OLAP в финансовом управлении. Курсовая работа: Технология OLAP В olap анализе используются

OLAP (OnLine Analytical Processing) – это название не конкретного продукта, а целой технологии оперативной аналитической обработки, предполагающей анализ данных и получение отчетов. Пользователю предоставляется многомерная таблица, автоматически суммирующая данные в различных разрезах и позволяющая оперативно управлять вычислениями и формой отчета.

Хотя в некоторых изданиях аналитическую обработку называют и онлайновой, и интерактивной, однако прилагательное "оперативная" как нельзя более точно отражает смысл технологии OLAP. Разработка руководителем решений по управлению попадает в разряд областей наиболее ложно поддающихся автоматизации. Однако сегодня имеется возможность оказать помощь управленцу в разработке решений и, самое главное, значительно ускорить сам процесс разработки решений, их отбора и принятия.

Системы поддержки принятия решений обычно обладают средствами предоставления пользователю агрегатных данных для различных выборок из исходного набора в удобном для восприятия и анализа виде. Как правило, такие агрегатные функции образуют многомерный набор данных, нередко называемый гиперкубом или метакубом, оси которого содержат параметры, а ячейки – зависящие от них агрегатные данные – причем храниться такие данные могут и в реляционных таблицах, но в данном случае речь идет о логической организации данных, а не о физической реализации их хранения.

Вдоль каждой оси данные могут быть организованы в виде иерархии, представляющей различные уровни их детализации.

По измерениям в многомерной модели откладывают факторы, влияющие на деятельность предприятия (например: время, продукты, филиалы компании и т.п.). Полученный OLAP-куб затем наполняется показателями деятельности предприятия (цены, продажи, план, прибыли, бытки и т.п.). Необходимо отметить, что в отличие от геометрического куба грани ОLAP-куба не обязательно должны иметь один размер. Наполнение это может вестись как реальными данными оперативных систем, так и прогнозируемыми на основе исторических данных. Измерения гиперкуба могут носить сложный характер, быть иерархическими, между ними могут быть установлены отношения. В процессе анализа пользователь может менять точку зрения на данные (так называемая операция смены логического взгляда), тем самым, просматривая данные в различных разрезах и разрешая конкретные задачи. Над кубами могут выполняться различные операции, включая прогнозирование и условное планирование (анализ типа “что, если”).

Благодаря такой модели данных пользователи могут формулировать сложные запросы, генерировать отчеты, получать подмножества данных. Оперативная аналитическая обработка позволяет значительно упростить и ускорить процесс подготовки и принятия решений руководящим персоналом. Оперативная аналитическая обработка служит цели превращения данных в информацию. Она принципиально отличается от традиционного процесса поддержки принятия решений, основанного, чаще всего, на рассмотрении структурированных отчетов.

OLAP-технология относится к виду интеллектуального анализа и предполагает 12 принципов:

1. Концептуальное многомерное представление . Пользователь-аналитик видит мир предприятия многомерным по своей природе, соответственно и OLAP-модель должна быть многомерной в своей основе.

2. Прозрачность . Архитектура OLAP-системы должна быть открытой, позволяя пользователю, где бы он ни находился, связываться при помощи аналитического инструмента – клиента – с сервером.

3. Доступность . Пользователь-аналитик OLAP должен иметь возможность выполнять анализ, базирующийся на общей концептуальной схеме, содержащей данные всего предприятия в реляционной БД, также как и данные из старых наследуемых БД, на общих методах доступа и на общей аналитической модели. OLAP-система должна выполнять доступ только к действительно требующимся данным, а не применять общий принцип "кухонной воронки", который влечет ненужный ввод.

4. Постоянная производительность при разработке отчетов . При увеличении числа измерений или объема базы данных пользователь-аналитик не должен чувствовать существенного снижения производительности.

5. Клиент-серверная архитектура . Большинство данных, которые сегодня требуется подвергать оперативной аналитической обработке, содержатся на мэйнфреймах с доступом на пользовательские рабочие станции через ЛВС. Это означает, что OLAP-продукты должны быть способны работать в среде клиент-сервер.

6. Общая многомерность . Каждое измерение должно применяться безотносительно своей структуры и операционных способностей. Базовые структуры данных, формулы и форматы отчетов не должны смещаться в сторону какого-либо одного измерения.

7. Динамическое управление разреженными матрицами . Физическая схема OLAP-инструмента должна полностью адаптироваться к специфической аналитической модели для оптимального управления разреженными матрицами. Разреженность (измеряется в процентном отношении пустых ячеек ко всем возможным) – это одна из характеристик распространения данных.

8. Многопользовательская поддержка . OLAP-инструмент должен предоставлять возможности совместного доступа запроса и дополнения нескольких пользователей-аналитиков при условии сохранения целостности и безопасности.

9. Неограниченные перекрестные операции . Различные операции вследствие их иерархической природы могут представлять зависимые отношения в OLAP-модели, т. е. являются перекрестными. Их выполнение не должно требовать от пользователя-аналитика вновь определять эти вычисления и операции.

10. Интуитивная манипуляция данными . Взгляд пользователя- аналитика на измерения, определенный в аналитической модели, должен содержать всю необходимую информацию, чтобы выполнять действия с OLAP-моделью, т.е. они не должны требовать использования системы меню или иных множественных операций с пользовательским интерфейсом.

11. Гибкие возможности получения отчетов . Средства формирования отчетов должны представлять собой синтезируемые данные или информацию, следующую из модели данных в ее любой возможной ориентации. Это означает, что строки, столбцы или страницы отчета должны отображать несколько измерений OLAP-модели одновременно с возможностью показать любое подмножество элементов (значений), содержащихся в измерении, причем в любом порядке.

12. Неограниченная размерность и число уровней агрегации . Исследование о возможном числе необходимых измерений, требующихся в аналитической модели, показало, что одновременно пользователем- аналитиком может использоваться до 19 измерений. Отсюда вытекает рекомендация о числе измерений, поддерживаемой OLAP-системой. Более того, каждое из общих измерений не должно быть ограничено по числу определяемых пользователем-аналитиком уровней агрегации.

В качестве специализированных OLAP-систем, предлагаемых в настоящее время на рынке, можно указать CalliGraph, Business Intelligence.

Для решения простых задач анализа данных возможно использовать бюджетное решение – офисные приложения Excel и Access компании Microsoft, которые содержат элементарные средства OLAP-технологии, позволяющие создавать сводные таблицы и строить на их основе различные отчеты.

В 1993 году основоположник реляционного подхода к построению баз данных Эдгар Кодд с партнерами (Edgar Codd, математик и стипендиат IBM), опубликовали статью, инициированную компанией "Arbor Software" (сегодня это известнейшая компания "Hyperion Solutions"), озаглавленную "Обеспечение OLAP (оперативной аналитической обработки) для пользователей-аналитиков", в которой сформулированы 12 особенностей технологии OLAP , которые впоследствии были дополнены еще шестью. Эти положения стали основным содержанием новой и очень перспективной технологии.

Основные особенности технологии OLAP (Basic):

• многомерное концептуальное представление данных;
• интуитивное манипулирование данными;
• доступность и детализация данных;
• пакетное извлечение данных против интерпретации;
• модели анализа OLAP ;
• архитектура "клиент-сервер" ( OLAP доступен с рабочего стола);
• прозрачность (прозрачный доступ к внешним данным);
• многопользовательская поддержка.

Специальные особенности ( Special ):

• обработка неформализованных данных;
• сохранение результатов OLAP : хранение их отдельно от исходных данных;
• исключение отсутствующих значений;
• обработка отсутствующих значений.

Особенности представления отчетов ( Report ):

• гибкость формирования отчетов;
• стандартная производительность отчетов;
• автоматическая настройка физического уровня извлечения данных.

Управление измерениями ( Dimension ):

• универсальность измерений;
• неограниченное число измерений и уровней агрегации ;
• неограниченное число операций между размерностями.

Исторически сложилось так, что сегодня термин " OLAP " подразумевает не только многомерный взгляд на данные со стороны конечного пользователя, но и многомерное представление данных в целевой БД. Именно с этим связано появление в качестве самостоятельных терминов "Реляционный OLAP" ( ROLAP ) и "Многомерный OLAP" ( MOLAP ).

OLAP -сервис представляет собой инструмент для анализа больших объемов данных в режиме реального времени. Взаимодействуя с OLAP - системой, пользователь сможет осуществлять гибкий просмотр информации, получать произвольные срезы данных и выполнять аналитические операции детализации, свертки , сквозного распределения, сравнения во времени одновременно по многим параметрам. Вся работа с OLAP -системой происходит в терминах предметной области и позволяет строить статистически обоснованные модели деловой ситуации.

Программные средства OLAP - это инструмент оперативного анализа данных , содержащихся в хранилище. Главной особенностью является то, что эти средства ориентированы на использование не специалистом в области информационных технологий, не экспертом-статистиком, а профессионалом в прикладной области управления - менеджером отдела, департамента, управления, и, наконец, директором. Средства предназначены для общения аналитика с проблемой, а не с компьютером . На рис. 6.14 показан элементарный OLAP -куб, позволяющий производить оценки данных по трем измерениям.

Многомерный OLAP -куб и система соответствующих математических алгоритмов статистической обработки позволяет анализировать данные любой сложности на любых временных интервалах.

Рис. 6.14.

Имея в своем распоряжении гибкие механизмы манипулирования данными и визуального отображения (рис. рис. 6.15 , рис. 6.16), менеджер сначала рассматривает с разных сторон данные, которые могут быть (а могут и не быть) связаны с решаемой проблемой.

Далее он сопоставляет различные показатели бизнеса между собой, стараясь выявить скрытые взаимосвязи; может рассмотреть данные более пристально, детализировав их, например, разложив на составляющие по времени, по регионам или по клиентам, или, наоборот, еще более обобщить представление информации, чтобы убрать отвлекающие подробности. После этого с помощью модуля статистического оценивания и имитационного моделирования строится несколько вариантов развития событий, и из них выбирается наиболее приемлемый вариант.

Рис. 6.15.

У управляющего компанией, например, может зародиться гипотеза о том, что разброс роста активов в различных филиалах компании зависит от соотношения в них специалистов с техническим и экономическим образованием. Чтобы проверить эту гипотезу, менеджер может запросить из хранилища и отобразить на графике интересующее его соотношение для тех филиалов, у которых за текущий квартал рост активов снизился по сравнению с прошлым годом более чем на 10%, и для тех, у которых повысился более чем на 25%. Он должен иметь возможность использовать простой выбор из предлагаемого меню. Если полученные результаты ощутимо распадутся на две соответствующие группы, то это должно стать стимулом для дальнейшей проверки выдвинутой гипотезы.

В настоящее время быстрое развитие получило направление, называемое динамическим моделированием (Dynamic Simulation ), в полной мере реализующее указанный выше принцип FASMI.

Используя динамическое моделирование, аналитик строит модель деловой ситуации, развивающуюся во времени, по некоторому сценарию. При этом результатом такого моделирования могут быть несколько новых бизнес-ситуаций, порождающих дерево возможных решений с оценкой вероятности и перспективности каждого.

Рис. 6.16.

В таблице 6.3 приведены сравнительные характеристики статического и динамического анализа.

Таблица 6.3.

