Главная Полезное

Olap для маленькой компании. Многомерные кубы, OLAP и MDX

OLAP (On-Line Analytical Processing) – это способ электронной аналитической обработки данных, представляющий организацию данных в иерархические категории с использованием предварительно рассчитанных итоговых значений. Данные OLAP упорядочены иерархически и хранятся не в таблицах, а в кубах. Кубы OLAP представляют собой многомерный набор данных с осями, на которых отложены параметры, и ячейками, содержащими зависящие от параметров агрегатные данные. Кубы предназначены для комплексного многомерного анализа больших объемов данных, поскольку они предоставляют для отчетов только сводные результаты, вместо большого числа отдельных записей.

Концепция OLAP была описана в 1993 г. известным исследователем баз данных и автором реляционной модели данных Э. Ф. Коддом. В настоящее время поддержка OLAP реализована во многих СУБД и иных инструментах.

Куб OLAP содержит два типа данных:

· итоговые значения, значения, для которых требуется подвести итог, представляющие вычисляемые поля данных ;

· описательные сведения, представляющие измерения или размерности . Описательные сведения обычно распределяются по уровням детализации. Например: «Год», «Квартал», «Месяц» и «День» в размерности «Время». Распределение полей по уровням детализации позволяет пользователям, работающим с отчетами, выбирать требуемый уровень детализации для просмотра, начиная с итоговых данных высокого уровня и затем переходя к более подробному представлению, и наоборот.

Средства Microsoft Query также позволяют создавать кубы OLAP из запроса, который загружает данные реляционной базы данных, например Microsoft Access, при этом происходит преобразование линейной таблицы в структурную иерархию (куб).

Мастер создания куба OLAP является встроенным средством Microsoft Query. Для создания куба OLAP на основе реляционной базы данных перед запуском мастера необходимо выполнить следующие действия.

1. Определить источник данных (см. рис. 6.1).

2. С помощью Microsoft Query создать запрос, включая в него только те поля, которые будут являться либо полями данных, либо полями размерностей куба OLAP, если поле в кубе используется больше одного раза, то его необходимо включить в запрос нужное число раз.

3. На последнем шаге мастера создания запросов установить переключатель на пункте Создание куба OLAP из данного запроса (см. рис. 6.2) или после того как запрос создан средствами непосредственно Query в меню Файл выбрать команду Создать куб OLAP , после чего мастер создания куба OLAP будет запущен.

Работа мастера создания куба OLAP состоит из трех шагов.

На первом шаге мастера (см. рис. 6.6) определяются поля данных –вычисляемые поля, для которых необходимо определить итоговые значения.

Рис. 6.6. Определение полей данных

Предполагаемые вычисляемые поля (обычно это числовые поля) мастер размещает в верхнюю часть списка, отмечает флажками и определяет итоговую функцию этих полей, обычно – Сумма . При выборе полей данных хотя бы одно поле должно быть выбрано в качестве вычисляемого поля и хотя бы одно поле должно остаться неотмеченным для определения размерности.

При создании OLAP куба можно использовать четыре итоговых функции – Сумма , Число (количество значений), Минимум , Максимум для числовых полей и одну функцию Число для всех остальных полей. Если нужно использовать несколько различных итоговых функций одного и того же поля, это поле должно быть включено в запрос нужное количество раз.

Имя вычисляемого поля можно изменить в столбце Имя поля данных .

На втором шаге мастера определяются описательные данные и их размерности (см. рис. 6.7). Для выбора поля измерения необходимо из списка Исходные поля перетащить нужное поле размерности верхнего уровня в список Измерения в область, помеченную как Перетащите сюда поля для создания размерности . Для создания куба OLAP необходимо определить хотя бы одну размерность. На этом же шаге мастера с помощью контекстного меню можно изменить имя поля размерности или уровня.

Рис. 6.7. Определение полей измерений

Поля, содержащие изолированные или обособленные данные и не принадлежащие к иерархии, можно определить как размерности с одним уровнем. Однако использование куба будет более эффективным, если некоторые из полей организованы в уровни. Чтобы создать уровень в составе размерности, перетащите поле из списка Исходные поля на поле, являющееся размерностью или уровнем. Поля, содержащие более подробные сведения, должны располагаться на более низких уровнях. Например, на рисунке 6.7 поле Должность является уровнем поля НазваниеОтдела .

