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TDengine 数学函数 SQRT 用户手册

news 2025/10/29 7:50:24

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SQRT 函数

语法

SQRT(expr)

功能说明

计算指定字段的平方根。

版本

v3.0.0.0

返回结果类型

DOUBLE

适用数据类型

数值类型。

嵌套子查询支持

适用于内层查询和外层查询。

适用于

表和超级表。

使用说明

  • 如果 expr 为 NULL，返回 NULL。
  • 如果 expr 为负数，返回 NULL。
  • 只能与普通列、选择（Selection）、投影（Projection）函数一起使用，不能与聚合（Aggregation）函数一起使用。
  • 支持嵌套使用，例如 SQRT(SQRT(value))。

示例所用表与数据（可直接复制执行）

-- 建库与使用
CREATE DATABASE IF NOT EXISTS power;
USE power;-- 智能电表表结构（带相位信息）
CREATE STABLE meters (ts TIMESTAMP,current FLOAT,voltage INT,phase FLOAT,power DOUBLE
) TAGS (groupid INT,location VARCHAR(64)
);-- 子表
CREATE TABLE d1001 USING meters TAGS (1, 'California.SanFrancisco');
CREATE TABLE d1002 USING meters TAGS (2, 'California.LosAngeles');-- 写入数据
INSERT INTO d1001 VALUES('2024-01-01 10:00:00.000', 10.3, 220, 30.0, 2266.0),('2024-01-01 10:01:00.000', 12.6, 221, 45.0, 2790.6),('2024-01-01 10:02:00.000',  8.5, 223, 60.0, 1895.5),('2024-01-01 10:03:00.000', 11.2, 222, 90.0, 2486.4);INSERT INTO d1002 VALUES('2024-01-01 10:00:00.000',  9.0, 219, 0.0, 1971.0),('2024-01-01 10:01:00.000', 14.0, 222, 120.0, 3108.0),('2024-01-01 10:02:00.000',  7.2, 220, 180.0, 1584.0),('2024-01-01 10:03:00.000', 10.5, 221, -30.0, 2320.5);

基础示例

示例 1: 常量平方根计算

-- 计算常见数值的平方根
taos> SELECT SQRT(4);sqrt(4)         |
==========================2.000000000000000 |taos> SELECT SQRT(9);sqrt(9)         |
==========================3.000000000000000 |taos> SELECT SQRT(16);sqrt(16)         |
==========================4.000000000000000 |taos> SELECT SQRT(2);sqrt(2)         |
==========================1.414213562373095 |

示例 2: 负数处理

-- 负数返回 NULL
taos> SELECT SQRT(-1);sqrt(-1)      |
========================NULL                 |taos> SELECT SQRT(-100);sqrt(-100)      |
========================NULL                 |

示例 3: NULL 值处理

taos> SELECT SQRT(NULL);sqrt(null)       |
========================NULL                  |

示例 4: 列数据平方根计算

-- 计算电压的平方根
SELECT ts,voltage,SQRT(voltage) AS voltage_sqrt
FROM d1001
ORDER BY ts;

           ts            | voltage | voltage_sqrt         |
====================================================================2024-01-01 10:00:00.000 |     220 |   14.832396974191326 |2024-01-01 10:01:00.000 |     221 |   14.866068747318506 |2024-01-01 10:02:00.000 |     223 |   14.933184523068077 |2024-01-01 10:03:00.000 |     222 |   14.899664200685485 |

智能电表场景示例

示例 5: 电流均方根（RMS）计算

目的：计算交流电流的均方根值，用于评估电流的有效值。

-- 计算电流平方的平均值再开方得到RMS
SELECT location,SQRT(AVG(POW(current, 2))) AS current_rms
FROM meters
WHERE ts >= '2024-01-01 10:00:00'AND ts < '2024-01-01 10:04:00'
GROUP BY location;