Характеристика	Статический анализ	Динамический анализ
Типы вопросов	Кто? Что? Сколько? Как? Когда? Где?	Почему так? Что было бы, если…? Что будет, если…?
Время отклика	Не регламентируется	Секунды
Типичные операции работы с данными	Регламентированный отчет, диаграмма, таблица, рисунок	Последовательность интерактивных отчетов, диаграмм, экранных форм . Динамическое изменение уровней агрегации и срезов данных
Уровень аналитических требований	Средний	Высокий
Тип экранных форм	В основном, определенный заранее, регламентированный	Определяемый пользователем, есть возможности настройки
Уровень агрегации данных	Детализированные и суммарные	Определяется пользователем
"Возраст" данных	Исторические и текущие	Исторические, текущие и прогнозируемые
Типы запросов	В основном, предсказуемые	Непредсказуемые - от случаю к случаю
Назначение	Регламентированная аналитическая обработка	Многопроходный анализ, моделирование и построение прогнозов

Практически всегда задача построения аналитической системы для многомерного анализа данных - это задача построения единой, согласованно функционирующей информационной системы, на основе неоднородных программных средств и решений . И уже сам выбор средств для реализации ИС становится чрезвычайно сложной задачей. Здесь должно учитываться множество факторов, включая взаимную совместимость различных программных компонент , легкость их освоения, использования и интеграции, эффективность функционирования, стабильность и даже формы, уровень и потенциальную перспективность взаимоотношений различных фирм производителей.

OLAP применим везде, где есть задача анализа многофакторных данных. Вообще, при наличии некоторой таблицы с данными, в которой есть хотя бы одна описательная колонка и одна колонка с цифрами, OLAP -инструмент будет эффективным средством анализа и генерации отчетов. В качестве примера применения OLAP-технологии рассмотрим исследование результатов процесса продаж.

Ключевые вопросы "Сколько продано?", "На какую сумму продано?" расширяются по мере усложнения бизнеса и накопления исторических данных до некоторого множества факторов, или разрезов: "..в Санкт-Петербурге, в Москве, на Урале, в Сибири…", "..в прошлом квартале, по сравнению с нынешним", "..от поставщика А по сравнению с поставщиком Б…" и т. д.

Ответы на подобные вопросы необходимы для принятия управленческих решений: об изменении ассортимента, цен, закрытии и открытии магазинов, филиалов, расторжении и подписании договоров с дилерами, проведения или прекращения рекламных кампаний и т. д.

Если попытаться выделить основные цифры (факты) и разрезы (аргументы измерений), которыми манипулирует аналитик, стараясь расширить или оптимизировать бизнес компании, то получится таблица, подходящая для анализа продаж как некий шаблон, требующий соответствующей корректировки для каждого конкретного предприятия.

Время . Как правило, это несколько периодов: Год, Квартал, Месяц, Декада, Неделя, День. Многие OLAP -инструменты автоматически вычисляют старшие периоды из даты и вычисляют итоги по ним.

Категория товара . Категорий может быть несколько, они отличаются для каждого вида бизнеса: Сорт, Модель, Вид упаковки и пр. Если продается только один товар или ассортимент очень невелик, то категория не нужна.

Товар . Иногда применяются название товара (или услуги), его код или артикул. В тех случаях, когда ассортимент очень велик (а некоторые предприятия имеют десятки тысяч позиций в своем прайс-листе), первоначальный анализ по всем видам товаров может не проводиться, а обобщаться до некоторых согласованных категорий.

Регион . В зависимости от глобальности бизнеса можно иметь в виду Континент, Группа стран, Страна, Территория, Город, Район, Улица, Часть улицы. Конечно, если есть только одна торговая точка, то это измерение отсутствует.

Продавец . Это измерение тоже зависит от структуры и масштабов бизнеса. Здесь может быть: Филиал, Магазин, Дилер, Менеджер по продажам. В некоторых случаях измерение отсутствует, например, когда продавец не влияет на объемы сбыта, магазин только один и так далее.

Покупатель . В некоторых случаях, например, в розничной торговле , покупатель обезличен и измерение отсутствует, в других случаях информация о покупателе есть, и она важна для продаж. Это измерение может содержать название фирмы-покупателя или множество группировок и характеристик клиентов: Отрасль, Группа предприятий, Владелец и так далее.. Анализ структуры продаж для выявления важнейших составляющих в интересующем разрезе. Для этого удобно использовать, например, диаграмму типа "Пирог" в сложных случаях, когда исследуется сразу 3 измерения - "Столбцы". Например, в магазине "Компьютерная техника" за квартал продажи компьютеров составили $100000, фототехники -$10000, расходных материалов - $4500. Вывод: оборот магазина зависит в большой степени от продажи компьютеров (на самом деле, быть может, расходные материалы необходимы для продажи компьютеров, но это уже анализ внутренних зависимостей).

Анализ динамики ( регрессионный анализ - выявление трендов ). Выявление тенденций, сезонных колебаний. Наглядно динамику отображает график типа "Линия". Например, объемы продаж продуктов компании Intel в течение года падали, а объемы продаж Microsoft росли. Возможно, улучшилось благосостояние среднего покупателя, или изменился имидж магазина, а с ним и состав покупателей. Требуется провести корректировку ассортимента. Другой пример: в течение 3 лет зимой снижается объем продаж видеокамер.

Анализ зависимостей (корреляционный анализ). Сравнение объемов продаж разных товаров во времени для выявления необходимого ассортимента - "корзины". Для этого также удобно использовать график типа "Линия". Например, при удалении из ассортимента принтеров в течение первых двух месяцев обнаружилось падение продаж картриджей с порошком.

хранилища данных формируются на основе фиксируемых на протяжении продолжительного периода времени моментальных снимков баз данных оперативной информационной системы и, возможно, различных внешних источников. В хранилищах данных применяются технологии баз данных, OLAP , глубинного анализа данных , визуализации данных.

Основные характеристики хранилищ данных.

• содержит исторические данные;
• хранит подробные сведения, а также частично и полностью обобщенные данные;
• данные в основном являются статическими;
• нерегламентированный, неструктурированный и эвристический способ обработки данных;
• средняя и низкая интенсивность обработки транзакций ;
• непредсказуемый способ использования данных;
• предназначено для проведения анализа ;
• ориентировано на предметные области ;
• поддержка принятия стратегических решений;
• обслуживает относительно малое количество работников руководящего звена.

Термин OLAP (On-Line Analytical Processing ) служит для описания модели представления данных и соответственно технологии их обработки в хранилищах данных. В OLAP применяется многомерное представление агрегированных данных для обеспечения быстрого доступа к стратегически важной информации в целях углубленного анализа . Приложения OLAP должны обладать следующими основными свойствами:

• многомерное представление данных ;
• поддержка сложных расчетов;
• правильный учет фактора времени.

Преимущества OLAP :

• повышение производительности производственного персонала, разработчиков прикладных программ . Своевременный доступ к стратегической информации.
• предоставление пользователям достаточных возможностей для внесения собственных изменений в схему.
• приложения OLAP опираются на хранилища данных и системы OLTP , получая от них актуальные данные, что дает сохранение контроля целостности корпоративных данных.
• уменьшение нагрузки на системы OLTP и хранилища данных .

OLAP и OLTP. Характеристики и основные отличия

OLAP	OLTP
Хранилище данных должно включать как внутренние корпоративные данные, так и внешние данные	основным источником информации, поступающей в оперативную БД , является деятельность корпорации , а для проведения анализа данных требуется привлечение внешних источников информации (например, статистических отчетов )
Объем аналитических БД как минимум на порядок больше объема оперативных. для проведения достоверных анализа и прогнозирования в хранилище данных нужно иметь информацию о деятельности корпорации и состоянии рынка на протяжении нескольких лет	Для оперативной обработки требуются данные за несколько последних месяцев
Хранилище данных должно содержать единообразно представленную и согласованную информацию, максимально соответствующую содержанию оперативных БД . Необходима компонента для извлечения и "очистки" информации из разных источников. Во многих крупных корпорациях одновременно существуют несколько оперативных ИС с собственными БД (по историческим причинам ).	Оперативные БД могут содержать семантически эквивалентную информацию, представленную в разных форматах, с разным указанием времени ее поступления, иногда даже противоречивую
Набор запросов к аналитической базе данных предсказать невозможно. хранилища данных существуют, чтобы отвечать на нерегламентированные запросы аналитиков. Можно рассчитывать только на то, что запросы будут поступать не слишком часто и затрагивать большие объемы информации. Размеры аналитической БД стимулируют использование запросов с агрегатами (сумма, минимальное, максимальное, среднее значение и т.д.)	Системы обработки данных создаются в расчете на решение конкретных задач. Информация из БД выбирается часто и небольшими порциями. Обычно набор запросов к оперативной БД известен уже при проектировании
При малой изменчивости аналитических БД (только при загрузке данных ) оказываются разумными упорядоченность массивов, более быстрые методы индексации при массовой выборке, хранение заранее агрегированных данных	Системы обработки данных по своей природе являются сильно изменчивыми, что учитывается в используемых СУБД (нормализованная структура БД , строки хранятся неупорядоченно, B- деревья для индексации , транзакционность )
Информация аналитических БД настолько критична для корпорации , что требуются большая грануляция защиты (индивидуальные права доступа к определенным строкам и/или столбцам таблицы)	Для систем обработки данных обычно хватает защиты информации на уровне таблиц

Правила Кодда для OLAP систем

В 1993 году Кодд опубликовал труд под названием " OLAP для пользователей-аналитиков: каким он должен быть". В нем он изложил основные концепции оперативной аналитической обработки и определил 12 правил, которым должны удовлетворять продукты, предоставляющие возможность выполнения оперативной аналитической обработки.

