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F.21. ltree
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F.21. ltree #

F.21.1. 定义
F.21.2. 操作符和函数
F.21.3. 索引
F.21.4. 示例
F.21.5. 转换
F.21.6. 作者

该模块实现了数据类型 ltree，用于表示存储在层次化树状结构中的数据标签。它还提供了丰富的标签树搜索能力。

F.21.1. 定义

标签是由字母数字字符和下划线组成的序列（例如，在 C 区域设置下，允许的字符为 A-Za-z0-9_）。标签长度必须少于 256 个字符。

示例：42、Personal_Services

标签路径是由点号分隔的零个或多个标签组成的序列，例如 L1.L2.L3，表示从层次树根节点到某个特定节点的一条路径。标签路径的长度不能超过 65535 个标签。

示例：Top.Countries.Europe.Russia

ltree 模块提供了几种数据类型：

  • ltree 存储一个标签路径。

  • lquery 表示一种用于匹配 ltree 值的、类似正则表达式的模式。一个简单单词会匹配路径中的相应标签。星号（*）匹配零个或多个标签。例如：

    foo         精确匹配标签路径foo
*.foo.*     匹配任何包含标签foo的标签路径
*.foo       匹配最后一个标签为foo的任意标签路径

    星号还可以带量词，以限制它们能够匹配的标签数量：

    *{n}        精确匹配 n 个标签
*{n,}       至少匹配 n 个标签
*{n,m}      至少匹配 n 个、但不超过 m 个标签
*{,m}       至多匹配 m 个标签 — 与下式相同： *{0,m}

    在 lquery 中，有几个修饰符可以放在非星号标签的末尾，使其不只匹配完全相同的标签：

    @           不区分大小写地匹配，例如 a@ 可匹配 A
*           匹配以此前缀开头的任意标签，例如 foo* 可匹配 foobar
%           匹配标签起始处由下划线分隔的单词

    修饰符% 的行为稍微复杂一些。它尝试匹配单词，而不是整个标签。例如，foo_bar% 可匹配 foo_bar_baz，但不能匹配 foo_barbaz。如果与* 组合使用，则前缀匹配会分别作用于每个单词，例如 foo_bar%* 可匹配 foo1_bar2_baz，但不能匹配 foo1_br2_baz。

    此外，还可以写出多个可能带修饰符的非星号项，并用|（OR）分隔，以匹配其中任意一项；也可以在非星号组前加上!（NOT），以匹配不符合这些备选项中任意一项的标签。

    下面是一个带注释的 lquery 示例： 

    Top.*{0,2}.sport*@.!football|tennis.Russ*|Spain
a.  b.     c.      d.               e.

    这个查询将匹配满足以下条件的任意标签路径：

    1. 以标签 Top 开头

    2. 接下来，在下一个条件之前有零到两个标签

    3. 然后是一个以前缀 sport 开头的标签，且匹配时不区分大小写

    4. 接着有一个不匹配 football 或 tennis 的标签

    5. 最后以一个以 Russ 开头的标签，或精确匹配 Spain 的标签结束。

  • ltxtquery 表示一种用于匹配 ltree 值的、类似全文检索的模式。一个 ltxtquery 值包含单词，末尾还可以带有修饰符@、*、%；这些修饰符与它们在 lquery 中的含义相同。单词可以通过&（AND）、|（OR）、!（NOT）以及圆括号组合。它与 lquery 的关键区别在于，ltxtquery 匹配单词时不考虑它们在标签路径中的位置。

    下面是一个 ltxtquery 示例： 

    Europe & Russia*@ & !Transportation

    它将匹配包含标签 Europe 以及任意以 Russia 开头（不区分大小写）的标签的路径，但不匹配包含标签 Transportation 的路径。这些单词在路径中的位置并不重要。另外，当使用% 时，该单词可以匹配标签中任意由下划线分隔的单词，而不考虑其位置。

注意：ltxtquery 允许在符号之间出现空白，而 ltree 和 lquery 不允许。

F.21.2. 操作符和函数

类型 ltree 具有常见的比较操作符 =、<>、<、>、<=、>=。比较时采用树遍历顺序，其中节点的子节点按标签文本排序。此外，还提供了表 F.13 中所示的专用操作符。