应用价值：

  • 准确计算交流电流有效值
  • 评估用电设备负载
  • 识别电流异常波动

示例 6: 功率因数计算

目的：通过功率关系计算功率因数，评估用电效率。

-- 计算功率因数 cos(φ) = P / S，其中 S = V * I
SELECT ts,power AS active_power,voltage * current AS apparent_power,power / (voltage * current) AS power_factor,SQRT(POW(voltage * current, 2) - POW(power, 2)) AS reactive_power
FROM d1001
WHERE voltage * current > 0
ORDER BY ts;

应用价值：

  • 评估用电效率
  • 识别需要无功补偿的场景
  • 优化电能质量

示例 7: 三相不平衡度计算

目的：计算电流不平衡度，评估三相负载均衡情况。

-- 计算电流不平衡度（简化版）
SELECT _wstart AS time_window,AVG(current) AS avg_current,STDDEV(current) AS current_stddev,STDDEV(current) / AVG(current) * 100 AS imbalance_rate
FROM meters
WHERE ts >= '2024-01-01 10:00:00'AND ts < '2024-01-01 11:00:00'
INTERVAL(10m);

应用价值：

  • 检测三相不平衡
  • 预防中性线过载
  • 保护电气设备

示例 8: 阻抗计算

目的：根据电压和电流计算线路阻抗，用于故障诊断。

-- 计算阻抗 Z = V / I
SELECT ts,voltage,current,voltage / current AS impedance,SQRT(POW(voltage / current, 2)) AS impedance_magnitude
FROM meters
WHERE current > 0.1
ORDER BY ts;

应用价值：

  • 识别线路异常
  • 检测接触不良
  • 预防设备故障

示例 9: 能量波动分析

目的：分析功率波动的幅度，识别负载变化模式。

-- 计算功率波动的标准差
SELECT _wstart AS time_window,AVG(power) AS avg_power,STDDEV(power) AS power_stddev,SQRT(AVG(POW(power, 2))) AS rms_power
FROM meters
WHERE ts >= '2024-01-01 00:00:00'AND ts < '2024-01-02 00:00:00'
INTERVAL(10m);

应用价值：

  • 识别负载变化规律
  • 优化发电调度
  • 预测用电需求

示例 10: 距离计算（简化版）

目的：计算运行参数与标准值的偏离程度。

-- 计算与标准值的欧几里得距离
SELECT location,AVG(voltage) AS avg_voltage,SQRT(POW(AVG(voltage) - 220, 2) + POW(AVG(current) - 10, 2)) AS distance_from_normal
FROM meters
WHERE ts >= '2024-01-01 10:00:00'AND ts < '2024-01-01 10:04:00'
GROUP BY location;

应用价值：

  • 综合评估运行状态
  • 多维度异常检测
  • 空间分析

示例 11: 四次方根计算（嵌套使用）

目的：通过嵌套SQRT函数实现四次方根计算，用于特殊的数学模型。

-- 计算功率的四次方根
SELECT ts,power,SQRT(SQRT(power)) AS fourth_root_power
FROM meters
WHERE power > 0
ORDER BY ts
LIMIT 10;

应用价值：

  • 支持复杂数学模型
  • 非线性数据变换
  • 特征工程

示例 12: 电压质量评估

目的：评估电压稳定性和质量。

-- 计算电压偏差和变异系数
SELECT location,AVG(voltage) AS avg_voltage,STDDEV(voltage) AS voltage_stddev,STDDEV(voltage) / AVG(voltage) * 100 AS variation_coefficient
FROM meters
WHERE ts >= '2024-01-01 10:00:00'AND ts < '2024-01-01 10:04:00'
GROUP BY location;

应用价值：

  • 量化电压稳定性
  • 识别电压质量问题
  • 指导电压调节策略

生产场景应用与目的

场景 A: 电能质量监测与分析

目的：通过计算电压、电流的标准差和变异系数，全面评估电能质量。

示例：

-- 生成电能质量日报表
SELECT location,AVG(voltage) AS avg_voltage,STDDEV(voltage) AS voltage_stddev,AVG(current) AS avg_current,STDDEV(current) AS current_stddev,SQRT(AVG(POW(current, 2))) AS current_rms
FROM meters
WHERE ts >= NOWAND ts < NOW + 1d
GROUP BY location;