1. Концептуальное многомерное представление. OLAP -модель должна быть многомерной в своей основе. Многомерная концептуальная схема или пользовательское представление облегчают моделирование и анализ так же, впрочем, как и вычисления .
2. Прозрачность. Пользователь способен получить все необходимые данные из OLAP -машины, даже не подозревая, откуда они берутся. Вне зависимости от того, является OLAP -продукт частью средств пользователя или нет, этот факт должен быть незаметен для пользователя. Если OLAP предоставляется клиент -серверными вычислениями, то этот факт также, по возможности, должен быть невидим для пользователя. OLAP должен предоставляться в контексте истинно открытой архитектуры, позволяя пользователю, где бы он ни находился, связываться при помощи аналитического инструмента с сервером. В дополнение к этому прозрачность должна достигаться и при взаимодействии аналитического инструмента с гомогенной и гетерогенной средами БД .
3. Доступность. OLAP должен предоставлять свою собственную логическую схему для доступа в гетерогенной среде БД и выполнять соответствующие преобразования для предоставления данных пользователю. Более того, необходимо заранее позаботиться о том, где и как, и какие типы физической организации данных действительно будут использоваться. OLAP -система должна выполнять доступ только к действительно требующимся данным, а не применять общий принцип "кухонной воронки", который влечет ненужный ввод.
4. Постоянная производительность при разработке отчетов . Производительность формирования отчетов не должна существенно падать с ростом количества измерений и размеров базы данных.
5. Клиент -серверная архитектура. Требуется, чтобы продукт был не только клиент -серверным, но и чтобы серверный компонент был бы достаточно интеллектуальным для того, чтобы различные клиенты могли подключаться с минимумом усилий и программирования.
6. Общая многомерность. Все измерения должны быть равноправны, каждое измерение должно быть эквивалентно и в структуре, и в операционных возможностях. Правда, допускаются дополнительные операционные возможности для отдельных измерений (видимо, подразумевается время), но такие дополнительные функции должны быть предоставлены любому измерению. Не должно быть так, чтобы базовые структуры данных , вычислительные или отчетные форматы были более свойственны какому-то одному измерению.
7. Динамическое управление разреженными матрицами . OLAP системы должны автоматически настраивать свою физическую схему в зависимости от типа модели , объемов данных и разреженности базы данных.
8. Многопользовательская поддержка . OLAP -инструмент должен предоставлять возможности совместного доступа (запроса и дополнения), целостности и безопасности.
9. Неограниченные перекрестные операции. Все виды операций должны быть дозволены для любых измерений.
10. Интуитивная манипуляция данными. Манипулирование данными осуществлялось посредством прямых действий над ячейками в режиме просмотра без использования меню и множественных операций.
11. Гибкие возможности получения отчетов . Измерения должны быть размещены в отчете так, как это нужно пользователю.
12. Неограниченная

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по дисциплине: Базы данных

Тема: Технология OLAP

Выполнил:

Чижиков Александр Александрович

Введение

1. Классификация OLAP-продуктов

2. OLAP-клиент - OLAP-сервер: "за" и "против"

3. Ядро OLAP системы

3.1 Принципы построения

Заключение

Список использованных источников

Приложения

В ведение

Трудно найти в компьютерном мире человека, который хотя бы на интуитивном уровне не понимал, что такое базы данных и зачем они нужны. В отличие от традиционных реляционных СУБД, концепция OLAP не так широко известна, хотя загадочный термин "кубы OLAP" слышали, наверное, почти все. Что же такое OnLine Analytical Processing?

OLAP - это не отдельно взятый программный продукт, не язык программирования и даже не конкретная технология. Если постараться охватить OLAP во всех его проявлениях, то это совокупность концепций, принципов и требований, лежащих в основе программных продуктов, облегчающих аналитикам доступ к данным. Несмотря на то, что с таким определением вряд ли кто-нибудь не согласится, сомнительно, чтобы оно хоть на йоту приблизило неспециалистов к пониманию предмета. Поэтому в своем стремлении к познанию OLAP лучше идти другим путем. Для начала надо выяснить, зачем аналитикам надо как-то специально облегчать доступ к данным.

Дело в том, что аналитики - это особые потребители корпоративной информации. Задача аналитика - находить закономерности в больших массивах данных. Поэтому аналитик не будет обращать внимания на отдельно взятый факт, ему нужна информация о сотнях и тысячах событий. Кстати, один из существенных моментов, который привел к появлению OLAP - производительность и эффективность. Представим себе, что происходит, когда аналитику необходимо получить информацию, а средства OLAP на предприятии отсутствуют. Аналитик самостоятельно (что маловероятно) или с помощью программиста делает соответствующий SQL-запрос и получает интересующие данные в виде отчета или экспортирует их в электронную таблицу. Проблем при этом возникает великое множество. Во-первых, аналитик вынужден заниматься не своей работой (SQL-программированием) либо ждать, когда за него задачу выполнят программисты - все этоотрицательно сказывается на производительности труда, повышается инфарктно-инсультный уровень и так далее. Во-вторых, один-единственный отчет или таблица, как правило, не спасает гигантов мысли и отцов русского анализа - и всю процедуру придется повторять снова и снова. В-третьих, как мы уже выяснили, аналитики по мелочам не спрашивают - им нужно все и сразу. Это означает (хотя техника и идет вперед семимильными шагами), что сервер корпоративной реляционной СУБД, к которому обращается аналитик, может задуматься глубоко и надолго, заблокировав остальные транзакции.

Концепция OLAP появилась именно для разрешения подобных проблем. Кубы OLAP представляют собой, по сути, мета-отчеты. Разрезая мета-отчеты (кубы, то есть) по измерениям, аналитик получает, фактически, интересующие его "обычные" двумерные отчеты (это не обязательно отчеты в обычном понимании этого термина - речь идет о структурах данных с такими же функциями). Преимущества кубов очевидны - данные необходимо запросить из реляционной СУБД всего один раз - при построении куба. Поскольку аналитики, как правило, не работают с информацией, которая дополняется и меняется "на лету", сформированный куб является актуальным в течение достаточно продолжительного времени. Благодаря этому, не только исключаются перебои в работе сервера реляционной СУБД (нет запросов с тысячами и миллионами строк ответов), но и резко повышается скорость доступа к данным для самого аналитика. Кроме того, как уже отмечалось, производительность повышается и за счет подсчета промежуточных сумм иерархий и других агрегированных значений в момент построения куба.

Конечно, за повышение таким способом производительности надо платить. Иногда говорят, что структура данных просто "взрывается" - куб OLAP может занимать в десятки и даже сотни раз больше места, чем исходные данные.

Теперь, когда мы немного разобрались в том, как работает и для чего служит OLAP, стоит, все же, несколько формализовать наши знания и дать критерии OLAP уже без синхронного перевода на обычный человеческий язык. Эти критерии (всего числом 12) были сформулированы в 1993 году Е.Ф. Коддом - создателем концепции реляционных СУБД и, по совместительству, OLAP. Непосредственно их мы рассматривать не будем, поскольку позднее они были переработаны в так называемый тест FASMI, который определяет требования к продуктам OLAP. FASMI - это аббревиатура от названия каждого пункта теста:

Fast (быстрый). Это свойство означает, что система должна обеспечивать ответ на запрос пользователя в среднем за пять секунд; при этом большинство запросов обрабатываются в пределах одной секунды, а самые сложные запросы должны обрабатываться в пределах двадцати секунд. Недавние исследования показали, что пользователь начинает сомневаться в успешности запроса, если он занимает более тридцати секунд.

Analysis (аналитический). Система должна справляться с любым логическим и статистическим анализом, характерным для бизнес-приложений, и обеспечивает сохранение результатов в виде, доступном для конечного пользователя. Средства анализа могут включать процедуры анализа временных рядов, распределения затрат, конверсии валют, моделирования изменений организационных структур и некоторые другие.

Shared (разделяемый). Система должна предоставлять широкие возможности разграничения доступа к данным и одновременной работы многих пользователей.

Multidimensional (многомерный). Система должна обеспечивать концептуально многомерное представление данных, включая полную поддержку множественных иерархий.

Information (информация). Мощность различных программных продуктов характеризуется количеством обрабатываемых входных данных. Разные OLAP-системы имеют разную мощность: передовые OLAP-решения могут оперировать, по крайней мере, в тысячу раз большим количеством данных по сравнению с самыми маломощными. При выборе OLAP-инструмента следует учитывать целый ряд факторов, включая дублирование данных, требуемую оперативную память, использование дискового пространства, эксплуатационные показатели, интеграцию с информационными хранилищами и т.п.

1. Классификация OLAP-продуктов

Итак, суть OLAP заключается в том, что исходная для анализа информация представляется в виде многомерного куба, и обеспечивается возможность произвольно манипулировать ею и получать нужные информационные разрезы - отчеты. При этом конечный пользователь видит куб как многомерную динамическую таблицу, которая автоматически суммирует данные (факты) в различных разрезах (измерениях), и позволяет интерактивно управлять вычислениями и формой отчета. Выполнение этих операций обеспечивается OLAP-машиной (или машиной OLAP-вычислений).

На сегодняшний день в мире разработано множество продуктов, реализующих OLAP-технологии. Чтобы легче было ориентироваться среди них, используют классификации OLAP-продуктов: по способу хранения данных для анализа и по месту нахождения OLAP-машины. Рассмотрим подробнее каждую категорию OLAP-продуктов.

Начну я с классификации по способу хранения данных. Напомню, что многомерные кубы строятся на основе исходных и агрегатных данных. И исходные и агрегатные данные для кубов могут храниться как в реляционных, так и многомерных базах данных. Поэтому в настоящее время применяются три способа хранения данных: MOLAP (Multidimensional OLAP), ROLAP (Relational OLAP) и HOLAP (Hybrid OLAP). Соответственно, OLAP-продукты по способу хранения данных делятся на три аналогичные категории:

1.В случае MOLAP, исходные и агрегатные данные хранятся в многомерной БД или в многомерном локальном кубе.

2.В ROLAP-продуктах исходные данные хранятся в реляционных БД или в плоских локальных таблицах на файл-сервере. Агрегатные данные могут помещаться в служебные таблицы в той же БД. Преобразование данных из реляционной БД в многомерные кубы происходит по запросу OLAP-средства.

3.В случае использования HOLAP архитектуры исходные данные остаются в реляционной базе, а агрегаты размещаются в многомерной. Построение OLAP-куба выполняется по запросу OLAP-средства на основе реляционных и многомерных данных.

Следующая классификация - по месту размещения OLAP-машины. По этому признаку OLAP-продукты делятся на OLAP-серверы и OLAP-клиенты:

В серверных OLAP-средствах вычисления и хранение агрегатных данных выполняются отдельным процессом - сервером. Клиентское приложение получает только результаты запросов к многомерным кубам, которые хранятся на сервере. Некоторые OLAP-серверы поддерживают хранение данных только в реляционных базах, некоторые - только в многомерных. Многие современные OLAP-серверы поддерживают все три способа хранения данных: MOLAP, ROLAP и HOLAP.

OLAP-клиент устроен по-другому. Построение многомерного куба и OLAP-вычисления выполняются в памяти клиентского компьютера. OLAP-клиенты также делятся на ROLAP и MOLAP. А некоторые могут поддерживать оба варианта доступа к данным.

У каждого из этих подходов, есть свои "плюсы" и "минусы". Вопреки распространенному мнению о преимуществах серверных средств перед клиентскими, в целом ряде случаев применение OLAP-клиента для пользователей может оказаться эффективнее и выгоднее использования OLAP-сервера.

2. OLAP-клиент - OLAP-сервер: "за" и "против"

При построении информационной системы OLAP-функциональность может быть реализована как серверными, так и клиентскими OLAP-средствами. На практике выбор является результатом компромисса эксплуатационных показателей и стоимости программного обеспечения.

Объем данных определяется совокупностью следующих характеристик: количество записей, количество измерений, количество элементов измерений, длина измерений и количество фактов. Известно, что OLAP-сервер может обрабатывать большие объемы данных, чем OLAP-клиент при равной мощности компьютера. Это объясняется тем, что OLAP-сервер хранит на жестких дисках многомерную базу данных, содержащую заранее вычисленные кубы.

Клиентские программы в момент выполнения OLAP-операций выполняют к ней запросы на SQL-подобном языке, получая не весь куб, а его отображаемые фрагменты. OLAP-клиент в момент работы должен иметь в оперативной памяти весь куб. В случае ROLAP-архитектуры, необходимо предварительно загрузить в память весь используемый для вычисления куба массив данных. Кроме того, при увеличении числа измерений, фактов или элементов измерений количество агрегатов растет в геометрической прогрессии. Таким образом, объем данных, обрабатываемых OLAP-клиентом, находится в прямой зависимости от объема оперативной памяти ПК пользователя.