Чтобы переместить поле на более низкий или более высокий уровень, нужно перетащить его на более низкое или более высокое поле в составе размерности. Для отображения или скрытия уровней используются соответственно кнопки или .

Если в качестве размерности верхнего уровня используются поля даты или времени, мастер создания куба OLAP автоматически создает уровни для этих размерностей. Пользователь может затем выбрать, какие уровни должны присутствовать в отчетах. Например, можно выбрать недели, кварталы и годы, или же месяцы (см. рис. 6.7).

Следует помнить, что мастер создает автоматически уровни для полей даты и времени только при создании размерности верхнего уровня; при добавлении этих полей в качестве подуровней имеющей размерности, автоматические уровни не создаются.

На третьем шаге мастера определяется типа куба, создаваемого мастером, при этом возможны три варианта (см. рис. 6.8).

Рис. 6.8. Выбор типа создаваемого куба на третьем шаге мастера

· Первые два варианта предполагают создание куба при каждом открытии отчета (если куб просматривается из Excel, то речь идет о сводной таблице). В этом случае сохраняется файл запроса и файл определения куба *.oqy , содержащий инструкции по созданию куба. Файл *.oqy может быть открыт в программе Excel для создания отчетов на основе куба, а при необходимости внесения изменений в куб, можно его открыть Query для повторного запуска мастера создания куба.

По умолчанию файлы определения куба так же, как и файлы запросов, хранятся в папке профиля пользователя в Application Data\Microsoft\Que-ries. При сохранении файла *.oqy в стандартной папке, имя файла определения куба выводится на вкладке Кубы OLAP при открытии нового запроса в Microsoft Query или при выборе команды Создать запрос (меню Данные , подменю Импорт внешних данных ) в Microsoft Excel.

· В случае выбора третьего варианта типа куба Сохранение файла куба, содержащего все данные для куба , извлекаются все данные для куба и в указанном пользователем месте создается файл куба с расширением *.cub , в котором эти данные хранятся. Создание данного файла не происходит немедленно при нажатии кнопки Готово ; файл создается либо при сохранении определения куба в файле, либо при создании отчета на основе куба.

Выбор типа куба определяется несколькими факторами: объемом данных, которые содержит куб; типом и сложностью отчетов, которые будут создаваться на основе куба; ресурсами системы (память и дисковое пространство) и т. п.

Отдельный файл куба *.cub следует создавать в следующих случаях:

1) для часто изменяемых интерактивных отчетов при наличии достаточного дискового пространства;

2) когда требуется сохранить куб на сетевом сервере для обеспечения доступа к нему других пользователей при создании отчетов. Файл куба может предоставить определенные данные из исходной базы данных, опуская при этом секретные или конфиденциальные данные, доступ к которым для других пользователей требуется закрыть.

Данных, как правило, разрежённый и долговременно хранимый. Может быть реализован на основе универсальных реляционных СУБД или специализированным программным обеспечением (см. также OLAP). В программных продуктах компании SAP используется термин «инфокуб».

Индексам массива соответствуют измерения (dimensions) или оси куба, а значениям элементов массива - меры (measures) куба.

w : (x ,y ,z ) → w xyz ,

где x , y , z - измерения, w - мера.

В отличие от обычного массива в языке программирования, доступ к элементам- OLAP-куба может осуществляться как по полному набору индексов-измерений, так и по их подмножеству, и тогда результатом будет не один элемент, а их множество.

W : (x ,y ) → W = {w z1 , w z2 , …, w zn }

Также известно описание OLAP-куба с использованием терминологии реляционной алгебры, как проекции отношений .

