Операции, выполняемые над гиперкубом

Над гиперкубом могут выполняться следующие операции:

1. Срез (Рисунок 7) – формируется подмножество многомерного массива данных, соответствующее единственному значению одного или нескольких элементов измерений, не входящих в это подмножество.

Рисунок 7. Срез

1. Вращение (Рисунок 8) – изменение расположения измерений, представленных в отчете или на отображаемой странице. Например, операция вращения может заключаться в перестановке местами строк и столбцов таблицы. Кроме того, вращением куба данных является перемещение внетабличных измерений на место измерений, представленных на отображаемой странице, и наоборот.

Рисунок 8. Вращение

Консолидация (Рисунок 9) и детализация (Рисунок 10) – операции, которые определяют переход вверх по направлению от детального представления данных к агрегированному и наоборот, соответственно. Направление детализации (обобщения) может быть задано как по иерархии отдельных измерений, так и согласно прочим отношениям, установленным в рамках измерений или между измерениями.

Рисунок 9. Консолидация

Рисунок 10. Детализация

Например, если при анализе данных о продажах в Северной Америке выполнить операцию детализации для измерения «Регион», то будут отображены такие элементы, как «Канада», «Восточные штаты США» и «Западные штаты США». В результате дальнейшей детализации элемента «Канада» будут отображены элементы «Торонто», «Ванкувер» и т.д.

Таблица фактов

Таблица фактов — является основной таблицей хранилища данных. Как правило, она содержит сведения об объектах или событиях, совокупность которых будет в дальнейшем анализироваться. Обычно говорят о четырех наиболее часто встречающихся типах фактов. К ним относятся:

1. факты, связанные с транзакциями (Transaction facts). Они основаны на отдельных событиях (типичными примерами которых являются телефонный звонок или снятие денег со счета с помощью банкомата);
2. факты, связанные с «моментальными снимками» (Snapshot facts). Основаны на состоянии объекта (например, банковского счета) в определенные моменты времени, например на конец дня или месяца. Типичными примерами таких фактов являются объем продаж за день или дневная выручка;
3. факты, связанные с элементами документа (Line-item facts). Основаны на том или ином документе (например, счете за товар или услуги) и содержат подробную информацию об элементах этого документа (например, количестве, цене, проценте скидки);
4. факты, связанные с событиями или состоянием объекта (Event or state facts). Представляют возникновение события без подробностей о нем (например, просто факт продажи или факт отсутствия таковой без иных подробностей).

Таблица фактов, как правило, содержит уникальный составной ключ, объединяющий первичные ключи таблиц измерений. Чаще всего это целочисленные значения либо значения типа «дата/время» — ведь таблица фактов может содержать сотни тысяч или даже миллионы записей, и хранить в ней повторяющиеся текстовые описания, как правило, невыгодно — лучше поместить их в меньшие по объему таблицы измерений. При этом как ключевые, так и некоторые неключевые поля должны соответствовать будущим измерениям OLAP-куба. Помимо этого таблица фактов содержит одно или несколько числовых полей, на основании которых в дальнейшем будут получены агрегатные данные.

Для многомерного анализа пригодны таблицы фактов, содержащие как можно более подробные данные (то есть соответствующие членам нижних уровней иерархии соответствующих измерений). В данном случае предпочтительнее взять за основу факты продажи товаров отдельным заказчикам, а не суммы продаж для разных стран — последние все равно будут вычислены OLAP-средством.

В таблице фактов нет никаких сведений о том, как группировать записи при вычислении агрегатных данных. Например, в ней есть идентификаторы продуктов или клиентов, но отсутствует информация о том, к какой категории относится данный продукт или в каком городе находится данный клиент. Эти сведения, в дальнейшем используемые для построения иерархий в измерениях куба, содержатся в таблицах измерений.

Пример фрагмента схемы данных хранилища данных AdventureWorks приведен на Рисунок 11.