Однако заметим, что большинство OLAP-клиентов обеспечивают выполнение распределенных вычислений. Поэтому под количеством обрабатываемых записей, которое ограничивает работу клиентского OLAP-средства, понимается не объем первичных данных корпоративной БД, а размер агрегированной выборки из нее. OLAP-клиент генерирует запрос к СУБД, в котором описываются условия фильтрации и алгоритм предварительной группировки первичных данных. Сервер находит, группирует записи и возвращает компактную выборку для дальнейших OLAP-вычислений. Размер этой выборки может быть в десятки и сотни раз меньше объема первичных, не агрегированных записей. Следовательно, потребность такого OLAP-клиента в ресурсах ПК существенно снижается.

Кроме того, на количество измерений накладывают ограничения возможности человеческого восприятия. Известно, что средний человек может одновременно оперировать 3-4, максимум 8 измерениями. При большем количестве измерений в динамической таблице восприятие информации существенно затрудняется. Этот фактор следует учитывать при предварительном расчете оперативной памяти, которая может потребоваться OLAP-клиенту.

Длина измерений также влияет на размер адресного пространства OLAP-средства, занятого при вычислении OLAP-куба. Чем длиннее измерения, тем больше ресурсов требуется для выполнения предварительной сортировки многомерного массива, и наоборот. Только короткие измерения в исходных данных - еще один аргумент в пользу OLAP-клиента.

Эта характеристика определяется двумя рассмотренными выше факторами: объемом обрабатываемых данных и мощностью компьютеров. При возрастании количества, например, измерений, производительность всех OLAP-средств снижается за счет значительного увеличения количества агрегатов, но при этом темпы снижения разные. Продемонстрируем эту зависимость на графике.

Схема 1. Зависимость производительности клиентских и серверных OLAP-средств от увеличения объема данных

Скоростные характеристики OLAP-сервера менее чувствительны к росту объема данных. Это объясняется различными технологиями обработки запросов пользователей OLAP-сервером и OLAP-клиентом. Например, при операции детализации OLAP-сервер обращается к хранимым данным и "вытягивает" данные этой "ветки". OLAP-клиент же вычисляет весь набор агрегатов в момент загрузки. Однако до определенного объема данных производительность серверных и клиентских средств является сопоставимой. Для OLAP-клиентов, поддерживающих распределенные вычисления, область сопоставимости производительности может распространяться на объемы данных, покрывающие потребности в OLAP-анализе огромного количества пользователей. Это подтверждают результаты внутреннего тестирования MS OLAP Server и OLAP-клиента "Контур Стандарт". Тест выполнен на ПК IBM PC Pentium Celeron 400 МГц, 256 Mb для выборки в 1 миллион уникальных (т.е. агрегированных) записей с 7 измерениями, содержащими от 10 до 70 членов. Время загрузки куба в обоих случаях не превышает 1 секунды, а выполнение различных OLAP-операций (drill up, drill down, move, filter и др.) выполняется за сотые доли секунды.

Когда размер выборки превысит объем оперативной памяти, начинается обмен (swapping) с диском и производительность OLAP-клиента резко падает. Только с этого момента можно говорить о преимуществе OLAP-сервера.

Следует помнить, что точка "перелома" определяет границу резкого удорожания OLAP-решения. Для задач каждого конкретного пользователя эта точка легко определяется по тестам производительности OLAP-клиента. Такие тесты можно получить у компании-разработчика.

Кроме того, стоимость серверного OLAP-решения растет при увеличении количества пользователей. Дело в том, что OLAP-сервер выполняет вычисления для всех пользователей на одном компьютере. Соответственно, чем больше количество пользователей, тем больше оперативной памяти и процессорной мощности. Таким образом, если объемы обрабатываемых данных лежат в области сопоставимой производительности серверных и клиентских систем, то при прочих равных условиях, использование OLAP-клиента будет выгоднее.

Использование OLAP-сервера в "классической" идеологии предусматривает выгрузку данных реляционных СУБД в многомерную БД. Выгрузка выполняется за определенный период, поэтому данные OLAP-сервера не отражают состояние на текущий момент. Этого недостатка лишены только те OLAP-серверы, которые поддерживают ROLAP-режим работы.

Аналогичным образом, целый ряд OLAP-клиентов позволяет реализовать ROLAP- и Desktop-архитектуру с прямым доступом к БД. Это обеспечивает анализ исходных данных в режиме on-line.

OLAP-сервер предъявляет минимальные требования к мощности клиентских терминалов. Объективно, требования OLAP-клиента выше, т.к. он производит вычисления в оперативной памяти ПК пользователя. Состояние парка аппаратных средств конкретной организации - важнейший показатель, который должен быть учтен при выборе OLAP-средства. Но и здесь есть свои "плюсы" и "минусы". OLAP-сервер не использует огромную вычислительную мощность современных персональных компьютеров. В случае, если организация уже имеет парк современных ПК, неэффективно применять их лишь в качестве отображающих терминалов и в тоже время делать дополнительные затраты на центральный сервер.

Если мощность компьютеров пользователей "оставляет желать лучшего", OLAP-клиент будет работать медленно или не сможет работать вовсе. Покупка одного мощного сервера может оказаться дешевле модернизации всех ПК.

Здесь полезно принять во внимание тенденции в развитии аппаратного обеспечения. Поскольку объемы данных для анализа являются практически константой, то стабильный рост мощности ПК будет приводить к расширению возможностей OLAP-клиентов и вытеснению ими OLAP-серверов в сегмент очень больших баз данных.

При использовании OLAP-сервера по сети на ПК клиента передаются только данные для отображения, в то время как OLAP-клиент получает весь объем данных первичной выборки.

Поэтому там, где применяется OLAP-клиент, сетевой трафик будет выше.

Но, при применении OLAP-сервера операции пользователя, например, детализация, порождают новые запросы к многомерной базе, а, значит, новую передачу данных. Выполнение же OLAP-операций OLAP-клиентом производится в оперативной памяти и, соответственно, не вызывает новых потоков данных в сети.

Также необходимо отметить, что современное сетевое аппаратное обеспечение обеспечивает высокий уровень пропускной способности.

Поэтому в подавляющем большинстве случаев анализ БД "средних" размеров с помощью OLAP-клиента не будет тормозить работу пользователя.

Стоимость OLAP-сервера достаточно высока. Сюда же следует плюсовать стоимость выделенного компьютера и постоянные затраты на администрирование многомерной базы. Кроме того, внедрение и сопровождение OLAP-сервера требует от персонала достаточно высокой квалификации.

Стоимость OLAP-клиента на порядок ниже стоимости OLAP-сервера. Администрирования и дополнительного технического оборудования под сервер не требуется. К квалификации персонала при внедрении OLAP-клиента высоких требований не предъявляется. OLAP-клиент может быть внедрен значительно быстрее OLAP-сервера.

Разработка аналитических приложений с помощью клиентских OLAP-средств - процесс быстрый и не требующий специальной подготовки исполнителя. Пользователь, знающий физическую реализацию базы данных, может разработать аналитическое приложение самостоятельно, без привлечения ИТ-специалиста. При использовании OLAP-сервера необходимо изучить 2 разные системы, иногда от различных поставщиков, - для создания кубов на сервере, и для разработки клиентского приложения. OLAP-клиент предоставляет единый визуальный интерфейс для описания кубов и настройки к ним пользовательских интерфейсов.

Рассмотрим процесс создания OLAP-приложения с помощью клиентского инструментального средства.

Схема 2. Создание OLAP-приложения с помощью клиентского ROLAP-средства

Принцип работы ROLAP-клиентов - предварительное описание семантического слоя, за которым скрывается физическая структура исходных данных. При этом источниками данных могут быть: локальные таблицы, РСУБД. Список поддерживаемых источников данных определяется конкретным программным продуктом. После этого пользователь может самостоятельно манипулировать понятными ему объектами в терминах предметной области для создания кубов и аналитических интерфейсов.

Принцип работы клиента OLAP-сервера иной. В OLAP-сервере при создании кубов пользователь манипулирует физическими описаниями БД.

При этом в самом кубе создаются пользовательские описания. Клиент OLAP-сервера настраивается только на куб.

Поясним принцип работы ROLAP-клиента на примере создания динамического отчета о продажах (см. схему 2). Пусть исходные данные для анализа хранятся в двух таблицах: Sales и Deal.

При создании семантического слоя источники данных - таблицы Sales и Deal - описываются понятными конечному пользователю терминами и превращаются в "Продукты" и "Сделки". Поле "ID" из таблицы "Продукты" переименовывается в "Код", а "Name" - в "Товар" и т.д.

Затем создается бизнес-объект "Продажи". Бизнес-объект - это плоская таблица, на основе которой формируется многомерный куб. При создании бизнес-объекта таблицы "Продукты" и "Сделки" объединяются по полю "Код" товара. Поскольку для отображения в отчете не потребуются все поля таблиц - бизнес-объект использует только поля "Товар", "Дата" и "Сумма".

Далее на базе бизнес-объекта создается OLAP-отчет. Пользователь выбирает бизнес-объект и перетаскивает его атрибуты в области колонок или строк таблицы отчета. В нашем примере на базе бизнес-объекта "Продажи" создан отчет по продажам товаров по месяцам.

При работе с интерактивным отчетом пользователь может задавать условия фильтрации и группировки такими же простыми движениями "мышью". В этот момент ROLAP-клиент обращается к данным в кэше. Клиент же OLAP-сервера генерирует новый запрос к многомерной базе данных. Например, применив в отчете о продажах фильтр по товарам, можно получить отчет о продажах интересующих нас товаров.

Все настройки OLAP-приложения могут храниться в выделенном репозитории метаданных, в приложении или в системном репозитории многомерной базы данных. Реализация зависит от конкретного программного продукта.

Итак, в каких случаях применение OLAP-клиента для пользователей может оказаться эффективнее и выгоднее использования OLAP-сервера?

Экономическая целесообразность применения OLAP-сервера возникает, когда объемы данных очень велики и непосильны для OLAP-клиента, иначе более оправдано применение последнего. В этом случае OLAP-клиент сочетает в себе высокие характеристики производительности и низкую стоимость.

Мощные ПК аналитиков - еще один довод в пользу OLAP-клиентов. При применении OLAP-сервера эти мощности не используются. Среди преимуществ OLAP-клиентов можно также назвать следующее:

Затраты на внедрение и сопровождение OLAP-клиента существенно ниже, чем затраты на OLAP-сервер.

При использовании OLAP-клиента со встроенной машиной передача данных по сети производится один раз. При выполнении OLAP-операций новых потоков данных не порождается.

Настройка ROLAP-клиентов упрощена за счет исключения промежуточного звена - создания многомерной базы.

3. Ядро OLAP системы

3.1 Принципы построения

приложение клиентский ядро данные

Из уже сказанного, ясно, что механизм OLAP является на сегодня одним из популярных методов анализа данных. Есть два основных подхода к решению этой задачи. Первый из них называется Multidimensional OLAP (MOLAP) - реализация механизма при помощи многомерной базы данных на стороне сервера, а второй Relational OLAP (ROLAP) - построение кубов "на лету" на основе SQL запросов к реляционной СУБД. Каждый из этих подходов имеет свои плюсы и минусы. Их сравнительный анализ выходит за рамки этой работы. Здесь будет описана только реализация ядра настольного ROLAP модуля.

