate(
   [
     { $project: { item: 1, total: { $add: [ "$price", "$fee" ] } } }
   ]
)

結果顯示如下：

{ "_id" : 1, "item" : "abc", "total" : 12 }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "total" : 21 }
{ "_id" : 3, "item" : "xyz", "total" : 5 }

 

現在我們來看下在時間上的$add運算，例如，在上面的集合中，我們想看看商品的 有效日期 ，假如商品的有效日期是在現有的date欄位資料 + 3天（注意時間引數的單位為毫秒）。

有效日期 命名為 expire_date，則相應的SQL如下：

db.sales.aggregate(
   [
     { $project: { item: 1, expire_date: { $add: [ "$date", 3*24*60*60*1000 ] } } }
   ]
)

結果顯示為 ：

{ "_id" : 1, "item" : "abc", "expire_date" : ISODate("2014-03-04T08:00:00Z") }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "expire_date" : ISODate("2014-03-04T09:00:00Z") }
{ "_id" : 3, "item" : "xyz", "expire_date" : ISODate("2014-03-18T09:00:00Z") }

注：此案例中有關時間的這種運算，在SQL Server 資料庫中是通過函式 DATEADD(）來實現的。

2.$subtract操作符（－）

2.1 語法及功能介紹

$subtract操作符是$add的逆運算，它可以計算兩個數值的差值；可以計算 2個日期時間的間隔；還可以在指定日期上減去指定的時間間隔。關於時間的計算，引數的單位都是milliseconds（毫秒）。

$subtract操作符的語法

{ $subtract: [ <expression1>, <expression2> ] }

接受兩個表示式作為引數，用第一個表示式減去第二個表示式作為結果。

2.2 案例演示

將案例1的集合 sales清空，插入以下資料

{ "_id" : 1, "item" : "abc", "price" : 10, "fee" : 2, "discount" : 5, "date" : ISODate("2014-03-01T08:00:00Z") }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "price" : 20, "fee" : 1, "discount" : 2, "date" : ISODate("2014-03-01T09:00:00Z") }

新的資料，新增了 商品打折 的欄位 。如果此時統計商品的總費用，則需要 商品價格欄位 + 服務費用欄位 – 打折欄位 

SQL 語句如下 

db.sales.aggregate( [ { $project: { item: 1, total: { $subtract: [ { $add: [ "$price", "$fee" ] }, "$discount" ] } } } ] )

統計結果顯示如下

{ "_id" : 1, "item" : "abc", "total" : 7 }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "total" : 19 }

 

關於時間的減法運算有2個場景

場景1 ：計算兩個日期的時間間隔（統計單位為毫秒）

例如，我們計算sales中商品已生成存在的時間（現在的時間-集合中date欄位）

db.sales.aggregate( [ { $project: { item: 1, dateDifference: { $subtract: [ new Date(), "$date" ] } } } ] )

結果顯示為

{ "_id" : 1, "item" : "abc", "dateDifference" : NumberLong("154747094624") }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "dateDifference" : NumberLong("154743494624") }

注：此案例中關於時間的這種運算，在SQL Server 資料庫中是通過函式 DATEDiff(）來實現的。

場景2：指定日期上減去一定的時間間隔

假如sales集合中的商品一般是規定提前3個小時package的(date欄位 –3個小時)，那麼我們來計算出 這個package_date

實現SQL的語句如下

db.sales.aggregate( [ { $project: { item: 1, dateDifference: { $subtract: [ "$date", 3 * 60 * 60 * 1000 ] } } } ] )

結果顯示如下

{ "_id" : 1, "item" : "abc", "dateDifference" : ISODate("2014-03-01T05:00:00Z") }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "dateDifference" : ISODate("2014-03-01T06:00:00Z") }

注：此案例中關於時間的這種運算，在SQL Server資料庫中是通過函式 DATEADD(）來實現的。

3.$multiply操作符（*）

3.1 語法及功能介紹

$multiply操作符主要用來一組數值相乘。

$multiplyt操作符的語法

{ $multiply: [ <expression1>, <expression2>, ... ] }

接受一個或多個表示式，並將它們相乘。

3.2 案例演示

將案例2的集合 sales清空，插入以下資料

{ "_id" : 1, "item" : "abc", "price" : 10, "quantity": 2, date: ISODate("2014-03-01T08:00:00Z") }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "price" : 20, "quantity": 1, date: ISODate("2014-03-01T09:00:00Z") }
{ "_id" : 3, "item" : "xyz", "price" : 5, "quantity": 10, date: ISODate("2014-03-15T09:00:00Z") }

在這個商品銷售集合中，有商品的價格欄位，還有商品數量欄位，我們需要統計出，每個商品的總額（商品價格*商品資料量）

統計的SQL語句：

   db.sales.aggregate(
   [
     { $project: {  item: 1, total_price: { $multiply: [ "$price", "$quantity" ] } } }
   ]
)

結果顯示如下:

{ "_id" : 1, "item" : "abc", "total_price" : 20 }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "total_price" : 20 }
{ "_id" : 3, "item" : "xyz", "total_price" : 50 }

 

4.$divide操作符（/）

4.1 語法及功能介紹

$divide操作符主要用來2個數字相除。

$divide操作符的語法為：

{ $divide: [ <expression1>, <expression2> ] }

接受兩個表示式，將第一個表示式除以第二個表示式的商作為結果。

4.2 案例演示

例如我們有一個關於專案計劃的集合planning ， 在這個集合中 有關於耗時的欄位 hours，資料格式如下。

{ "_id" : 1, "name" : "A", "hours" : 80, "resources" : 7 },
{ "_id" : 2, "name" : "B", "hours" : 40, "resources" : 4 }