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Схема звезды
Наш дом - Россия (фракция)

Смотреть что такое "OLAP-куб" в других словарях:

OLAP куб - … Википедия

OLAP - (англ. online analytical processing, аналитическая обработка в реальном времени) технология обработки данных, заключающаяся в подготовке суммарной (агрегированной) информации на основе больших массивов данных, структурированных по… … Википедия

Куб (значения) - Куб многозначный термин: В математике В стереометрии куб шестигранный правильный многогранник В алгебре третья степень числа Фильм Серия фантастических фильмов: «Куб» «Куб 2: Гиперкуб» «Куб Ноль» Сленг и жаргон медицинское… … Википедия

Куб - У этого термина существуют и другие значения, см. Куб (значения). Куб Тип Правильный многогранник Грань квадрат … Википедия

Mondrian - OLAP Server Тип OLAP сервер Разработчик Pentaho Операционная система кроссплатформенное программное обеспечение Последняя версия 3.4.1 (2012 05 07) Лицензия свободное программное обеспечение … Википедия - Информационно аналитическая система автоматизированная система позволяющая экспертам быстро анализировать большие объемы данных, как правило является одним из элементов ситуационных центров. Так же, иногда в состав ИАС включают систему сбора… … Википедия

Аннотация: В настоящей лекции рассматриваются основы проектирования кубов данных для OLAP-хранилищ данных. На примере показана методика построения куба данных с помощью CASE-инструмента.

Цель лекции

Изучив материал настоящей лекции, вы будете знать:

что такое куб данных в OLAP-хранилище данных ;
как проектировать куб данных для OLAP-хранилищ данных ;
что такое измерение куба данных ;
как факт связан с кубом данных ;
что такое атрибуты измерения ;
что такое иерархия ;
что такое метрика куба данных ;

и научитесь:

строить многомерные диаграммы ;
проектировать простые многомерные диаграммы .

Введение

Технология OLAP - это не отдельно взятый программный продукт , не язык программирования . 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.

Аналитики являются основными потребителями корпоративной информации. Задача аналитика состоит в том, чтобы находить закономерности в больших массивах данных. Поэтому аналитик не будет обращать внимания на отдельно взятый факт , что в определенный день покупателю Иванову была продана партия шариковых авторучек, - ему нужна информация о сотнях и тысячах подобных событий. Одиночные факты в ХД могут заинтересовать, к примеру, бухгалтера или начальника отдела продаж, в компетенции которого находится сопровождение определенного контракта. Аналитику одной записи недостаточно - ему, например, может понадобиться информация обо всех контрактах точки продажи за месяц, квартал или год. Аналитика может не интересовать ИНН покупателя или его телефон, - он работает с конкретными числовыми данными, что составляет сущность его профессиональной деятельности.

Централизация и удобное структурирование - это далеко не все, что нужно аналитику. Ему требуется инструмент для просмотра, визуализации информации. Традиционные отчеты, даже построенные на основе единого ХД, лишены, однако, определенной гибкости. Их нельзя "покрутить", "развернуть" или "свернуть", чтобы получить необходимое представление данных. Чем больше "срезов" и "разрезов" данных аналитик может исследовать, тем больше у него идей, которые, в свою очередь , для проверки требуют все новых и новых "срезов". В качестве такого инструмента для исследования данных аналитиком выступает OLAP .

Хотя OLAP и не представляет собой необходимый атрибут ХД, он все чаще и чаще применяется для анализа накопленных в этом ХД сведений.

Оперативные данные собираются из различных источников, очищаются, интегрируются и складываются в ХД. При этом они уже доступны для анализа при помощи различных средств построения отчетов. Затем данные (полностью или частично) подготавливаются для OLAP -анализа. Они могут быть загружены в специальную БД OLAP или оставлены в реляционном ХД. Важнейшим элементом использования OLAP являются метаданные , т. е. информация о структуре, размещении и трансформации данных . Благодаря им обеспечивается эффективное взаимодействие различных компонентов хранилища.

Таким образом, OLAP можно определить как совокупность средств многомерного анализа данных, накопленных в ХД . Теоретически средства OLAP можно применять и непосредственно к оперативным данным или их точным копиям. Однако при этом существует риск подвергнуть анализу данные, которые для этого анализа не пригодны.