Такая задача возникла после применения ROLAP системы, построенной на основе компонентов Decision Cube, входящих в состав Borland Delphi. К сожалению, использование этого набора компонент показало низкую производительность на больших объемах данных. Остроту этой проблемы можно снизить, стараясь отсечь как можно больше данных перед подачей их для построения кубов. Но этого не всегда бывает достаточно.

В Интернете и прессе можно найти много информации об OLAP системах, но практически нигде не сказано о том, как это устроено внутри.

Схема работы:

Общую схему работы настольной OLAP системы можно представить следующим образом:

Схема 3. Работа настольной OLAP системы

Алгоритм работы следующий:

1.Получение данных в виде плоской таблицы или результата выполнения SQL запроса.

2.Кэширование данных и преобразование их к многомерному кубу.

3.Отображение построенного куба при помощи кросс-таблицы или диаграммы и т.п. В общем случае, к одному кубу может быть подключено произвольное количество отображений.

Рассмотрим как подобная система может быть устроена внутри. Начнем мы это с той стороны, которую можно посмотреть и пощупать, то есть с отображений. Отображения, используемые в OLAP системах, чаще всего бывают двух видов - кросс-таблицы и диаграммы. Рассмотрим кросс-таблицу, которая является основным и наиболее распространенным способом отображения куба.

На приведенном ниже рисунке, желтым цветом отображены строки и столбцы, содержащие агрегированные результаты, светло-серым цветом отмечены ячейки, в которые попадают факты и темно-серым ячейки, содержащие данные размерностей.

Таким образом, таблицу можно разделить на следующие элементы, с которыми мы и будем работать в дальнейшем:

Заполняя матрицу с фактами, мы должны действовать следующим образом:

На основании данных об измерениях определить координаты добавляемого элемента в матрице.

Определить координаты столбцов и строк итогов, на которые влияет добавляемый элемент.

Добавить элемент в матрицу и соответствующие столбцы и строки итогов.

При этом нужно отметить то, что полученная матрица будет сильно разреженной, почему ее организация в виде двумерного массива (вариант, лежащий на поверхности) не только нерациональна, но, скорее всего, и невозможна в связи с большой размерностью этой матрицы, для хранения которой не хватит никакого объема оперативной памяти. Например, если наш куб содержит информацию о продажах за один год, и если в нем будет всего 3 измерения - Клиенты (250), Продукты (500) и Дата (365), то мы получим матрицу фактов следующих размеров: кол-во элементов = 250 х 500 х 365 = 45 625 000. И это при том, что заполненных элементов в матрице может быть всего несколько тысяч. Причем, чем больше количество измерений, тем более разреженной будет матрица.

Поэтому, для работы с этой матрицей нужно применить специальные механизмы работы с разреженными матрицами. Возможны различные варианты организации разреженной матрицы. Они довольно хорошо описаны в литературе по программированию, например, в первом томе классической книги "Искусство программирования" Дональда Кнута.

Рассмотрим теперь, как можно определить координаты факта, зная соответствующие ему измерения. Для этого рассмотрим подробнее структуру заголовка:

При этом можно легко найти способ определения номеров соответствующей ячейки и итогов, в которые она попадает. Здесь можно предложить несколько подходов. Один из них - это использование дерева для поиска соответствующих ячеек. Это дерево может быть построено при проходе по выборке. Кроме того, можно легко определить аналитическую рекуррентную формулу для вычисления требуемой координаты.

Данные, хранящиеся в таблице необходимо преобразовать для их использования. Так, в целях повышения производительности при построении гиперкуба, желательно находить уникальные элементы, хранящиеся в столбцах, являющихся измерениями куба. Кроме того, можно производить предварительное агрегирование фактов для записей, имеющих одинаковые значения размерностей. Как уже было сказано выше, для нас важны уникальные значения, имеющиеся в полях измерений. Тогда для их хранения можно предложить следующую структуру:

Схема 4. Структура хранения уникальных значений

При использовании такой структуры мы значительно снижаем потребность в памяти. Что довольно актуально, т.к. для увеличения скорости работы желательно хранить данные в оперативной памяти. Кроме того, хранить можно только массив элементов, а их значения выгружать на диск, так как они будут нам требоваться только при выводе кросс-таблицы.

Описанные выше идеи были положены в основу при создании библиотеки компонентов CubeBase.

Схема 5. Структура библиотеки компонентов CubeBase

TСubeSource осуществляет кэширование и преобразование данных во внутренний формат, а также предварительное агрегирование данных. Компонент TСubeEngine осуществляет вычисление гиперкуба и операции с ним. Фактически, он является OLAP-машиной, осуществляющей преобразование плоской таблицы в многомерный набор данных. Компонент TCubeGrid выполняет вывод на экран кросс-таблицы и управление отображением гиперкуба. TСubeChart позволяет увидеть гиперкуб в виде графиков, а компонент TСubePivote управляет работой ядра куба.

Итак, мной была рассмотрена архитектура и взаимодействие компонентов, которые могут быть использованы для построения OLAP машины. Теперь рассмотрим подробнее внутреннее устройство компонентов.

Первым этапом работы системы будет загрузка данных и преобразование их во внутренний формат. Закономерным будет вопрос - а зачем это надо, ведь можно просто использовать данные из плоской таблицы, просматривая ее при построении среза куба. Для того чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим структуру таблицы с точки зрения OLAP машины. Для OLAP системы колонки таблицы могут быть либо фактами, либо измерениями. При этом логика работы с этими колонками будет разная. В гиперкубе измерения фактически являются осями, а значения измерений - координатами на этих осях. При этом куб будет заполнен сильно неравномерно - будут сочетания координат, которым не будут соответствовать никакие записи и будут сочетания, которым соответствует несколько записей в исходной таблице, причем первая ситуация встречается чаще, то есть куб будет похож на вселенную - пустое пространство, в отдельных местах которого встречаются скопления точек (фактов). Таким образом, если мы при начальной загрузке данных произведем преагрегирование данных, то есть объединим записи, которые имеют одинаковые значения измерений, рассчитав при этом предварительные агрегированные значения фактов, то в дальнейшем нам придется работать с меньшим количеством записей, что повысит скорость работы и уменьшит требования к объему оперативной памяти.

Для построения срезов гиперкуба нам необходимы следующие возможности - определение координат (фактически значения измерений) для записей таблицы, а также определение записей, имеющих конкретные координаты (значения измерений). Рассмотрим каким образом можно реализовать эти возможности. Для хранения гиперкуба проще всего использовать базу данных своего внутреннего формата.

Схематически преобразования можно представить следующим образом:

Схема 6. Преобразование базы данных внутреннего формата в нормализованную базу данных

То есть вместо одной таблицы мы получили нормализованную базу данных. Вообще-то нормализация снижает скорость работы системы, - могут сказать специалисты по базам данных, и в этом они будут безусловно правы, в случае когда нам надо получить значения для элементов словарей (в нашем случае значения измерений). Но все дело в том, что нам эти значения на этапе построения среза вообще не нужны. Как уже было сказано выше, нас интересуют только координаты в нашем гиперкубе, поэтому определим координаты для значений измерений. Самым простым будет перенумеровать значения элементов. Для того, чтобы в пределах одного измерения нумерация была однозначной, предварительно отсортируем списки значений измерений (словари, выражаясь терминами БД) в алфавитном порядке. Кроме того, перенумеруем и факты, причем факты преагрегированные. Получим следующую схему:

Схема 7. Перенумерация нормализованной БД для определения координат значений измерений

Теперь осталось только связать элементы разных таблиц между собой. В теории реляционных баз данных это осуществляется при помощи специальных промежуточных таблиц. Нам достаточно каждой записи в таблицах измерений поставить в соответствие список, элементами которого будут номера фактов, при формировании которых использовались эти измерения (то есть определить все факты, имеющие одинаковое значение координаты, описываемой этим измерением). Для фактов соответственно каждой записи поставим в соответствие значения координат, по которым она расположена в гиперкубе. В дальнейшем везде под координатами записи в гиперкубе будут пониматься номера соответствующих записей в таблицах значений измерений. Тогда для нашего гипотетического примера получим следующий набор, определяющий внутреннее представление гиперкуба:

Схема 8. Внутреннее представление гиперкуба

Такое будет у нас внутреннее представление гиперкуба. Так как мы делаем его не для реляционной базы данных, то в качестве полей связи значений измерений используются просто поля переменной длины (в РБД такое сделать мы бы не смогли, так как там количество колонок таблицы определено заранее).

Можно было бы попытаться использовать для реализации гиперкуба набор временных таблиц, но этот метод обеспечит слишком низкое быстродействие (пример - набор компонент Decision Cube), поэтому будем использовать свои структуры хранения данных.

Для реализации гиперкуба нам необходимо использовать структуры данных, которые обеспечат максимальное быстродействие и минимальные расходы оперативной памяти. Очевидно, что основными у нас будут структуры для хранения словарей и таблицы фактов. Рассмотрим задачи, которые должен выполнять словарь с максимальной скоростью:

проверка наличия элемента в словаре;

добавление элемента в словарь;

поиск номеров записей, имеющих конкретное значение координаты;

поиск координаты по значению измерения;

поиск значения измерения по его координате.

Для реализации этих требований можно использовать различные типы и структуры данных. Например, можно использовать массивы структур. В реальном случае к этим массивам необходимы дополнительные механизмы индексации, которые позволят повысить скорость загрузки данных и получения информации.

Для оптимизации работы гиперкуба необходимо определить то, какие задачи необходимо решать в первоочередном порядке, и по каким критериям нам надо добиваться повышения качества работы. Главным для нас является повышение скорости работы программы, при этом желательно, чтобы требовался не очень большой объем оперативной памяти. Повышение быстродействия возможно за счет введения дополнительных механизмов доступа к данным, например, введение индексирования. К сожалению, это повышает накладные расходы оперативной памяти. Поэтому определим, какие операции нам необходимо выполнять с наибольшей скоростью. Для этого рассмотрим отдельные компоненты, реализующие гиперкуб. Эти компоненты имеют два основных типа - измерение и таблица фактов. Для измерения типовой задачей будет:

добавление нового значения;

определение координаты по значению измерения;

определение значения по координате.

При добавлении нового значения элемента нам необходимо проверить, есть ли у нас уже такое значение, и если есть, то не добавлять новое, а использовать имеющуюся координату, в противном случае необходимо добавить новый элемент и определить его координату. Для этого необходим способ быстрого поиска наличия нужного элемента (кроме того, такая задача возникает и при определении координаты по значению элемента). Для этого оптимальным будет использование хеширование. При этом оптимальной структурой будет использование хеш-деревьев, в которых будем хранить ссылки на элементы. При этом элементами будут строки словаря измерения. Тогда структуру значения измерения можно представить следующим образом:

PFactLink = ^TFactLink;

TFactLink = record

FactNo: integer; // индекс факта в таблице

TDimensionRecord = record

Value: string; // значение измерения

Index: integer; // значение координаты

FactLink: PFactLink; // указатель на начало списка элементов таблицы фактов

И в хеш-дереве будем хранить ссылки на уникальные элементы. Кроме того, нам необходимо решить задачу обратного преобразования - по координате определить значение измерения. Для обеспечения максимальной производительности надо использовать прямую адресацию. Поэтому можно использовать еще один массив, индекс в котором является координатой измерения, а значение - ссылка на соответствующую запись в словаре. Однако можно поступить проще (и сэкономить при этом на памяти), если соответствующим образом упорядочить массив элементов так, чтобы индекс элемента и был его координатой.