Рисунок 11. Фрагмент схемы данных хранилища данных AdventureWorks

В приведенной схеме данных таблица FactInternetSales является таблицей фактов и содержит сведения о продажах через Интернет в разрезе товаров, дат, валют, рекламы, клиентов и территории. Перечень столбцов таблицы и их типов данных приведен на Рисунок 12.

Рисунок 12. Столбцы таблицы FactInternetSales и их типы данных

Таблицы измерений

Таблицы измерений содержат неизменяемые либо редко изменяемые данные. В подавляющем большинстве случаев эти данные представляют собой по одной записи для каждого члена нижнего уровня иерархии в измерении. Таблицы измерений также содержат как минимум одно описательное поле (обычно с именем члена измерения) и, как правило, целочисленное ключевое поле (обычно это суррогатный ключ) для однозначной идентификации члена измерения. Если будущее измерение, основанное на данной таблице измерений, содержит иерархию, то таблица измерений также может содержать поля, указывающие на «родителя» данного члена в этой иерархии. Нередко (но не всегда) таблица измерений может содержать и поля, указывающие на «прародителей», и иных «предков» в данной иерархии (это обычно характерно для сбалансированных иерархий), а также дополнительные атрибуты членов измерений, содержавшиеся в исходной оперативной базе данных (например, адреса и телефоны клиентов).

Каждая таблица измерений должна находиться в отношении «один ко многим» с таблицей фактов.

Отметим, что скорость роста таблиц измерений должна быть незначительной по сравнению со скоростью роста таблицы фактов; например, добавление новой записи в таблицу измерений, характеризующую товары, производится только при появлении нового товара, не продававшегося ранее.

Так, в приведенном выше примере одной из таблиц измерений является таблица DimCustomer, содержащая редко изменяемые сведения о клиентах. Состав ее столбцов и их типы данных приведены на Рисунок 13.

Рисунок 13. Состав столбцов таблицы измерений DimCusromer и их типы данных

Архитектура OLAP-систем

Полномасштабная OLAP-система должна выполнять сложные и разнообразные функции, включающие сбор данных из различных источников, их согласование, преобразование и загрузку в хранилище, хранение аналитической информации, регламентную отчетность, поддержку произвольных запросов, многомерный анализ и др.

В настоящее время существуют фактические стандарты построения OLAP-систем, основанных на концепции ХД. Эти стандарты опираются на современные исследования и общемировую практику создания хранилищ данных и аналитических систем.

В общем виде архитектура корпоративной OLAP-системы описывается схемой с тремя выделенными слоями (Рисунок 14):

Рисунок 14. Архитектура корпоративной OLAP-системы

• извлечение, преобразование и загрузка данных;
• хранение данных;
• анализ данных.

Данные поступают из различных внутренних OLTP-систем, от подчиненных структур, от внешних организаций в соответствии с установленным регламентом, формами и макетами отчетности. Вся эта информация проверяется, согласуется, преобразуется и помещается в хранилище и витрины данных. После этого пользователи с помощью специализированных инструментальных средств получают необходимую им информацию для построения различных табличных и графических представлений, прогнозирования, моделирования и выполнения других аналитических задач.

1.8.1. Слой извлечения, преобразования и загрузки данных

С организационной точки зрения, данный слой включает подразделения и структуры организации всех уровней, поддерживающие базы данных оперативного доступа. Он представляет собой низовой уровень генерации информации, уровень внутренних и внешних информационных источников, вырабатывающих “сырую” информацию. Эта информация является рабочей для повседневной деятельности различных подразделений, которые ее вырабатывают и используют.

С системно-технической точки зрения данный слой представлен ЛВС всех подразделений всех уровней, к которым подключены специализированные технические комплексы, хранящие информацию, чаще всего реализованные в виде реляционных СУБД.

Из источников данных информация перемещается на основе некоторого регламента в централизованное хранилище. Как правило, необходимые для хранилища данные не хранятся в окончательном виде ни в одной из OLTP-систем. Эти данные обычно можно получить из исходных баз данных путем специальных преобразований, вычислений и агрегирования.