OLAP на клиенте и на сервере

В основе OLAP лежит многомерный анализ данных . Он может быть произведен с помощью различных средств, которые условно можно разделить на клиентские и серверные 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 Stat Soft и SPSS) и в некоторых электронных таблицах. В частности, неплохими средствами многомерного анализа обладает Microsoft Excel 2000. С помощью этого продукта можно создать и сохранить в виде файла небольшой локальный многомерный OLAP -куб и отобразить его двух- или трехмерные сечения.

Многие средства разработки содержат библиотеки классов или компонентов, позволяющие создавать приложения, реализующие простейшую OLAP -функциональность (такие, например, как компоненты Decision Cube в Borland Delphi и Borland C++Builder). Помимо этого многие компании предлагают элементы управления ActiveX и другие библиотеки, реализующие подобную функциональность.

Отметим, что 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.

Многие (но не все) клиентские OLAP -средства позволяют сохранить содержимое кэша с агрегатными данными в виде файла, что, в свою очередь , позволяет не производить их повторное вычисление . Отметим, что нередко такая возможность используется для отчуждения агрегатных данных с целью передачи их другим организациям или для публикации. Типичным примером таких отчуждаемых агрегатных данных является статистика заболеваемости в разных регионах и в различных возрастных группах, которая является открытой информацией, публикуемой министерствами здравоохранения различных стран и Всемирной организацией здравоохранения. При этом собственно исходные данные, представляющие собой сведения о конкретных случаях заболеваний, являются конфиденциальными данными медицинских учреждений и ни в коем случае не должны попадать в руки страховых компаний и тем более становиться достоянием гласности.

Идея сохранения кэша с агрегатными данными в файле получила свое дальнейшее развитие в серверных OLAP-средствах, в которых сохранение и изменение агрегатных данных, а также поддержка содержащего их хранилища осуществляются отдельным приложением или процессом, называемым OLAP-сервером . Клиентские приложения могут запрашивать подобное многомерное хранилище и в ответ получать те или иные данные. Некоторые клиентские приложения могут также создавать такие хранилища или обновлять их в соответствии с изменившимися исходными данными.

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 происходит 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 обработка данных масштаба предприятия, как правило, базируются именно на серверных OLAP -средствах, например, таких как Oracle Express Server , Microsoft SQL Server 2000 Analysis Services, Hyperion Essbase, продуктах компаний Crystal Decisions, Business Objects, Cognos, SAS Institute. Поскольку все ведущие производители серверных СУБД производят (либо лицензировали у других компаний) те или иные серверные OLAP -средства, выбор их достаточно широк, и почти во всех случаях можно приобрести OLAP - сервер того же производителя, что и у самого сервера баз данных.

Отметим, что многие клиентские OLAP -средства (в частности, Microsoft Excel 2003, Seagate Analysis и др.) 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.

Технические аспекты многомерного хранения данных

В многомерных ХД содержатся агрегатные данные различной степени подробности, например, объемы продаж по дням, месяцам, годам, по категориям товаров и т.п. Цель хранения агрегатных данных - сократить время выполнения запросов, поскольку в большинстве случаев для анализа и прогнозов интересны не детальные, а суммарные данные. Поэтому при создании многомерной базы данных всегда вычисляются и сохраняются некоторые агрегатные данные.

Отметим, что сохранение всех агрегатных данных не всегда оправданно. Дело в том, что при добавлении новых измерений объем данных, составляющих куб, растет экспоненциально (иногда говорят о "взрывном росте" объема данных). Если говорить более точно, степень роста объема агрегатных данных зависит от количества измерений куба и членов измерений на различных уровнях иерархий этих измерений . Для решения проблемы "взрывного роста" применяются разнообразные схемы, позволяющие при вычислении далеко не всех возможных агрегатных данных достичь приемлемой скорости выполнения запросов.

Как исходные, так и агрегатные данные могут храниться либо в реляционных, либо в многомерных структурах. Поэтому в настоящее время применяются три способа хранения данных.