场景 B: 负载预测模型特征提取

目的：在负载预测模型中，使用SQRT进行特征工程，提高预测准确性。

示例：

-- 提取负载特征用于机器学习
SELECT _wstart AS time_window,AVG(power) AS avg_power,SQRT(AVG(power)) AS sqrt_power,SQRT(AVG(POW(power, 2))) AS rms_power,MAX(power) - MIN(power) AS power_range,STDDEV(power) AS power_stddev
FROM meters
WHERE ts >= NOW - 7d
INTERVAL(1h);

注意事项

  1. 负数处理：SQRT 不能对负数开方，会返回 NULL。如需处理负数，应先取绝对值或进行其他预处理。

  2. 精度问题：SQRT 返回 DOUBLE 类型，存在浮点精度限制，在需要高精度的场景下需要注意。

  3. 性能考虑：

    • SQRT 是逐行计算的标量函数，在大数据集上使用时建议配合 WHERE 条件过滤
    • 避免在子查询中重复计算相同的平方根值

  4. 与POW函数配合：常用组合 SQRT(POW(x, 2) + POW(y, 2)) 计算欧几里得距离。

  5. NULL 传播：输入为 NULL 时返回 NULL，在聚合计算中需要注意 NULL 值的影响。

  6. 嵌套使用：支持嵌套，如 SQRT(SQRT(x)) 计算四次方根，但嵌套层数过多会影响可读性。

数学关系

  • 基本定义：SQRT(x) = x^(1/2)，其中 x ≥ 0
  • 反函数：POW(SQRT(x), 2) = x
  • 运算性质：
    • SQRT(x * y) = SQRT(x) * SQRT(y)
    • SQRT(x / y) = SQRT(x) / SQRT(y)
    • SQRT(x^2) = |x|
  • 常用组合：
    • 标准差：STDDEV(x) 内部使用 SQRT
    • 欧几里得距离：SQRT(POW(x1-x2, 2) + POW(y1-y2, 2))
    • 均方根(RMS)：SQRT(AVG(POW(x, 2)))

相关函数

  • POW：幂运算函数，POW(x, 0.5) 等价于 SQRT(x)
  • ABS：绝对值函数，SQRT(POW(x, 2)) 等价于 ABS(x)
  • AVG：平均值函数，常与 SQRT 配合计算统计指标
  • STDDEV：标准差函数，内部实现使用了 SQRT

函数意义与实际应用价值

数学意义

SQRT 函数是数学中基本的根式运算，在统计学、物理学、工程学等领域有广泛应用。它是计算标准差、欧几里得距离、均方根等重要指标的基础。

实际应用价值

  1. 统计分析

    • 计算标准差和方差
    • 评估数据波动性
    • 实现正态分布相关计算

  2. 电力计算

    • 计算交流电有效值（RMS）
    • 分析功率因数
    • 评估电压稳定性

  3. 距离计算

    • 多维空间距离测量
    • 相似度计算
    • 聚类分析

  4. 特征工程

    • 数据标准化
    • 非线性变换
    • 降低数据偏态

  5. 异常检测

    • 基于标准差的异常识别
    • 多维度综合评分
    • 健康度评估

本用户手册提供了 SQRT 函数的完整使用说明，特别针对电力系统中的电能质量监测、设备健康评估、负载分析等实际需求，所有示例均符合 TDengine 语法规范，方便用户快速上手并应用于生产环境。

关于 TDengine

TDengine 是一款专为物联网、工业互联网等场景设计并优化的大数据平台，其核心模块是高性能、集群开源、云原生、极简的时序数据库。

它能安全高效地将大量设备每天产生的高达 TB 甚至 PB 级的数据进行汇聚、存储、分析和分发，并提供 AI 智能体对数据进行预测与异常检测，提供实时的商业洞察。

http://www.dtcms.com/a/540526.html

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