SQL: Leetcode 626. Exchange Seats Intermediate Select

SQL/Leetcode/Intermediate Select/626. Exchange Seats/gpt/Exchange_Seats_mysql.ipynb

@@ -0,0 +1,216 @@
+{
+ "cells": [
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "id": "7d52f65e",
+   "metadata": {},
+   "source": [
+    "# MySQL 8.0.40\n",
+    "\n",
+    "## 0) 前提\n",
+    "\n",
+    "* エンジン: **MySQL 8**\n",
+    "* 並び順: 任意（`ORDER BY` を付けない）\n",
+    "  ※この問題は仕様として **`id` 昇順で返す** ことが明記されているため、最終 `ORDER BY id` を付与します\n",
+    "* `NOT IN` は NULL 罠のため回避\n",
+    "* 判定は **ID 基準**、表示は仕様どおりの列名と順序\n",
+    "\n",
+    "## 1) 問題\n",
+    "\n",
+    "* `連番 ID を持つ Seat テーブルで、学生を 2 人ずつで席替え（ID をスワップ）する。人数が奇数なら最後の 1 人はそのまま。結果は id 昇順で返す。`\n",
+    "* 入力テーブル例: `Seat(id INT PK, student VARCHAR)`\n",
+    "* 出力仕様: `id, student`\n",
+    "\n",
+    "  * 奇数 `id` は「次が存在するときだけ」`id+1` にスワップ\n",
+    "  * 偶数 `id` は常に `id-1` にスワップ\n",
+    "  * 最後の孤立した奇数 `id` は据え置き\n",
+    "  * **最終出力は `id` 昇順**\n",
+    "\n",
+    "## 2) 最適解（単一クエリ）\n",
+    "\n",
+    "> ウィンドウで末尾 ID を取り、`CASE` で ±1 変換。**外側で `ORDER BY id`** を必ず付ける。\n",
+    "\n",
+    "```sql\n",
+    "WITH win AS (\n",
+    "  SELECT id, student, MAX(id) OVER () AS max_id\n",
+    "  FROM Seat\n",
+    ")\n",
+    "SELECT\n",
+    "  CASE\n",
+    "    WHEN id % 2 = 1 AND id < max_id THEN id + 1  -- 奇数かつ次がある\n",
+    "    WHEN id % 2 = 0 THEN id - 1                  -- 偶数は前と交換\n",
+    "    ELSE id                                      -- 最後の孤立奇数\n",
+    "  END AS id,\n",
+    "  student\n",
+    "FROM win\n",
+    "ORDER BY id;  -- 仕様：id 昇順\n",
+    "\n",
+    "Runtime 316 ms\n",
+    "Beats 70.97%\n",
+    "\n",
+    "```\n",
+    "\n",
+    "## 3) 代替解\n",
+    "\n",
+    "> ウィンドウを避ける場合は、定数サブクエリで最大 ID を 1 回だけ取得（MySQL は定数サブクエリをキャッシュ）。性能と可読性のバランスが良い。\n",
+    "\n",
+    "```sql\n",
+    "SELECT\n",
+    "  CASE\n",
+    "    WHEN s.id % 2 = 1 AND s.id < (SELECT MAX(id) FROM Seat) THEN s.id + 1\n",
+    "    WHEN s.id % 2 = 0 THEN s.id - 1\n",
+    "    ELSE s.id\n",
+    "  END AS id,\n",
+    "  s.student\n",
+    "FROM Seat AS s\n",
+    "ORDER BY id;  -- 仕様：id 昇順\n",
+    "\n",
+    "Runtime 321 ms\n",
+    "Beats 64.40%\n",
+    "\n",
+    "```\n",
+    "\n",
+    "## 4) 要点解説\n",
+    "\n",
+    "* **誤答の原因**は多くの場合、**`ORDER BY id` を付けていない**こと（計算後の `id` で並べ替えないと期待順にならない）\n",