Организация же массива, реализующего список фактов, не представляет особых проблем ввиду его простой структуры. Единственное замечание будет такое, что желательно рассчитывать все способы агрегации, которые могут понадобиться, и которые можно рассчитывать инкрементно (например, сумма).

Итак, мы описали способ хранения данных в виде гиперкуба. Он позволяет сформировать набор точек в многомерном пространстве на основе информации, находящейся в хранилище данных. Для того, чтобы человек мог иметь возможность работы с этими данными, их необходимо представить в виде, удобном для обработки. При этом в качестве основных видов представления данных используются сводная таблица и графики. Причем оба этих способа фактически представляют собой проекции гиперкуба. Для того, чтобы обеспечить максимальную эффективность при построения представлений, будем отталкиваться от того, что представляют собой эти проекции. Начнем рассмотрение со сводной таблицы, как с наиболее важной для анализа данных.

Найдем способы реализации такой структуры. Можно выделить три части, из которых состоит сводная таблица: это заголовки строк, заголовки столбцов и собственно таблица агрегированных значений фактов. Самым простым способом представления таблицы фактов будет использование двумерного массива, размерность которого можно определить, построив заголовки. К сожалению, самый простой способ будет самым неэффективным, потому что таблица будет сильно разреженной, и память будет расходоваться крайне неэффективно, в результате чего можно будет строить только очень малые кубы, так как иначе памяти может не хватить. Таким образом, нам необходимо подобрать для хранения информации такую структуру данных, которая обеспечит максимальную скорость поиска/добавления нового элемента и в то же время минимальный расход оперативной памяти. Этой структурой будут являться так называемые разреженные матрицы, про которые более подробно можно прочесть у Кнута. Возможны различные способы организации матрицы. Для того, чтобы выбрать подходящий нам вариант, рассмотрим изначально структуру заголовков таблицы.

Заголовки имеют четкую иерархическую структуру, поэтому естественно будет предположить для их хранения использовать дерево. При этом схематически структуру узла дерева можно изобразить следующим образом:

Приложение С

При этом в качестве значения измерения логично хранить ссылку на соответствующий элемент таблицы измерений многомерного куба. Это позволит сократить затраты памяти для хранения среза и ускорить работу. В качестве родительских и дочерних узлов также используются ссылки.

Для добавления элемента в дерево необходимо иметь информацию о его местоположении в гиперкубе. В качестве такой информации надо использовать его координату, которая хранится в словаре значений измерения. Рассмотрим схему добавления элемента в дерево заголовков сводной таблицы. При этом в качестве исходной информации используем значения координат измерений. Порядок, в котором эти измерения перечислены, определяется требуемым способом агрегирования и совпадает с уровнями иерархии дерева заголовков. В результате работы необходимо получить список столбцов или строк сводной таблицы, в которые необходимо осуществить добавление элемента.

Приложение D

В качестве исходных данных для определения этой структуры используем координаты измерений. Кроме того, для определенности, будем считать, что мы определяем интересующий нас столбец в матрице (как будем определять строку рассмотрим чуть позже, так как там удобнее применять другие структуры данных, причина такого выбора также см. ниже). В качестве координат возьмем целые числа - номера значений измерений, которые можно определить так, как описано выше.

Итак, после выполнения этой процедуры получим массив ссылок на столбцы разреженной матрицы. Теперь необходимо выполнить все необходимые действия со строками. Для этого внутри каждого столбца необходимо найти нужный элемент и добавить туда соответствующее значение. Для каждого из измерений в коллекции необходимо знать количество уникальных значений и собственно набор этих значений.

Теперь рассмотрим, в каком виде необходимо представить значения внутри столбцов - то есть как определить требуемую строку. Для этого можно использовать несколько подходов. Самым простым было бы представить каждый столбец в виде вектора, но так как он будет сильно разреженным, то память будет расходоваться крайне неэффективно. Чтобы избежать этого, применим структуры данных, которые обеспечат большую эффективность представления разреженных одномерных массивов (векторов). Самой простой из них будет обычный список, одно- или двусвязный, однако он неэкономичен с точки зрения доступа к элементам. Поэтому будем использовать дерево, которое обеспечит более быстрый доступ к элементам.

Например, можно использовать точно такое же дерево, как и для столбцов, но тогда пришлось бы для каждого столбца заводить свое собственное дерево, что приведет к значительным накладным расходам памяти и времени обработки. Поступим чуть хитрее - заведем одно дерево для хранения всех используемых в строках комбинаций измерений, которое будет идентично вышеописанному, но его элементами будут не указатели на строки (которых нет как таковых), а их индексы, причем сами значения индексов нас не интересуют и используются только как уникальные ключи. Затем эти ключи будем использовать для поиска нужного элемента внутри столбца. Сами же столбцы проще всего представить в виде обычного двоичного дерева. Графически полученную структуру можно представить следующим образом:

Схема 9. Изображение сводной таблицы в виде двоичного дерева

Для определения соответствующих номеров строк можно использовать такую же процедуру, что и описанная выше процедура определения столбцов сводной таблицы. При этом номера строк являются уникальными в пределах одной сводной таблицы и идентифицируют элементы в векторах, являющихся столбцами сводной таблицы. Наиболее простым вариантом генерации этих номеров будет ведение счетчика и инкремент его на единицу при добавлении нового элемента в дерево заголовков строк. Сами эти вектора столбцов проще всего хранить в виде двоичных деревьев, где в качестве ключа используется значение номера строки. Кроме того, возможно также и использование хеш-таблиц. Так как процедуры работы с этими деревьями детально рассмотрены в других источниках, то останавливаться на этом не будем и рассмотрим общую схему добавления элемента в столбец.

В обобщенном виде последовательность действий для добавления элемента в матрицу можно описать следующим образом:

1.Определить номера строк, в которые добавляются элементы

2.Определить набор столбцов, в которые добавляются элементы

3.Для всех столбцов найти элементы с нужными номерами строк и добавить к ним текущий элемент (добавление включает в себя подсоединение нужного количества значений фактов и вычисление агрегированных значений, которые можно определить инкрементально).

После выполнения этого алгоритма получим матрицу, представляющую собой сводную таблицу, которую нам было необходимо построить.

Теперь пара слов про фильтрацию при построении среза. Проще всего ее осуществить как раз на этапе построения матрицы, так как на этом этапе имеется доступ ко всем требуемым полям, и, кроме того, осуществляется агрегация значений. При этом, во время получения записи из кэша, проверяется ее соответствие условиям фильтрации, и в случае его несоблюдения запись отбрасывается.

Так как описанная выше структура полностью описывает сводную таблицу, то задача ее визуализации будет тривиальна. При этом можно использовать стандартные компоненты таблицы, которые имеются практически во всех средствах программирования под Windows.

Первым продуктом, выполняющим OLAP-запросы, был Express (компания IRI). Однако, сам термин OLAP был предложен Эдгаром Коддом, «отцом реляционных БД». А работа Кодда финансировалась Arbor, компанией, выпустившей свой собственный OLAP-продукт - Essbase (позже купленный Hyperion, которая в 2007 г. была поглощена компанией Oracle) - годом ранее. Другие хорошо известные OLAP-продукты включают Microsoft Analysis Services (ранее называвшиеся OLAP Services, часть SQL Server), Oracle OLAP Option, DB2 OLAP Server от IBM (фактически, EssBase с дополнениями от IBM), SAP BW, продукты Brio, BusinessObjects, Cognos, MicroStrategy и других производителей.

C технической точки зрения, представленные на рынке продукты делятся на "физический OLAP" и "виртуальный". В первом случае наличествует программа, выполняющая предварительный расчет агрегатов, которые затем сохраняются в специальную многомерную БД, обеспечивающую быстрое извлечение. Примеры таких продуктов - Microsoft Analysis Services, Oracle OLAP Option, Oracle/Hyperion EssBase, Cognos PowerPlay. Во втором случае данные хранятся в реляционных СУБД, а агрегаты могут не существовать вообще или создаваться по первому запросу в СУБД или кэше аналитического ПО. Примеры таких продуктов - SAP BW, BusinessObjects, Microstrategy. Системы, имеющие в своей основе "физический OLAP" обеспечивают стабильно лучшее время отклика на запросы, чем системы "виртуальный OLAP". Поставщики систем "виртуальный OLAP" заявляют о большей масштабируемости их продуктов в плане поддержки очень больших объемов данных.

В настоящей работе мне хотелось бы подробнее рассмотреть продукт компании BaseGroup Labs - Deductor.

Deductor является аналитической платформой, т.е. основой для создания законченных прикладных решений. Реализованные в Deductor технологии позволяют на базе единой архитектуры пройти все этапы построения аналитической системы: от создания хранилища данных до автоматического подбора моделей и визуализации полученных результатов.

Состав системы:

Deductor Studio - аналитическое ядро платформы Deductor. В Deductor Studio включен полный набор механизмов, позволяющий получить информацию из произвольного источника данных, провести весь цикл обработки (очистка, трансформация данных, построение моделей), отобразить полученные результаты наиболее удобным образом (OLAP, таблицы, диаграммы, деревья решений...) и экспортировать результаты.

Deductor Viewer является рабочим местом конечного пользователя. Программа позволяет минимизировать требования к персоналу, т.к. все требуемые операции выполняются автоматически при помощи подготовленных ранее сценариев обработки, нет необходимости задумываться о способе получения данных и механизмах их обработки. Пользователю Deduсtor Viewer необходимо только выбрать интересующий отчет.

Deductor Warehouse - многомерное кросс-платформенное хранилище данных, аккумулирующее всю необходимую для анализа предметной области информацию. Использование единого хранилища позволяет обеспечить удобный доступ, высокую скорость обработки, непротиворечивость информации, централизованное хранение и автоматическую поддержку всего процесса анализа данных.

4. Client-Server

Deductor Server предназначен для удаленной аналитической обработки. Он предоставляет возможность как автоматически "прогонять" данные через существующие сценарии на сервере, так и переобучать имеющиеся модели. Использование Deductor Server позволяет реализовать полноценную трехзвенную архитектуру, в которой он выполняет функцию сервера приложений. Доступ к серверу обсепечивается при помощи Deductor Client.

Принципы работы:

1. Импорт данных

Анализ любой информации в Deductor начинается с импорта данных. В результате импорта данные приводятся к виду, пригодному для последующего анализа при помощи всех имеющихся в программе механизмов. Природа данных, формат, СУБД и прочее не имеют значения, т.к. механизмы работы со всеми унифицированы.

2. Экспорт данных

Наличие механизмов экспорта позволяет пересылать полученные результаты в сторонние приложения, например, передавать прогноз продаж в систему для формирования заказа на поставку или разместить подготовленный отчет на корпоративном web-сайте.

3. Обработка данных

Под обработкой в Deductor подразумевается любое действие, связанное с неким преобразованием данных, например, фильтрация, построение модели, очистка и прочее. Собственно в этом блоке и производятся самые важные с точки зрения анализа действия. Наиболее существенной особенностью механизмов обработки, реализованных в Deductor, является то, что полученные в результате обработки данные можно опять обрабатывать любым из доступных системе методов. Таким образом, можно строить сколь угодно сложные сценарии обработки.