Кроме того, несмотря на различную функциональную направленность, исходные транзакционные системы часто «пересекаются» по данным, т.е. их локальные базы данных содержат однотипную по смыслу информацию. Это, прежде всего, касается нормативно-справочной информации, которая используется в том или ином виде в любой OLTP-системе. При этом существенно, что одинаковые по смыслу данные обычно имеют в разных системах различный формат, вид представления, идентификацию, единицы измерения и т.п. Перед загрузкой в хранилище вся эта информация должна быть согласована, чтобы обеспечить целостность и непротиворечивость аналитических данных.

Согласование данных необходимо и при загрузке данных из одного источника. Дело в том, что в хранилище хранятся исторические данные, т.е. данные за достаточно большой промежуток времени. В оперативной системе данные хранятся в целостном виде за ограниченный промежуток, после чего они отправляются в архив. При изменениях в структуре или собственно данных архивы не подвергаются никакой дополнительной обработке, а хранятся в исходном виде. Следовательно, при необходимости иметь данные за достаточно большой период времени необходимо согласовывать архивную информацию с текущей.

Таким образом, загрузка данных из источников в хранилище осуществляется специальными процедурами, позволяющими:

1. извлекать данные из различных баз данных, текстовых файлов;
2. выполнять различные типы согласования и очистки данных;
3. преобразовывать данные при перемещении их от источников к хранилищу;
4. загружать согласованные и «очищенные» данные в структуры хранилища.

Слой хранения данных

Слой хранения данных предназначен непосредственно для хранения значимой, проверенной, согласованной, непротиворечивой и хронологически целостной информации, которую с достаточно высокой степенью уверенности можно считать достоверной.

Собственно ХД не ориентировано на решение какой-либо определенной функциональной аналитической задачи. Цель ХД – обеспечить целостность и поддерживать хронологию всевозможных корпоративных данных, и с этой точки зрения оно нейтрально по отношению к приложениям. В связи с этим в большинстве случаев для выполнения определенного комплекса функционально замкнутых аналитических задач рационально создавать витрины данных, в основе которых может быть как многомерная, так и реляционная модель данных. По существу витрина представляет собой относительно небольшое, но что самое важное, функционально-ориентированное ХД, в котором информация хранится специальным образом, оптимизированным с точки зрения решения конкретных аналитических задач некоторого подразделения или группы аналитиков.

ХД чаще всего реализуется в виде реляционной БД, работающей под управлением достаточно мощной реляционной СУБД. Такая СУБД должна поддерживать эффективную работу с терабайтными объемами информации, иметь развитые средства ограничения доступа, обеспечивать повышенный уровень надежности и безопасности, соответствовать необходимым требованиям по восстановлению и архивации.

Слой анализа данных

Для организации доступа аналитиков к данным ХД и ВД используются специализированные рабочие места, поддерживающие необходимые технологии как оперативного, так и долговременного анализа. Результаты работы аналитиков оформляются в виде отчетов, графиков, рекомендаций и сохраняются как на локальном компьютере, так и в общедоступном узле локальной сети.

Аналитическая деятельность в рамках корпорации достаточно разнообразна и определяется характером решаемых задач, организационными особенностями компании, уровнем и степенью подготовленности аналитиков.

В связи с этим современный подход к инструментальным средствам анализа не ограничивается использованием какой-то одной технологи. В настоящее время принято различать следующие основные вида аналитической деятельности:

1. стандартная отчетность;
2. нерегламентированные запросы;
3. многомерный анализ (OLAP);
4. извлечение знаний (data mining).

Каждая из этих технологий имеет свои особенности, определенный набор типовых задач и должна поддерживаться специализированной инструментальной средой.

Клиентские OLAP-средства

Клиентские OLAP-средства представляют собой приложения, осуществляющие вычисление агрегатных данных (сумм, средних величин, максимальных или минимальных значений) и их отображение, при этом сами агрегатные данные содержатся в кэше внутри адресного пространства такого OLAP-средства.

