ウィンドウ関数で分析をレベルアップ: Django 4.0 の `db.models.Expression.window_compatible`

db.models.Expression.window_compatible は、Django 4.0 で導入された新しいプロパティです。これは、Expression オブジェクトが ウィンドウ関数 で使用できるかどうかを示します。

ウィンドウ関数とは

ウィンドウ関数は、行レベル で計算される集計関数です。つまり、個々の行に基づいて計算されるのではなく、特定のウィンドウ 内の複数の行に基づいて計算されます。ウィンドウ関数は、分析クエリ でよく使用されます。

db.models.Expression.window_compatible の役割

db.models.Expression.window_compatible プロパティは、Expression オブジェクトがウィンドウ関数で使用できるかどうかを判断するために使用されます。このプロパティが True である場合、その式はウィンドウ関数で使用できます。

例

次の例では、Expression オブジェクトを使用して、avg() ウィンドウ関数に渡します。

from django.db.models import Avg

expression = F('price') * 0.1

average_price = Avg(expression)

この場合、expression オブジェクトは window_compatible プロパティが True であるため、ウィンドウ関数で使用できます。

db.models.Expression.window_compatible の使用例

db.models.Expression.window_compatible プロパティは、次のようなさまざまなウィンドウ関数で使用できます。

sum()
row_number()
nth_value()
min()
max()
last_value()
first_value()
count()
avg()

すべての Expression オブジェクトがウィンドウ関数で使用できるわけではありません。詳細については、Django ドキュメントを参照してください。
db.models.Expression.window_compatible プロパティは、Django 4.0 以降でのみ使用できます。

例 1: 商品の平均価格をウィンドウ関数を使用して計算する

この例では、Expression オブジェクトを使用して、avg() ウィンドウ関数に渡します。この関数は、各注文の商品の平均価格を計算します。

from django.db.models import Avg

class Order(models.Model):
    price = models.DecimalField(max_digits=10, decimal_places=2)

def calculate_average_price(order_queryset):
    expression = F('price') * 0.1

    average_price = Avg(expression)
    return average_price.annotate(order_id=F('id'))

average_prices = calculate_average_price(Order.objects.all())

例 2: 各顧客の注文数をウィンドウ関数を使用して計算する

この例では、Expression オブジェクトを使用して、count() ウィンドウ関数に渡します。この関数は、各顧客の注文数を計算します。

from django.db.models import Count

class Customer(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=255)

def calculate_order_count(customer_queryset):
    order_count = Count('orders')
    return customer_queryset.annotate(order_count=order_count)

customers_with_order_count = calculate_order_count(Customer.objects.all())

例 3: 各月の売上をウィンドウ関数を使用して計算する

この例では、Expression オブジェクトを使用して、sum() ウィンドウ関数に渡します。この関数は、各月の売上を計算します。

from django.db.models import Sum

class Order(models.Model):
    price = models.DecimalField(max_digits=10, decimal_places=2)
    order_date = models.DateTimeField()

def calculate_monthly_sales(order_queryset):
    monthly_sales = Sum('price')
    return order_queryset.extra(select={'month': F('order_date__month')}).annotate(monthly_sales=monthly_sales)

monthly_sales_data = calculate_monthly_sales(Order.objects.all())

これらの例は、db.models.Expression.window_compatible プロパティを使用してウィンドウ関数を実行する方法をいくつか示しています。このプロパティを使用して、分析クエリでより複雑な計算を行うことができます。

これらの例は、あくまで基本的な例です。実際の使用例では、より複雑なクエリを使用する可能性があります。

サブクエリを使用する

サブクエリを使用して、ウィンドウ関数をシミュレートすることができます。この方法は、db.models.Expression.window_compatible プロパティが導入される前に使用されていました。

例

from django.db.models import Subquery, Avg

class Order(models.Model):
    price = models.DecimalField(max_digits=10, decimal_places=2)

def calculate_average_price(order_queryset):
    average_price_subquery = Subquery(Order.objects.filter(id=OuterRef('pk')).values('price').annotate(average_price=Avg('price')))
    return order_queryset.annotate(average_price=average_price_subquery['average_price'])

average_prices = calculate_average_price(Order.objects.all())

カスタム SQL を使用する

カスタム SQL を使用して、ウィンドウ関数を実行することもできます。この方法は、より柔軟性がありますが、Django の ORM を使用しないため、コードが読みづらくなる可能性があります。

例

SELECT
    id,
    (
        SELECT AVG(price)
        FROM orders AS o2
        WHERE o2.order_date >= o1.order_date
        AND o2.order_date < DATEADD(DAY, 1, o1.order_date)
    ) AS average_price
FROM orders AS o1;

データベース固有の拡張機能を使用する

一部のデータベースには、ウィンドウ関数をサポートするための独自の拡張機能があります。これらの拡張機能を使用すると、Django の ORM を使用せずにウィンドウ関数を実行できます。

例 (PostgreSQL)

from django.db import connection

def calculate_average_price(order_queryset):
    with connection.cursor() as cursor:
        cursor.execute('SELECT id, AVG(price) OVER (ORDER BY order_date) AS average_price FROM orders')
        results = cursor.fetchall()

    return order_queryset.from_queryset(results, columns=['id', 'average_price'])

average_prices = calculate_average_price(Order.objects.all())

データベース固有の拡張機能を使用する方法は、すべてのデータベースで利用できるわけではありません。
サブクエリとカスタム SQL を使用する方法は、db.models.Expression.window_compatible プロパティを使用するよりもパフォーマンスが低下する可能性があります。