表 F.13. ltree 操作符

操作符返回值 描述
ltree @> ltreeboolean左参数是否为右参数的祖先（或与之相等）？
ltree <@ ltreeboolean左参数是否为右参数的后代（或与之相等）？
ltree ~ lquerybooleanltree 是否匹配 lquery？
lquery ~ ltreebooleanltree 是否匹配 lquery？
ltree ? lquery[]booleanltree 是否匹配数组中的任意 lquery？
lquery[] ? ltreebooleanltree 是否匹配数组中的任意 lquery？
ltree @ ltxtquerybooleanltree 是否匹配 ltxtquery？
ltxtquery @ ltreebooleanltree 是否匹配 ltxtquery？
ltree || ltreeltree连接 ltree 路径
ltree || textltree将文本转换为 ltree 后再连接
text || ltreeltree将文本转换为 ltree 后再连接
ltree[] @> ltreeboolean数组是否包含 ltree 的某个祖先？
ltree <@ ltree[]boolean数组是否包含 ltree 的某个祖先？
ltree[] <@ ltreeboolean数组是否包含 ltree 的某个后代？
ltree @> ltree[]boolean数组是否包含 ltree 的某个后代？
ltree[] ~ lqueryboolean数组是否包含匹配 lquery 的任意路径？
lquery ~ ltree[]boolean数组是否包含匹配 lquery 的任意路径？
ltree[] ? lquery[]booleanltree 数组是否包含匹配任意 lquery 的路径？
lquery[] ? ltree[]booleanltree 数组是否包含匹配任意 lquery 的路径？
ltree[] @ ltxtqueryboolean数组是否包含匹配 ltxtquery 的任意路径？
ltxtquery @ ltree[]boolean数组是否包含匹配 ltxtquery 的任意路径？
ltree[] ?@> ltreeltree返回数组中第一个是 ltree 祖先的项，如果没有则返回 NULL
ltree[] ?<@ ltreeltree返回数组中第一个是 ltree 后代的项，如果没有则返回 NULL
ltree[] ?~ lqueryltree返回数组中第一个匹配 lquery 的项，如果没有则返回 NULL
ltree[] ?@ ltxtqueryltree返回数组中第一个匹配 ltxtquery 的项，如果没有则返回 NULL

操作符<@、@>、@和~都有对应的 ^<@、^@>、^@、^~变体，它们除了不使用索引之外完全相同。这些变体仅对测试有用。

可用函数见表 F.14。

表 F.14. ltree 函数

函数返回类型 描述 示例结果
subltree(ltree, int start, int end)ltree从位置 start 到位置 end-1 的 ltree 子路径（从 0 开始计数）subltree('Top.Child1.Child2',1,2)Child1
subpath(ltree, int offset, int len)ltree从位置 offset 开始、长度为 len 的 ltree 子路径。如果 offset 为负，则子路径从距路径末尾 -offset 个标签处开始。如果 len 为负，则从路径末尾省去那么多个标签。subpath('Top.Child1.Child2',0,2)Top.Child1
subpath(ltree, int offset)ltree从位置 offset 开始、一直延伸到路径末尾的 ltree 子路径。如果 offset 为负，则子路径从距路径末尾 -offset 个标签处开始。subpath('Top.Child1.Child2',1)Child1.Child2
nlevel(ltree)integer路径中的标签数nlevel('Top.Child1.Child2')3
index(ltree a, ltree b)integera 中首次出现 b 的位置；如果未找到则为 -1index('0.1.2.3.5.4.5.6.8.5.6.8','5.6')6
index(ltree a, ltree b, int offset)integer从 offset 开始搜索时，a 中首次出现 b 的位置；负的 offset 表示从路径末尾向前 -offset 个标签处开始index('0.1.2.3.5.4.5.6.8.5.6.8','5.6',-4)9
text2ltree(text)ltree将 text 转换为 ltree
ltree2text(ltree)text将 ltree 转换为 text
lca(ltree, ltree, ...)ltree路径的最长公共祖先（最多支持 8 个参数）lca('1.2.3','1.2.3.4.5.6')1.2
lca(ltree[])ltree数组中各路径的最长公共祖先lca(array['1.2.3'::ltree,'1.2.3.4'])1.2

F.21.3. 索引

ltree 支持几种能够加速所示操作符的索引类型：

  • ltree 上的 B-树索引：<、<=、=、>=、>

  • ltree 上的 GiST 索引：<、<=、=、>=、>、@>、<@、@、~、?

    创建此类索引的示例：

    CREATE INDEX path_gist_idx ON test USING GIST (path);

  • ltree[] 上的 GiST 索引：ltree[] <@ ltree、ltree @> ltree[]、@、~、?