上面的資料是安照工時統計的，如果我們安照工作日統計（工時/8）,其SQL語句如下：

db.planning.aggregate(
   [
     { $project: { name: 1, workdays: { $divide: [ "$hours", 8 ] } } }
   ]
)

結果顯示如下：

{ "_id" : 1, "name" : "A", "workdays" : 10 }
{ "_id" : 2, "name" : "B", "workdays" : 5 }

 

5  求餘 運算（$mod）

講到除法運算，自然就會想到求餘的運算（%），下面我們簡單介紹以下求餘運算子$mod。

5.1 語法及功能介紹

語法：

{ $mod: [ <expression1>, <expression2> ] }

接受兩個表示式，將第一個表示式除以第二個表示式得到的餘數作為結果。

5.2 案例演示

還是上面的關於任務計劃的集合，上面有工時欄位，還有任務欄位，資料格式如下：

{ "_id" : 1, "project" : "A", "hours" : 80, "tasks" : 7 }
{ "_id" : 2, "project" : "B", "hours" : 40, "tasks" : 4 }

我們統計每個任務平均後，剩餘的時間，SQL語句如下：

db.planning.aggregate(
   [
     { $project: { remainder: { $mod: [ "$hours", "$tasks" ] } } }
   ]
)

結果顯示如下：

{ "_id" : 1, "remainder" : 3 }
{ "_id" : 2, "remainder" : 0 }

 

6.案例分析

在文章的最後一節，我們用一個例子，鞏固一下上面的學習，同時引入另外一個知識點—-邏輯表示式。

6.1 案例探究

假如有個大學教授想通過某種比較複雜的計算為他的學生打分：出勤率佔10%，日常測驗成績佔30%，期末考試成績佔60%，但如果是老師寵愛的學生，那麼分數就是100.

關於學生students集合的資料格式如下

{ "_id" : 1, "sno" : 201501010001, "name" : "xiaoming", "attendanceAvg" : 90, "quizzAvg" : 95, "testAvg" : 98, "teacherPet" : true }
{ "_id" : 2, "sno" : 201501010002, "name" : "xiaoli", "attendanceAvg" : 100, "quizzAvg" : 90, "testAvg" : 90, "teacherPet" : false }
{ "_id" : 3, "sno" : 201501010003, "name" : "xiaohong", "attendanceAvg" : 100, "quizzAvg" : 80, "testAvg" : 100, "teacherPet" : false }

滿足此教授老師需求的查詢SQL語句如下：

db.students.aggregate(
    [
        {
            $project:
                {

                    "sno": 1, "name": 1,
                    grade:
                        {
                            $cond: ["$teacherPet", 100, {
                                "$add":
                                    [
                                        { "$multiply": ["$attendanceAvg", .1] },
                                        { "$multiply": ["$quizzAvg", .3] },
                                        { "$multiply": ["$testAvg", .6] }
                                    ]
                            }]
                        }
                }
        }
    ]
)

查詢的結果如下

{ "_id" : 1, "sno" : 201501010001, "name" : "xiaoming", "grade" : 100 }
{ "_id" : 2, "sno" : 201501010002, "name" : "xiaoli", "grade" : 91 }
{ "_id" : 3, "sno" : 201501010003, "name" : "xiaohong", "grade" : 94 }

在本例中我們不僅用到了數學表示式$add,$$multiply，還用到了邏輯表示式$cond（if 老師寵愛的學生 就100，否則 計算分數…）。下面，我們粗略講解一下關於 MongoDB的邏輯表示式。

6.2 常用邏輯表示式

類別 操作符 語法 功能用途
布林表示式 $and 
{$and: [ <expression1>, <expression2>, ... ]}
 如果所有表示式的值為true，那就返回true，否則返回false。
$or 
{$or: [ <expression1>, <expression2>, ... ]}
 只要有任意表示式的值為true，那就返回true，否則返回false。
$not 
{ $not: [ <expression> ] }
 對expression取反。
控制表示式 $cond 
{ $cond: { if: <boolean-expression>, then: <true-case>, else: <false-case-> } }
或者
{ $cond: [ <boolean-expression>, <true-case>, <false-case> ] }
  如果boolean–expression為的值是true，那就返回true–case，否則返回false–case。
 $ifNull  { $ifNull: [ <expression>, <replacement–expression–if–null> ] }  如果expression是null，那就返回replacement–expression–if–null，否則返回expression。
比較表示式  $cmp  { $cmp: [ <expression1>, <expression2> ] }  比較expression1和expression2，如果相等，返回0；如果前者大於後者，返回一個正數1；如果前者小於後者。返回一個負數-1。
 $strcasecmp  { $strcasecmp: [ <expression1>, <expression2> ] }  $cmp的細化。用來比較expression1和expression2；區分大小寫，主要針對ASCII characters。如果相等，返回0；如果前者大於後者，返回一個正數1；如果前者小於後者。返回一個負數-1。
 $eq/$ne/$gt/$gte/$lt/$lte  $eq/$ne/$gt/$gte/$lt/$lte :[ <expression1>, <expression2> ]  對expression1和expression2執行相應的比較操作，返回比較的結構（true或false）。

 

通過這些操作符，就可以在聚合中使用更復雜的邏輯。

 

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