+    "* 連番前提なのでスワップは **±1** で表現可能。末尾の奇数だけは「次がない」ため据え置き（`id < max_id` 判定）\n",
+    "* 余計な自己結合は不要。存在判定は `MAX(id)` を使うのがシンプル\n",
+    "\n",
+    "## 5) 計算量（概算）\n",
+    "\n",
+    "* ウィンドウ版: スキャン＋ウィンドウ伝播で **O(N)**（実装上は並べ替え不要な全体関数なので追加コスト小）\n",
+    "* 代替版: スキャン **O(N)**、サブクエリ `MAX(id)` は 1 回評価\n",
+    "\n",
+    "## 6) 図解（Mermaid 超保守版）\n",
+    "\n",
+    "```mermaid\n",
+    "flowchart TD\n",
+    "  A[Seat 入力] --> B[\"末尾ID MAX(id) を取得\"]\n",
+    "  B --> C[\"CASE で ±1 変換\"]\n",
+    "  C --> D[id 昇順で整列]\n",
+    "  D --> E[出力 id, student]\n",
+    "```\n",
+    "\n",
+    "# MySQL 8.0.40\n",
+    "\n",
+    "## 0) 前提\n",
+    "\n",
+    "* エンジン: **MySQL 8**\n",
+    "* 並び順: 任意だが、本問は**`id` 昇順で返す指定**があるため `ORDER BY id` を付ける\n",
+    "* `NOT IN` は NULL 罠のため回避\n",
+    "* 判定は **ID 基準**、表示は仕様どおりの列名と順序\n",
+    "\n",
+    "## 1) 問題\n",
+    "\n",
+    "* `連番 ID を持つ Seat テーブルで、学生を 2 人ずつ席替え（ID スワップ）する。人数が奇数なら最後の 1 人はそのまま。結果は id 昇順で返す。`\n",
+    "* 入力テーブル例: `Seat(id INT PK, student VARCHAR)`\n",
+    "* 出力仕様: `id, student`（奇数 ↔ 直後の偶数で入れ替え。末尾の孤立奇数は据え置き）\n",
+    "\n",
+    "## 2) 最適解（単一クエリ）\n",
+    "\n",
+    "> 実行時間を詰める観点で、**ウィンドウ関数や CTE を使わず**、`MAX(id)` を 1 回だけ求めて全行に結合する「定数サブクエリ JOIN」＋**ビット演算**(`& 1`)を使います。\n",
+    "> （`id % 2` より `id & 1` のほうが軽量。CTE は場合によりマテリアライズされオーバーヘッドになり得ます）\n",
+    "\n",
+    "```sql\n",
+    "SELECT\n",
+    "  CASE\n",
+    "    WHEN (s.id & 1) = 1 AND s.id < m.max_id THEN s.id + 1  -- 奇数かつ次がある\n",
+    "    WHEN (s.id & 1) = 0 THEN s.id - 1                      -- 偶数は前と交換\n",
+    "    ELSE s.id                                              -- 最後の孤立奇数\n",
+    "  END AS id,\n",
+    "  s.student\n",
+    "FROM Seat AS s\n",
+    "JOIN (SELECT MAX(id) AS max_id FROM Seat) AS m\n",
+    "ORDER BY id;  -- 指定どおり id 昇順\n",
+    "\n",
+    "Runtime 345 ms\n",
+    "Beats 35.97%\n",
+    "\n",
+    "```\n",
+    "\n",
+    "* ポイント\n",
+    "\n",
+    "  * `JOIN (SELECT MAX(id) ...)` は最適化され 1 回だけ評価されるため、**スカラーサブクエリを各行で評価**する形より安定しやすいです。\n",
+    "  * `& 1` による偶奇判定は `MOD(id,2)` / `id % 2` より安価です。\n",
+    "\n",
+    "## 3) 代替解\n",
+    "\n",
+    "> 「分岐評価自体を減らす」アプローチ。対象行を 3 つに分解して `UNION ALL`（それぞれに最小限の述語だけを評価）。環境次第で速くなることがあります。\n",
+    "\n",
+    "```sql\n",
+    "SELECT s.id + 1 AS id, s.student       -- 奇数で次がある\n",