MOLAP ( Multidimensional OLAP) - исходные и агрегатные данные хранятся в многомерной базе данных. Хранение данных в многомерных структурах позволяет манипулировать данными как многомерным массивом, благодаря чему скорость вычисления агрегатных значений одинакова для любого из измерений . Однако в этом случае многомерная база данных оказывается избыточной, так как многомерные данные полностью содержат исходные реляционные данные.
ROLAP (Relational OLAP) - исходные данные остаются в той же реляционной базе данных, где они изначально и находились. Агрегатные же данные помещают в специально созданные для их хранения служебные таблицы в той же базе данных.
HOLAP ( Hybrid OLAP) - исходные данные остаются в той же реляционной базе данных, где они изначально находились, а агрегатные данные хранятся в многомерной базе данных.

Некоторые OLAP -средства поддерживают хранение данных только в реляционных структурах, некоторые - только в многомерных. Однако большинство современных серверных OLAP -средств поддерживают все три способа хранения данных. Выбор способа хранения зависит от объема и структуры исходных данных, требований к скорости выполнения запросов и частоты обновления OLAP -кубов.

Отметим также, что подавляющее большинство современных OLAP -средств не хранит "пустых" значений (примером "пустого" значения может быть отсутствие продаж сезонного товара вне сезона).

Основные понятия OLAP

Тест FAMSI

Технология комплексного многомерного анализа данных получила название OLAP (On-Line Analytical Processing). OLAP - это ключевой компонент организации ХД. Концепция OLAP была описана в 1993 году Эдгаром Коддом, известным исследователем баз данных и автором реляционной модели данных. 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 :

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

Многомерное представление информации

Кубы

OLAP предоставляет удобные быстродействующие средства доступа, просмотра и анализа деловой информации. Пользователь получает естественную, интуитивно понятную модель данных, организуя их в виде многомерных кубов (Cubes) . Осями многомерной системы координат служат основные атрибуты анализируемого бизнес-процесса. Например, для продаж это могут быть товар, регион, тип покупателя. В качестве одного из измерений используется время. На пересечениях осей измерений (Dimensions) находятся данные, количественно характеризующие процесс - меры (Measures). Это могут быть объемы продаж в штуках или в денежном выражении, остатки на складе, издержки и т. п. Пользователь, анализирующий информацию, может "разрезать" куб по разным направлениям, получать сводные (например, по годам) или, наоборот, детальные (по неделям) сведения и осуществлять прочие манипуляции, которые ему придут в голову в процессе анализа.

В качестве мер в трехмерном кубе, изображенном на рис. 26.1 , использованы суммы продаж, а в качестве измерений - время, товар и магазин. Измерения представлены на определенных уровнях группировки: товары группируются по категориям, магазины - по странам, а данные о времени совершения операций - по месяцам. Чуть позже мы рассмотрим уровни группировки (иерархии ) подробнее.

Рис. 26.1.

"Разрезание" куба

Даже трехмерный куб сложно отобразить на экране компьютера так, чтобы были видны значения интересующих мер. Что уж говорить о кубах с количеством измерений , большим трех. Для визуализации данных, хранящихся в кубе, применяются, как правило, привычные двумерные, т. е. табличные представления, имеющие сложные иерархические заголовки строк и столбцов.

Двумерное представление куба можно получить, "разрезав" его поперек вдоль одной или нескольких осей (измерений ): мы фиксируем значения всех измерений , кроме двух, - и получаем обычную двумерную таблицу. В горизонтальной оси таблицы (заголовки столбцов) представлено одно измерение , в вертикальной (заголовки строк) - другое, а в ячейках таблицы - значения мер. При этом набор мер фактически рассматривается как одно из измерений : мы либо выбираем для показа одну меру (и тогда можем разместить в заголовках строк и столбцов два измерения ), либо показываем несколько мер (и тогда одну из осей таблицы займут названия мер, а другую - значения единственного "неразрезанного" измерения ).

(levels). Например, метки, представленная на 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. Различными в разных OLAP-средствах могут быть и число уровней иерархии , и максимально допустимое число членов одного уровня, и максимально возможное число самих измерений .

Архитектура OLAP-приложений

Все, что говорилось выше про OLAP, по сути, относилось к многомерному представлению данных. То, как данные хранятся, грубо говоря, не волнует ни конечного пользователя, ни разработчиков инструмента, которым клиент пользуется.

Многомерность в OLAP-приложениях может быть разделена на три уровня.

