MongoDB聚合：同集合相邻文档GFL值比较及差值求和实现

集合结构与需求 #

集合Generators的文档结构示例：

_id: 64b7561db1fac11016dccfdb
TS: "1689736733498"
SID: "A005"
GEN:  [
  {
    GID: 1,
    GVT: 1,
    GTS: 1689735100493938200,
    GFL: 0.65
  }
]
__v: 0

需求：针对同一SID、指定TS时间戳范围内的文档，按TS降序排列后，依次比较相邻文档（最新的doc1与doc2，doc2与doc3……），若后一个文档的GFL小于前一个，计算两者差值并累加所有符合条件的差值总和。

已完成的聚合阶段 #

1. $sort阶段：

{
  SID: 1,
  TS: -1
}

2. $match阶段：

{
  SID: "A005",
  TS: {
    $gte: "1689742109823",
    $lte: "1689744959849"
  }
}

注：建议将$match放在$sort之前，先过滤数据再排序能提升查询效率

3. $group阶段：

{
  _id: "$SID",
  data: {
    $push: "$$ROOT"
  }
}

将符合条件的文档存入data数组
4. $unwind阶段：

{
  path: "$data",
  includeArrayIndex: "index",
  preserveNullAndEmptyArrays: true
}

展开数组并添加索引字段index

后续聚合阶段实现 #

1. 获取前一个文档的GFL值（使用$setWindowFields） #

通过窗口函数$lag获取当前文档的前一个邻接文档的GFL值，以_id（即SID）为分区键，按index升序排列（对应TS降序的顺序）：

{
  $setWindowFields: {
    partitionBy: "$_id",
    sortBy: { index: 1 },
    output: {
      prevGFL: {
        $lag: "$data.GEN.0.GFL",
        offset: 1
      }
    }
  }
}

这里假设每个GEN数组只有一个元素，若有多个元素需根据需求调整（比如取第一个/指定GID的元素）

2. 计算有效差值并标记 #

筛选出prevGFL存在（即不是第一个文档）且当前文档GFL小于前一个的情况，计算差值：

{
  $addFields: {
    validDiff: {
      $cond: [
        {
          $and: [
            { $ne: ["$prevGFL", null] },
            { $lt: ["$data.GEN.0.GFL", "$prevGFL"] }
          ]
        },
        { $subtract: ["$prevGFL", "$data.GEN.0.GFL"] },
        0
      ]
    }
  }
}

3. 累加所有有效差值 #

按SID分组，累加所有validDiff得到总和：

{
  $group: {
    _id: "$_id",
    totalFuelConsumption: { $sum: "$validDiff" }
  }
}

4. （可选）美化输出字段 #

如果需要将SID从_id中取出：

{
  $project: {
    _id: 0,
    SID: "$_id",
    totalFuelConsumption: 1
  }
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ke_Sandaru