+    "FROM Seat AS s\n",
+    "JOIN (SELECT MAX(id) AS max_id FROM Seat) AS m\n",
+    "WHERE (s.id & 1) = 1 AND s.id < m.max_id\n",
+    "\n",
+    "UNION ALL\n",
+    "SELECT s.id - 1, s.student             -- 偶数\n",
+    "FROM Seat AS s\n",
+    "WHERE (s.id & 1) = 0\n",
+    "\n",
+    "UNION ALL\n",
+    "SELECT s.id, s.student                 -- 最後の孤立奇数\n",
+    "FROM Seat AS s\n",
+    "JOIN (SELECT MAX(id) AS max_id FROM Seat) AS m\n",
+    "WHERE (s.id & 1) = 1 AND s.id = m.max_id\n",
+    "\n",
+    "ORDER BY id;                            -- 指定どおり id 昇順\n",
+    "\n",
+    "Runtime 320 ms\n",
+    "Beats 65.78%\n",
+    "\n",
+    "```\n",
+    "\n",
+    "## 4) 要点解説\n",
+    "\n",
+    "* **高速化の勘所**\n",
+    "\n",
+    "  * CTE＋ウィンドウは可読性は高い一方で、**CTE のマテリアライズ**や**ウィンドウのフレーム管理**でコスト増になることがあります。\n",
+    "    → 本問は「全体で `MAX(id)` を 1 回」分かればよいので、**定数サブクエリ JOIN**がシンプルかつ安定。\n",
+    "  * **ビット演算**で偶奇判定（`id & 1`）にすると、`%` より演算コストが低め。\n",
+    "  * `ORDER BY id` は必須（仕様）。`ORDER BY` は出力段で 1 回だけ走る構成にする。\n",
+    "\n",
+    "* **可読性 vs. 性能**\n",
+    "\n",
+    "  * 可読性重視なら、これまでの CTE＋`MAX(id) OVER()` も正解です。\n",
+    "  * ランタイムが拮抗しているなら、**`JOIN (SELECT MAX(id))` ＋ `& 1`** をまず試すのが無難。\n",
+    "\n",
+    "## 5) 計算量（概算）\n",
+    "\n",
+    "* いずれもフルスキャン主体で **O(N)**。\n",
+    "\n",
+    "  * `JOIN (SELECT MAX(id))` の内側は 1 行だけの派生表で評価回数は 1 回。\n",
+    "  * `UNION ALL` 案は 3 本のスキャンだが述語が軽く、条件分岐が少ないため実測で伸びる場合あり。\n",
+    "\n",
+    "## 6) 図解（Mermaid 超保守版）\n",
+    "\n",
+    "```mermaid\n",
+    "flowchart TD\n",
+    "  A[Seat 入力] --> B[\"定数サブクエリで MAX(id)\"]\n",
+    "  B --> C[\"CASE と &1 で ±1 変換\"]\n",
+    "  C --> D[id 昇順で整列]\n",
+    "  D --> E[出力 id, student]\n",
+    "```\n",
+    "\n",
+    "---\n",
+    "\n",
+    "### 小さな改善チェックリスト\n",
+    "\n",
+    "* [ ] `CASE` の偶奇判定を `id & 1` に置換\n",
+    "* [ ] `MAX(id)` は **CROSS/JOIN で 1 回だけ取得**\n",
+    "* [ ] 実行計画を確認（`EXPLAIN`）し、CTE がマテリアライズされていないかを見る\n",
+    "* [ ] データ量が大きい場合は `ORDER BY id` のためのソートコストが支配的。`innodb_buffer_pool_size` が十分か確認（競技環境では不可だが実務では重要）\n",
+    "\n",
+    "このあたりを適用して、あなたの 316ms / 321ms をもう一段押し下げられる可能性があります。\n",
+    "\n"
+   ]
+  }
+ ],
+ "metadata": {
+  "language_info": {
+   "name": "python"
+  }
+ },
+ "nbformat": 4,
+ "nbformat_minor": 5
+}