Многомерное представление данных - средства конечного пользователя, обеспечивающие многомерную визуализацию и манипулирование данными; слой многомерного представления абстрагирован от физической структуры данных и воспринимает данные как многомерные.
Многомерная обработка - средство (язык) формулирования многомерных запросов (традиционный реляционный язык SQL здесь оказывается непригодным) и процессор, умеющий обработать и выполнить такой запрос.
Многомерное хранение - средства физической организации данных, обеспечивающие эффективное выполнение многомерных запросов.

Первые два уровня в обязательном порядке присутствуют во всех OLAP-средствах. Третий уровень, хотя и является широко распространенным, не обязателен, так как данные для многомерного представления могут извлекаться и из обычных реляционных структур; процессор многомерных запросов в этом случае транслирует многомерные запросы в SQL-запросы, которые выполняются реляционной СУБД.

Конкретные OLAP-продукты, как правило, представляют собой либо средство многомерного представления данных (OLAP-клиент - например, Pivot Tables в Excel 2000 фирмы Microsoft или ProClarity фирмы Knosys), либо многомерную серверную СУБД (OLAP-сервер - например, Oracle Express Server или Microsoft OLAP Services).

Слой многомерной обработки обычно бывает встроен в OLAP-клиент и/или в OLAP-сервер, но может быть выделен в чистом виде, как, например, компонент Pivot Table Service фирмы Microsoft.

В предыдущей статье данного цикла (см. № 2’2005) мы рассказали об основных новшествах аналитических служб SQL Server 2005. Сегодня мы подробнее рассмотрим средства создания OLAP-решений, входящие в этот продукт.

Коротко об основах OLAP

режде чем начать разговор о средствах создания OLAP-решений, напомним, что OLAP (On-Line Analytical Processing) это технология комплексного многомерного анализа данных, концепция которой была описана в 1993 году Э.Ф.Коддом, знаменитым автором реляционной модели данных. В настоящее время поддержка OLAP реализована во многих СУБД и иных инструментах.

OLAP-кубы

Что представляют собой OLAP-данные? В качестве ответа на этот вопрос рассмотрим простейший пример. Предположим, в корпоративной базе данных некоего предприятия имеется набор таблиц, содержащих сведения о продажах товаров или услуг, и на их основе создано представление Invoices с полями Country (страна), City (город), CustomerName (название компании-клиента), Salesperson (менеджер по продажам), OrderDate (дата размещения заказа), CategoryName (категория товара), ProductName (наименование товара), ShipperName (компания-перевозчик), ExtendedPrice (оплата за товар), при этом последнее из перечисленных полей, собственно, и является объектом анализа.

Выбор данных из такого представления можно осуществить с помощью следующего запроса:

SELECT Country, City, CustomerName, Salesperson,

OrderDate, CategoryName, ProductName, ShipperName, ExtendedPrice

FROM Invoices

Предположим, нас интересует, какова суммарная стоимость заказов, сделанных клиентами из разных стран. Для получения ответа на этот вопрос необходимо сделать следующий запрос:

SELECT Country, SUM (ExtendedPrice) FROM Invoices

GROUP BY Country

Результатом этого запроса будет одномерный набор агрегатных данных (в данном случае сумм):

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
	209373.6
	...

Если же мы хотим узнать, какова суммарная стоимость заказов, сделанных клиентами из разных стран и доставленных различными службами доставки, мы должны выполнить запрос, содержащий два параметра в предложении GROUP BY:

SELECT Country, ShipperName, SUM (ExtendedPrice) FROM Invoices

GROUP BY COUNTRY, ShipperName

Исходя из результатов этого запроса можно создать таблицу следующего вида:

Такой набор данных называется сводной таблицей (pivot table).

SELECT Country, ShipperName, SalesPerson SUM (ExtendedPrice) FROM Invoices

GROUP BY COUNTRY, ShipperName, Year

На основании результатов этого запроса можно построить трехмерный куб (рис. 1).