4. Визуализация

Визуализировать данные в Deductor Studio (Viewer) можно на любом этапе обработки. Система самостоятельно определяет, каким способом она может это сделать, например, если будет обучена нейронная сеть, то помимо таблиц и диаграмм, можно просмотреть граф нейросети. Пользователю необходимо выбрать нужный вариант из списка и настроить несколько параметров.

5. Механизмы интеграции

В Deductor не предусмотрено средств ввода данных - платформа ориентирована исключительно на аналитическую обработку. Для использования информации, хранящейся в разнородных системах, предусмотрены гибкие механизмы импорта-экспорта. Взаимодействие может быть организовано при помощи пакетного выполнения, работы в режиме OLE сервера и обращения к Deductor Server.

6.Тиражирование знаний

Deductor позволяет реализовать одну из наиболее важных функций любой аналитической системы - поддержку процесса тиражирования знаний, т.е. обеспечение возможности сотрудникам, не разбирающимся в методиках анализа и способах получения того или иного результата, получать ответ на основе моделей подготовленных экспертом.

З аключение

В настоящей работе была рассмотрена такая область современных информационных технологий, как системы анализа данных. Проанализирован основной инструмент аналитической обработки информации - OLAP - технологии. Подробно раскрыта суть понятия OLAP и значение OLAP-систем в современном бизнес-процессе. Детально описана структура и процесс работы ROLAP-сервера. В качестве примера реализации данных OLAP - технологий приведена аналитическая платформа Deductor. Представляемая документация разработана и соответствует требованиям.

OLAP-технологии - это мощный инструмент обработки данных в реальном времени. OLAP-сервер позволяет организовывать и представлять данные в разрезе различных аналитических направлений и превращает данные в ценную информацию, которая помогает компаниям принимать более обоснованные решения.

Использование OLAP-систем обеспечивает стабильно высокий уровень производительности и масштабируемости, поддерживая объемы данных размером в несколько гигабайт, доступ к которым могут получить тысячи пользователей. С помощью OLAP-технологий доступ к информации осуществляется в реальном времени, т.е. обработка запросов теперь не замедляет процесс анализа, обеспечивая его оперативность и эффективность. Визуальные инструменты администрирования позволяют разрабатывать и внедрять даже самые сложные аналитические приложения, делая этот процесс простым и быстрым.

Подобные документы

Основа концепции OLAP (On-Line Analytical Processing) – оперативной аналитической обработки данных, особенности ее использования на клиенте и на сервере. Общие характеристика основных требования к OLAP-системам, а также способов хранения данных в них.

реферат , добавлен 12.10.2010


OLAP: общая характеристика, предназначение, цели, задачи. Классификация OLAP-продуктов. Принципы построения OLAP системы, библиотека компонентов CubeBase. Зависимость производительности клиентских и серверных OLAP-средств от увеличения объема данных.

курсовая работа , добавлен 25.12.2013


Вечное хранение данных. Сущность и значение средства OLAP (On-line Analytical Processing). Базы и хранилища данных, их характеристика. Структура, архитектура хранения данных, их поставщики. Несколько советов по повышению производительности OLAP-кубов.

контрольная работа , добавлен 23.10.2010


Построение систем анализа данных. Построение алгоритмов проектирования OLAP-куба и создание запросов к построенной сводной таблице. OLAP-технология многомерного анализа данных. Обеспечение пользователей информацией для принятия управленческих решений.

курсовая работа , добавлен 19.09.2008


Основные сведения об OLAP. Оперативная аналитическая обработка данных. Классификация продуктов OLAP. Требования к средствам оперативной аналитической обработки. Использование многомерных БД в системах оперативной аналитической обработки, их достоинства.

курсовая работа , добавлен 10.06.2011


Разработка подсистем анализа веб-сайта с помощью Microsoft Access и Olap-технологий. Теоретические аспекты разработки подсистемы анализа данных в информационной системе музыкального портала. Olap-технологии в подсистеме анализа объекта исследования.

курсовая работа , добавлен 06.11.2009


Рассмотрение OLAP-средств: классификация витрин и хранилищ информации, понятие куба данных. Архитектура системы поддержки принятия решений. Программная реализация системы "Abitura". Создание Web-отчета с использованием технологий Reporting Services.

курсовая работа , добавлен 05.12.2012


Хранилище данных, принципы организации. Процессы работы с данными. OLAP-структура, технические аспекты многомерного хранения данных. Integration Services, заполнение хранилищ и витрин данных. Возможности систем с использованием технологий Microsoft.

курсовая работа , добавлен 05.12.2012


Построение схемы хранилища данных торгового предприятия. Описания схем отношений хранилища. Отображение информации о товаре. Создание OLAP-куба для дальнейшего анализа информации. Разработка запросов, позволяющих оценить эффективность работы супермаркета.

контрольная работа , добавлен 19.12.2015


Назначение хранилищ данных. Архитектура SAP BW. Построение аналитической отчетности на основе OLAP-кубов в системе SAP BW. Основные различия между хранилищем данных и системой OLTP. Обзор функциональных сфер BEx. Создание запроса в BEx Query Designer.

В цикле статей «Введение в базы данных», публиковавшемся в последнее время (см. КомпьютерПресс №3’2000 - 3’2001), мы обсуждали различные технологии и программные средства, применяемые при создании информационных систем - настольные и серверные СУБД, средства проектирования данных, средства разработки приложений, а также Business Intelligence - средства анализа и обработки данных масштаба предприятия, которые в настоящее время становятся все более популярными в мире, в том числе и в нашей стране. Отметим, однако, что вопросы применения средств Business Intelligence и технологии, используемые при создании приложений такого класса, в отечественной литературе пока еще освещены недостаточно. В новом цикле статей мы попробуем восполнить этот пробел и рассказать о том, что представляют собой технологии, лежащие в основе подобных приложений. В качестве примеров реализации мы будем использовать в основном OLAP-технологии фирмы Microsoft (главным образом Analysis Services в Microsoft SQL Server 2000), но надеемся, что основная часть материала будет полезна и пользователям других средств.

Первая статья в данном цикле посвящена основам OLAP (On-Line Analytical Processing) - технологии многомерного анализа данных. В ней мы рассмотрим концепции хранилищ данных и OLAP, требования к хранилищам данных и OLAP-средствам, логическую организацию OLAP-данных, а также основные термины и понятия, применяемые при обсуждении многомерного анализа.

Что такое хранилище данных

Информационные системы масштаба предприятия, как правило, содержат приложения, предназначенные для комплексного многомерного анализа данных, их динамики, тенденций и т.п. Такой анализ в конечном итоге призван содействовать принятию решений. Нередко эти системы так и называются - системы поддержки принятия решений.

Принять любое управленческое решение невозможно не обладая необходимой для этого информацией, обычно количественной. Для этого необходимо создание хранилищ данных (Data warehouses), то есть процесс сбора, отсеивания и предварительной обработки данных с целью предоставления результирующей информации пользователям для статистического анализа (а нередко и создания аналитических отчетов).

Ральф Кимбалл (Ralph Kimball), один из авторов концепции хранилищ данных, описывал хранилище данных как «место, где люди могут получить доступ к своим данным» (см., например, Ralph Kimball, «The Data Warehouse Toolkit: Practical Techniques for Building Dimensional Data Warehouses», John Wiley & Sons, 1996 и «The Data Webhouse Toolkit: Building the Web-Enabled Data Warehouse», John Wiley & Sons, 2000). Он же сформулировал и основные требования к хранилищам данных:

• поддержка высокой скорости получения данных из хранилища;
• поддержка внутренней непротиворечивости данных;
• возможность получения и сравнения так называемых срезов данных (slice and dice);
• наличие удобных утилит просмотра данных в хранилище;
• полнота и достоверность хранимых данных;
• поддержка качественного процесса пополнения данных.

Удовлетворять всем перечисленным требованиям в рамках одного и того же продукта зачастую не удается. Поэтому для реализации хранилищ данных обычно используется несколько продуктов, одни их которых представляют собой собственно средства хранения данных, другие - средства их извлечения и просмотра, третьи - средства их пополнения и т.д.

Типичное хранилище данных, как правило, отличается от обычной реляционной базы данных. Во-первых, обычные базы данных предназначены для того, чтобы помочь пользователям выполнять повседневную работу, тогда как хранилища данных предназначены для принятия решений. Например, продажа товара и выписка счета производятся с использованием базы данных, предназначенной для обработки транзакций, а анализ динамики продаж за несколько лет, позволяющий спланировать работу с поставщиками, - с помощью хранилища данных.

Во-вторых, обычные базы данных подвержены постоянным изменениям в процессе работы пользователей, а хранилище данных относительно стабильно: данные в нем обычно обновляются согласно расписанию (например, еженедельно, ежедневно или ежечасно - в зависимости от потребностей). В идеале процесс пополнения представляет собой просто добавление новых данных за определенный период времени без изменения прежней информации, уже находящейся в хранилище.

И в-третьих, обычные базы данных чаще всего являются источником данных, попадающих в хранилище. Кроме того, хранилище может пополняться за счет внешних источников, например статистических отчетов.

Что такое OLAP

Системы поддержки принятия решений обычно обладают средствами предоставления пользователю агрегатных данных для различных выборок из исходного набора в удобном для восприятия и анализа виде. Как правило, такие агрегатные функции образуют многомерный (и, следовательно, нереляционный) набор данных (нередко называемый гиперкубом или метакубом), оси которого содержат параметры, а ячейки - зависящие от них агрегатные данные . Вдоль каждой оси данные могут быть организованы в виде иерархии, представляющей различные уровни их детализации. Благодаря такой модели данных пользователи могут формулировать сложные запросы, генерировать отчеты, получать подмножества данных.

Технология комплексного многомерного анализа данных получила название OLAP (On-Line Analytical Processing). OLAP - это ключевой компонент организации хранилищ данных. Концепция OLAP была описана в 1993 году Эдгаром Коддом, известным исследователем баз данных и автором реляционной модели данных (см. E.F. Codd, S.B. Codd, and C.T.Salley, Providing OLAP (on-line analytical processing) to user-analysts: An IT mandate. Technical report, 1993). В 1995 году на основе требований, изложенных Коддом, был сформулирован так называемый тест FASMI (Fast Analysis of Shared Multidimensional Information - быстрый анализ разделяемой многомерной информации), включающий следующие требования к приложениям для многомерного анализа:

• предоставление пользователю результатов анализа за приемлемое время (обычно не более 5 с), пусть даже ценой менее детального анализа;
• возможность осуществления любого логического и статистического анализа, характерного для данного приложения, и его сохранения в доступном для конечного пользователя виде;
• многопользовательский доступ к данным с поддержкой соответствующих механизмов блокировок и средств авторизованного доступа;
• многомерное концептуальное представление данных, включая полную поддержку для иерархий и множественных иерархий (это - ключевое требование OLAP);
• возможность обращаться к любой нужной информации независимо от ее объема и места хранения.

Следует отметить, что OLAP-функциональность может быть реализована различными способами, начиная с простейших средств анализа данных в офисных приложениях и заканчивая распределенными аналитическими системами, основанными на серверных продуктах. Но прежде чем говорить о различных реализациях этой функциональности, давайте рассмотрим, что же представляют собой кубы OLAP с логической точки зрения.