    创建此类索引的示例：

    CREATE INDEX path_gist_idx ON test USING GIST (array_path);

    注意：这种索引类型是有损的。

F.21.4. 示例

本示例使用下列数据（在源代码发行包中的 contrib/ltree/ltreetest.sql 文件里也能找到）： 

CREATE TABLE test (path ltree);
INSERT INTO test VALUES ('Top');
INSERT INTO test VALUES ('Top.Science');
INSERT INTO test VALUES ('Top.Science.Astronomy');
INSERT INTO test VALUES ('Top.Science.Astronomy.Astrophysics');
INSERT INTO test VALUES ('Top.Science.Astronomy.Cosmology');
INSERT INTO test VALUES ('Top.Hobbies');
INSERT INTO test VALUES ('Top.Hobbies.Amateurs_Astronomy');
INSERT INTO test VALUES ('Top.Collections');
INSERT INTO test VALUES ('Top.Collections.Pictures');
INSERT INTO test VALUES ('Top.Collections.Pictures.Astronomy');
INSERT INTO test VALUES ('Top.Collections.Pictures.Astronomy.Stars');
INSERT INTO test VALUES ('Top.Collections.Pictures.Astronomy.Galaxies');
INSERT INTO test VALUES ('Top.Collections.Pictures.Astronomy.Astronauts');
CREATE INDEX path_gist_idx ON test USING GIST (path);
CREATE INDEX path_idx ON test USING BTREE (path);

现在，我们有一个表 test，其中的数据描述了下图所示的层次结构： 

                        Top
                     /   |  \
             Science Hobbies Collections
                 /       |              \
        Astronomy   Amateurs_Astronomy Pictures
           /  \                            |
Astrophysics  Cosmology                Astronomy
                                        /  |    \
                                 Galaxies Stars Astronauts

我们可以做继承查询： 

ltreetest=> SELECT path FROM test WHERE path <@ 'Top.Science';
                path
------------------------------------
 Top.Science
 Top.Science.Astronomy
 Top.Science.Astronomy.Astrophysics
 Top.Science.Astronomy.Cosmology
(4 rows)

下面是一些路径匹配的示例：

ltreetest=> SELECT path FROM test WHERE path ~ '*.Astronomy.*';
                     path
-----------------------------------------------
 Top.Science.Astronomy
 Top.Science.Astronomy.Astrophysics
 Top.Science.Astronomy.Cosmology
 Top.Collections.Pictures.Astronomy
 Top.Collections.Pictures.Astronomy.Stars
 Top.Collections.Pictures.Astronomy.Galaxies
 Top.Collections.Pictures.Astronomy.Astronauts
(7 rows)

ltreetest=> SELECT path FROM test WHERE path ~ '*.!pictures@.*.Astronomy.*';
                path
------------------------------------
 Top.Science.Astronomy
 Top.Science.Astronomy.Astrophysics
 Top.Science.Astronomy.Cosmology
(3 rows)

下面是一些全文检索示例： 

ltreetest=> SELECT path FROM test WHERE path @ 'Astro*% & !pictures@';
                path
------------------------------------
 Top.Science.Astronomy
 Top.Science.Astronomy.Astrophysics
 Top.Science.Astronomy.Cosmology
 Top.Hobbies.Amateurs_Astronomy
(4 rows)

ltreetest=> SELECT path FROM test WHERE path @ 'Astro* & !pictures@';
                path
------------------------------------
 Top.Science.Astronomy
 Top.Science.Astronomy.Astrophysics
 Top.Science.Astronomy.Cosmology
(3 rows)

使用函数构造路径： 

ltreetest=> SELECT subpath(path,0,2)||'Space'||subpath(path,2) FROM test WHERE path <@ 'Top.Science.Astronomy';
                 ?column?
------------------------------------------
 Top.Science.Space.Astronomy
 Top.Science.Space.Astronomy.Astrophysics
 Top.Science.Space.Astronomy.Cosmology
(3 rows)

可以通过创建一个 SQL 函数，在路径的指定位置插入标签来简化这一操作：

CREATE FUNCTION ins_label(ltree, int, text) RETURNS ltree
    AS 'select subpath($1,0,$2) || $3 || subpath($1,$2);'
    LANGUAGE SQL IMMUTABLE;

ltreetest=> SELECT ins_label(path,2,'Space') FROM test WHERE path <@ 'Top.Science.Astronomy';
                ins_label
------------------------------------------
 Top.Science.Space.Astronomy
 Top.Science.Space.Astronomy.Astrophysics
 Top.Science.Space.Astronomy.Cosmology
(3 rows)

F.21.5. 转换

有额外的扩展实现了 PL/Python 的 ltree 类型转换。这些扩展分别叫做 ltree_plpythonu、ltree_plpython2u 和 ltree_plpython3u（关于 PL/Python 的命名约定请见第 46.1 节）。如果安装了这些转换扩展，并在创建函数时指定它们，则 ltree 值会映射为 Python 列表。（不过，目前还不支持反向映射。）

小心

强烈建议将转换扩展安装在与 ltree 相同的模式中。否则，如果转换扩展所在模式包含由恶意用户定义的对象，在安装时会存在安全隐患。

F.21.6. 作者

全部工作均由 Teodor Sigaev（）和 Oleg Bartunov（）完成。更多信息见 http://www.sai.msu.su/~megera/postgres/gist/。作者谨感谢 Eugeny Rodichev 的有益讨论。欢迎提出意见和缺陷报告。

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