Добавляя дополнительные параметры для анализа, можно создать куб с теоретически любым числом измерений, при этом наряду с суммами в ячейках OLAP-куба могут содержаться результаты вычисления иных агрегатных функций (например, средние, максимальные, минимальные значения, количество записей исходного представления, соответствующее данному набору параметров). Поля, на основании которых вычисляются результаты, называются мерами куба.

Иерархии в измерениях

Предположим, нас интересует не только суммарная стоимость заказов, сделанных клиентами в разных странах, но и суммарная стоимость заказов, сделанных клиентами в разных городах одной страны. В этом случае можно воспользоваться тем, что значения, наносимые на оси, имеют различные уровни детализации это описывается в рамках концепции иерархии изменений. Скажем, на первом уровне иерархии располагаются страны, на втором города. Отметим, что начиная с SQL Server 2000 аналитические службы поддерживают так называемые несбалансированные иерархии, содержащие, например, такие члены, «дети» которых содержатся не на соседних уровнях иерархии или отсутствуют для некоторых членов изменения. Типичный пример подобной иерархии учет того факта, что в разных странах могут существовать, либо отсутствовать такие административно-территориальные единицы, как штат или область, размещающиеся в географической иерархии между странами и городами (рис. 2).

Отметим, что в последнее время принято выделять типичные иерархии, например содержащие географические или временные данные, а также поддерживать существование нескольких иерархий в одном измерении (в частности, для календарного и финансового года).

Создание OLAP-кубов в SQL Server 2005

SQL Server 2005 кубы создаются с помощью SQL Server Business Intelligence Development Studio. Этот инструмент представляет собой специальную версию Visual Studio 2005, предназначенную для решения данного класса задач (а при наличии уже установленной среды разработки список шаблонов проектов пополняется проектами, предназначенными для создания решений на основе SQL Sever и его аналитических служб). В частности, для создания решений на основе аналитических служб предназначен шаблон Analysis Services Project (рис. 3).

Для создания OLAP-куба в первую очередь следует решить, на основе каких данных его формировать. Наиболее часто OLAP-кубы строятся на основе реляционных хранилищ данных со схемами «звезда» или «снежинка» (о них мы рассказывали в предыдущей части статьи). В комплекте поставки SQL имеется пример такого хранилища база данных AdventureWorksDW, для использования которой в качестве источника следует найти в Solution Explorer папку Data Sources, выбрать пункт контекстного меню New Data Source и последовательно ответить на вопросы соответствующего мастера (рис. 4).

Затем рекомендуется создать Data Source View представление, на основе которого будет создаваться куб. Для этого необходимо выбрать соответствующий пункт контекстного меню папки Data Source Views и последовательно ответить на вопросы мастера. Результатом указанных действий станет схема данных, с помощью которых будет построено представление источников данных, при этом в полученной схеме вместо исходных можно указать «дружественные» имена таблиц (рис. 5).

Описанный таким образом куб можно перенести на сервер аналитических служб, выбрав из контекстного меню проекта опцию Deploy, и осуществить просмотр его данных (рис. 7).

При создании кубов в настоящее время используются многие особенности новой версии SQL Server, такие, например, как представление источников данных. Описание исходных данных для построения куба, равно как и описание структуры куба, теперь производится с помощью знакомого многим разработчикам инструмента Visual Studio, что является немалым достоинством новой версии этого продукта изучение разработчиками аналитических решений нового инструментария в этом случае сведено к минимуму.

Отметим, что в созданном кубе можно менять состав мер, удалять и добавлять атрибуты измерений и добавлять вычисляемые атрибуты членов измерений на основе имеющихся атрибутов (рис. 8).

Рис. 8. Добавление вычисляемого атрибута

Кроме того, в кубах SQL Server 2005 можно осуществлять автоматическую группировку или сортировку членов измерения по значению атрибута, определять связи между атрибутами, реализовывать связи «многие ко многим», определять ключевые показатели бизнеса, а также решать многие другие задачи (подробности о том, как выполняются все эти действия, можно найти в разделе SQL Server Analysis Services Tutorial справочной системы данного продукта).

В последующих частях данной публикации мы продолжим знакомство с аналитическими службами SQL Server 2005 и выясним, что нового появилось в области поддержки Data Mining.

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

Статьи по теме