Многомерные кубы

В данном разделе мы более подробно рассмотрим концепцию OLAP и многомерных кубов. В качестве примера реляционной базы данных, который мы будем использовать для иллюстрации принципов OLAP, воспользуемся базой данных Northwind, входящей в комплекты поставки Microsoft SQL Server или Microsoft Access и представляющей собой типичную базу данных, хранящую сведения о торговых операциях компании, занимающейся оптовыми поставками продовольствия. К таким данным относятся сведения о поставщиках, клиентах, компаниях, осуществляющих доставку, список поставляемых товаров и их категорий, данные о заказах и заказанных товарах, список сотрудников компании. Подробное описание базы данных Northwind можно найти в справочных системах Microsoft SQL Server или Microsoft Access - здесь за недостатком места мы его не приводим.

Для рассмотрения концепции OLAP воспользуемся представлением Invoices и таблицами Products и Categories из базы данных Northwind, создав запрос, в результате которого получим подробные сведения о всех заказанных товарах и выписанных счетах:

SELECT dbo.Invoices.Country, dbo.Invoices.City, dbo.Invoices.CustomerName, dbo.Invoices.Salesperson, dbo.Invoices.OrderDate, dbo.Categories.CategoryName, dbo.Invoices.ProductName, dbo.Invoices.ShipperName, dbo.Invoices.ExtendedPrice FROM dbo.Products INNER JOIN dbo.Categories ON dbo.Products.CategoryID = dbo.Categories.CategoryID INNER JOIN dbo.Invoices ON dbo.Products.ProductID = dbo.Invoices.ProductID

В Access 2000 аналогичный запрос имеет вид:

SELECT Invoices.Country, Invoices.City, Invoices.Customers.CompanyName AS CustomerName, Invoices.Salesperson, Invoices.OrderDate, Categories.CategoryName, Invoices.ProductName, Invoices.Shippers.CompanyName AS ShipperName, Invoices.ExtendedPrice FROM Categories INNER JOIN (Invoices INNER JOIN Products ON Invoices.ProductID = Products.ProductID) ON Categories.CategoryID = Products.CategoryID;

Этот запрос обращается к представлению Invoices, содержащему сведения обо всех выписанных счетах, а также к таблицам Categories и Products, содержащим сведения о категориях продуктов, которые заказывались, и о самих продуктах соответственно. В результате этого запроса мы получим набор данных о заказах, включающий категорию и наименование заказанного товара, дату размещения заказа, имя сотрудника, выписавшего счет, город, страну и название компании-заказчика, а также наименование компании, отвечающей за доставку.

Для удобства сохраним этот запрос в виде представления, назвав его Invoices1. Результат обращения к этому представлению приведен на рис. 1 .

Какие агрегатные данные мы можем получить на основе этого представления? Обычно это ответы на вопросы типа:

• Какова суммарная стоимость заказов, сделанных клиентами из Франции?
• Какова суммарная стоимость заказов, сделанных клиентами из Франции и доставленных компанией Speedy Express?
• Какова суммарная стоимость заказов, сделанных клиентами из Франции в 1997 году и доставленных компанией Speedy Express?

Переведем эти вопросы в запросы на языке SQL (табл. 1).

Результатом любого из перечисленных выше запросов является число. Если в первом из запросов заменить параметр ‘France’ на ‘Austria’ или на название иной страны, можно снова выполнить этот запрос и получить другое число. Выполнив эту процедуру со всеми странами, мы получим следующий набор данных (ниже показан фрагмент):

Country	SUM (ExtendedPrice)
Argentina	7327.3
Austria	110788.4
Belgium	28491.65
Brazil	97407.74
Canada	46190.1
Denmark	28392.32
Finland	15296.35
France	69185.48
Germany	209373.6
…	…

Полученный набор агрегатных значений (в данном случае - сумм) может быть интерпретирован как одномерный набор данных. Этот же набор данных можно получить и в результате запроса с предложением GROUP BY следующего вида:

SELECT Country, SUM (ExtendedPrice) FROM invoices1 GROUP BY Country

Теперь обратимся ко второму из приведенных выше запросов, который содержит два условия в предложении WHERE. Если выполнять этот запрос, подставляя в него все возможные значения параметров Country и ShipperName, мы получим двухмерный набор данных следующего вида (ниже показан фрагмент):

	ShipperName
Country	Federal Shipping	Speedy Express	United Package
Argentina	1 210.30	1 816.20	5 092.60
Austria	40 870.77	41 004.13	46 128.93
Belgium	11 393.30	4 717.56	17 713.99
Brazil	16 514.56	35 398.14	55 013.08
Canada	19 598.78	5 440.42	25 157.08
Denmark	18 295.30	6 573.97	7 791.74
Finland	4 889.84	5 966.21	7 954.00
France	28 737.23	21 140.18	31 480.90
Germany	53 474.88	94 847.12	81 962.58
…	…	…	…

Такой набор данных называется сводной таблицей (pivot table) или кросс-таблицей (cross table, crosstab). Создавать подобные таблицы позволяют многие электронные таблицы и настольные СУБД - от Paradox для DOS до Microsoft Excel 2000. Вот так, например, выглядит подобный запрос в Microsoft Access 2000:

TRANSFORM Sum(Invoices1.ExtendedPrice) AS SumOfExtendedPrice SELECT Invoices1.Country FROM Invoices1 GROUP BY Invoices1.Country PIVOT Invoices1.ShipperName;

Агрегатные данные для подобной сводной таблицы можно получить и с помощью обычного запроса GROUP BY:

SELECT Country,ShipperName, SUM (ExtendedPrice) FROM invoices1 GROUP BY COUNTRY,ShipperName Отметим, однако, что результатом этого запроса будет не сама сводная таблица, а лишь набор агрегатных данных для ее построения (ниже показан фрагмент):

Country	ShipperName	SUM (ExtendedPrice)
Argentina	Federal Shipping	845.5
Austria	Federal Shipping	35696.78
Belgium	Federal Shipping	8747.3
Brazil	Federal Shipping	13998.26
…	…	…

Третий из рассмотренных выше запросов имеет уже три параметра в условии WHERE. Варьируя их, мы получим трехмерный набор данных (рис. 2).

Ячейки куба, показанного на рис. 2 , содержат агрегатные данные, соответствующие находящимся на осях куба значениям параметров запроса в предложении WHERE.

Можно получить набор двухмерных таблиц с помощью сечения куба плоскостями, параллельными его граням (для их обозначения используют термины cross-sections и slices).

Очевидно, что данные, содержащиеся в ячейках куба, можно получить и с помощью соответствующего запроса с предложением GROUP BY. Кроме того, некоторые электронные таблицы (в частности, Microsoft Excel 2000) также позволяют построить трехмерный набор данных и просматривать различные сечения куба, параллельные его грани, изображенной на листе рабочей книги (workbook).

Если в предложении WHERE содержится четыре или более параметров, результирующий набор значений (также называемый OLAP-кубом) может быть 4-мерным, 5-мерным и т.д.

Рассмотрев, что представляют собой многомерные OLAP-кубы, перейдем к некоторым ключевым терминам и понятиям, используемым при многомерном анализе данных.

Некоторые термины и понятия

Наряду с суммами в ячейках OLAP-куба могут содержаться результаты выполнения иных агрегатных функций языка SQL, таких как MIN, MAX, AVG, COUNT, а в некоторых случаях - и других (дисперсии, среднеквадратичного отклонения и т.д.). Для описания значений данных в ячейках используется термин summary (в общем случае в одном кубе их может быть несколько), для обозначения исходных данных, на основе которых они вычисляются, - термин measure, а для обозначения параметров запросов - термин dimension (переводимый на русский язык обычно как «измерение», когда речь идет об OLAP-кубах, и как «размерность», когда речь идет о хранилищах данных). Значения, откладываемые на осях, называются членами измерений (members).

Говоря об измерениях, следует упомянуть о том, что значения, наносимые на оси, могут иметь различные уровни детализации. Например, нас может интересовать суммарная стоимость заказов, сделанных клиентами в разных странах, либо суммарная стоимость заказов, сделанных иногородними клиентами или даже отдельными клиентами. Естественно, результирующий набор агрегатных данных во втором и третьем случаях будет более детальным, чем в первом. Заметим, что возможность получения агрегатных данных с различной степенью детализации соответствует одному из требований, предъявляемых к хранилищам данных, - требованию доступности различных срезов данных для сравнения и анализа.

Поскольку в рассмотренном примере в общем случае в каждой стране может быть несколько городов, а в городе - несколько клиентов, можно говорить об иерархиях значений в измерениях. В этом случае на первом уровне иерархии располагаются страны, на втором - города, а на третьем - клиенты (рис. 3).

Отметим, что иерархии могут быть сбалансированными (balanced), как, например, иерархия, представленная на рис. 3 , а также иерархии, основанные на данных типа «дата-время», и несбалансированными (unbalanced). Типичный пример несбалансированной иерархии - иерархия типа «начальник-подчиненный» (ее можно построить, например, используя значения поля Salesperson исходного набора данных из рассмотренного выше примера), представлен на рис. 4 .

Иногда для таких иерархий используется термин Parent-child hierarchy.

Существуют также иерархии, занимающие промежуточное положение между сбалансированными и несбалансированными (они обозначаются термином ragged - «неровный»). Обычно они содержат такие члены, логические «родители» которых находятся не на непосредственно вышестоящем уровне (например, в географической иерархии есть уровни Country, City и State, но при этом в наборе данных имеются страны, не имеющие штатов или регионов между уровнями Country и City; рис. 5).

Отметим, что несбалансированные и «неровные» иерархии поддерживаются далеко не всеми OLAP-средствами. Например, в Microsoft Analysis Services 2000 поддерживаются оба типа иерархии, а в Microsoft OLAP Services 7.0 - только сбалансированные. Различным в разных OLAP-средствах может быть и число уровней иерархии, и максимально допустимое число членов одного уровня, и максимально возможное число самих измерений.

Заключение

В данной статье мы ознакомились с основами OLAP. Мы узнали следующее:

• Назначение хранилищ данных - предоставление пользователям информации для статистического анализа и принятия управленческих решений.
• Хранилища данных должны обеспечивать высокую скорость получения данных, возможность получения и сравнения так называемых срезов данных, а также непротиворечивость, полноту и достоверность данных.
• OLAP (On-Line Analytical Processing) является ключевым компонентом построения и применения хранилищ данных. Эта технология основана на построении многомерных наборов данных - OLAP-кубов, оси которого содержат параметры, а ячейки - зависящие от них агрегатные данные.
• Приложения с OLAP-функциональностью должны предоставлять пользователю результаты анализа за приемлемое время, осуществлять логический и статистический анализ, поддерживать многопользовательский доступ к данным, осуществлять многомерное концептуальное представление данных и иметь возможность обращаться к любой нужной информации.

Кроме того, мы рассмотрели основные принципы логической организации OLAP-кубов, а также узнали основные термины и понятия, применяемые при многомерном анализе. И наконец, мы выяснили, что представляют собой различные типы иерархий в измерениях OLAP-кубов.

В следующей статье данного цикла мы рассмотрим типичную структуру хранилищ данных, поговорим о том, что представляет собой клиентский и серверный OLAP, а также остановимся на некоторых технических аспектах многомерного хранения данных.

КомпьютерПресс 4"2001