Если исходные данные содержатся в настольной СУБД, вычисление агрегатных данных производится самим OLAP-средством. Если же источник исходных данных — серверная СУБД, многие из клиентских OLAP-средств посылают на сервер SQL-запросы, содержащие оператор GROUP BY, и в результате получают агрегатные данные, вычисленные на сервере.

Как правило, OLAP-функциональность реализована в средствах статистической обработки данных (из продуктов этого класса на российском рынке широко распространены продукты компаний StatSoft и SPSS) и в некоторых электронных таблицах. В частности, средствами многомерного анализа обладает Microsoft Excel. С помощью этого продукта можно создать и сохранить в виде файла небольшой локальный многомерный OLAP-куб и отобразить его двух- или трехмерные сечения.

Надстройки к пакету приложений Microsoft Office для извлечения и обработки данных представляют собой ряд функций, обеспечивающих доступ к возможностям извлечения и обработки данных из приложений Microsoft Office, и тем самым позволяющих осуществлять прогностический анализ на локальном компьютере. Благодаря тому, что встроенные в службы платформы Microsoft SQL Server алгоритмы извлечения и обработки данных доступны из среды приложений Microsoft Office, бизнес-пользователи могут легко извлекать ценную информацию из сложных наборов данных всего несколькими щелчками мыши. Надстройки к пакету приложений Office для извлечения и обработки данных дают конечным пользователям возможность выполнять анализ непосредственно в приложениях Microsoft Excel и Microsoft Visio.

В состав Microsoft Office 2007 входят три отдельных OLAP-компонента:

1. клиент извлечения и обработки данных для Excel позволяет создавать проекты извлечения и обработки данных на базе служб SSAS и управлять ими из Excel 2007;
2. средства анализа таблиц для приложения Excel позволяют использовать встроенные в службы SSAS функции извлечения и обработки информации для анализа данных, хранящихся в таблицах Excel;
3. шаблоны извлечения и обработки данных для приложения Visio позволяют визуализировать деревья решений, деревья регрессии, кластерные диаграммы и сети зависимостей на диаграммах Visio.

На Рисунок 15 изображена сводная таблица Excel, используемая для доступа клиентов к данным служб аналитики.

Рисунок 15. Сводная таблица Excel 2007

С помощью приложения Microsoft Office Visio можно аннотировать, дополнять и отображать графические представления результатов извлечения и обработки данных. Платформа SQL Server 2008 в сочетании с приложением Visio 2007 позволяет:

1. визуализировать деревья решений, деревья регрессии, кластерные диаграммы и сети зависимостей;
2. сохранять модели извлечения и обработки данных в виде документов Visio, внедренных в другие документы приложений Office или сохраненных в виде веб-страниц.

Клиентские OLAP-средства применяются, как правило, при малом числе измерений (обычно рекомендуется не более шести) и небольшом разнообразии значений этих параметров, — ведь полученные агрегатные данные должны умещаться в адресном пространстве подобного средства, а их количество растет экспоненциально при увеличении числа измерений. Поэтому даже самые примитивные клиентские OLAP-средства, как правило, позволяют произвести предварительный подсчет объема требуемой оперативной памяти для создания в ней многомерного куба.

Серверные OLAP-средства

Преимущества применения серверных OLAP-средств по сравнению с клиентскими OLAP-средствами сходны с преимуществами применения серверных СУБД по сравнению с настольными: в случае применения серверных средств вычисление и хранение агрегатных данных происходят на сервере, а клиентское приложение получает лишь результаты запросов к ним, что позволяет в общем случае снизить сетевой трафик, время выполнения запросов и требования к ресурсам, потребляемым клиентским приложением. Отметим, что средства анализа и обработки данных масштаба предприятия, как правило, базируются именно на серверных OLAP-средствах, например, таких как Oracle Database Server и Microsoft SQL Server.

Некоторые клиентские OLAP-средства (в частности, Microsoft Excel) позволяют обращаться к серверным OLAP-хранилищам, выступая в этом случае в роли клиентских приложений, выполняющих подобные запросы. Помимо этого имеется немало продуктов, представляющих собой клиентские приложения к OLAP-средствам различных производителей.