Основные сведения об OLAP

Основные данные о работе

Введение

В наше время без систем управления базами данных не обходится практически ни одна организация, особенно среди тех, которые традиционно ориентированы на взаимодействие с клиентами. Банки, страховые компании, авиа- и прочие транспортные компании, сети супермаркетов, телекоммуникационные и маркетинговые фирмы, организации, занятые в сфере услуг и другие - все они собирают и хранят в своих базах гигабайты данных о клиентах, продуктах и сервисах. Ценность подобных сведений несомненна. Такие базы данных называют операционными или транзакционными, поскольку они характеризуются огромным количеством небольших транзакций, или операций записи-чтения. Компьютерные системы, осуществляющие учет операций и собственно доступ к базам транзакций, принято называть системами оперативной обработки транзакций (OLTP - O n- L ine T ransactional P rocessing) или учетными системами.

Учетные системы настраиваются и оптимизируются для выполнения максимального количества транзакций за короткие промежутки времени. Обычно отдельные операции очень малы и не связаны друг с другом. Однако каждую запись данных, характеризующую взаимодействие с клиентом (звонок в службу поддержки, кассовую операцию, заказ по каталогу, посещение Web-сайта компании и т.п.) можно использовать для получения качественно новой информации, а именно для создания отчетов и анализа деятельности фирмы.

Набор аналитических функций в учетных системах обычно весьма ограничен. Схемы, используемые в OLTP-приложениях, осложняют создание даже простых отчетов, так как данные чаще всего распределены по множеству таблиц, и для их агрегирования необходимо выполнять сложные операции объединения. Как правило, попытки создания комплексных отчетов требуют больших вычислительных мощностей и приводят к потере производительности.

Кроме того, в учетных системах хранятся постоянно изменяющиеся данные. По мере сбора транзакций суммарные значения меняются очень быстро, поэтому два анализа, проведенные с интервалом в несколько минут, могут дать разные результаты. Чаще всего, анализ выполнятся по окончании отчетного периода, иначе картина может оказаться искаженной. Кроме того, необходимые для анализа данные могут храниться в нескольких системах.

Некоторые виды анализа требуют таких структурных изменений, которые недопустимы в текущей оперативной среде. Например, нужно выяснить, что произойдет, если у компании появятся новые продукты. На живой базе такое исследование провести нельзя. Следовательно, эффективный анализ редко удается выполнить непосредственно в учетной системе.

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 - причем храниться такие данные могут и в реляционных таблицах. 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.

Именно это и обусловило интерес к системам поддержки принятия решений, ставших основной сферой применения OLAP (On-Line Analytical Processing, оперативная аналитическая обработка, оперативный анализ данных), превращающей “руду” OLTP-систем в готовое “изделие”, которое руководители и аналитики могут непосредственно использовать. Этот метод позволяет аналитикам, менеджерам и руководителям "проникнуть в суть" накопленных данных за счет быстрого и согласованного доступа к широкому спектру представлений информации.

Целью курсовой работы является рассмотрение технологии OLAP.

многомерный аналитический обработка данный

Основная часть

Основные сведения об OLAP

1.1 Оперативная аналитическая обработка данных

В основе концепции OLAP лежит принцип многомерного представления данных. В 1993 году термин OLAP ввел Эдгар Кодд. Рассмотрев недостатки реляционной модели, он в первую очередь указал на невозможность «объединять, просматривать и анализировать данные с точки зрения множественности измерений, то есть самым понятным для корпоративных аналитиков способом», и определил общие требования к системам OLAP, расширяющим функциональность реляционных СУБД и включающим многомерный анализ как одну из своих характеристик[1].

В большом числе публикаций аббревиатурой OLAP обозначается не только многомерный взгляд на данные, но и хранение самих данных в многомерной БД. Вообще говоря, это неверно, поскольку сам Кодд отмечает, что "Реляционные БД были, есть и будут наиболее подходящей технологией для хранения корпоративных данных. Необходимость существует не в новой технологии БД, а, скорее, в средствах анализа, дополняющих функции существующих СУБД и достаточно гибких, чтобы предусмотреть и автоматизировать разные виды интеллектуального анализа, присущие OLAP". Такая путаница приводит к противопоставлениям наподобие "OLAP или ROLAP", что не совсем корректно, поскольку ROLAP (реляционный OLAP) на концептуальном уровне поддерживает всю определенную термином OLAP функциональность. Более предпочтительным кажется использование для OLAP на основе многомерных СУБД специального термина MOLAP. По Кодду, многомерное концептуальное представление (multi-dimensional conceptual view) представляет собой множественную перспективу, состоящую из нескольких независимых измерений, вдоль которых могут быть проанализированы определенные совокупности данных. Одновременный анализ по нескольким измерениям определяется как многомерный анализ. Каждое измерение включает направления консолидации данных, состоящие из серии последовательных уровней обобщения, где каждый вышестоящий уровень соответствует большей степени агрегации данных по соответствующему измерению. Так, измерение.

Исполнитель может определяться направлением консолидации, состоящим из уровней обобщения "предприятие - подразделение - отдел - служащий". Измерение Время может даже включать два направления консолидации - "год - квартал - месяц - день" и "неделя - день", поскольку счет времени по месяцам и по неделям несовместим. В этом случае становится возможным произвольный выбор желаемого уровня детализации информации по каждому из измерений. Операция спуска (drilling down) соответствует движению от высших ступеней консолидации к низшим; напротив, операция подъема (rolling up) означает движение от низших уровней к высшим.

Кодд определил 12 правил, которым должен удовлетворять программный продукт класса OLAP[2].

1.2 Требования к средствам оперативной аналитической обработки

Многомерное концептуальное представление данных (Multi Dimensional Conceptual View). Концептуальное представление модели данных в продукте OLAP должно быть многомерным по своей природе, то есть позволять аналитикам выполнять интуитивные операции "анализа вдоль и поперек" ("slice and dice"), вращения (rotate) и размещения (pivot) направлений консолидации. Прозрачность (Transparency). Пользователь не должен знать о том, какие конкретные средства используются для хранения и обработки данных, как данные организованы и откуда берутся.

Доступность (Accessibility). Аналитик должен иметь возможность выполнять анализ в рамках общей концептуальной схемы, но при этом данные могут оставаться под управлением оставшихся от старого наследства СУБД, будучи при этом привязанными к общей аналитической модели. То есть инструментарий OLAP должен накладывать свою логическую схему на физические массивы данных, выполняя все преобразования, требующиеся для обеспечения единого, согласованного и целостного взгляда пользователя на информацию.

Устойчивая производительность (Consistent Reporting Performance). С увеличением числа измерений и размеров базы данных аналитики не должны столкнуться с каким бы то ни было уменьшением производительности. Устойчивая производительность необходима для поддержания простоты использования и свободы от усложнений, которые требуются для доведения OLAP до конечного пользователя.

Клиент - серверная архитектура (Client-Server Architecture). Большая часть данных, требующих оперативной аналитической обработки, хранится в мэйнфреймовых системах, а извлекается с персональных компьютеров. Поэтому одним из требований является способность продуктов OLAP работать в среде клиент-сервер. Главной идеей здесь является то, что серверный компонент инструмента OLAP должен быть достаточно интеллектуальным и обладать способностью строить общую концептуальную схему на основе обобщения и консолидации различных логических и физических схем корпоративных баз данных для обеспечения эффекта прозрачности.

Равноправие измерений (Generic Dimensionality). Все измерения данных должны быть равноправны. Дополнительные характеристики могут быть предоставлены отдельным измерениям, но поскольку все они симметричны, данная дополнительная функциональность может быть предоставлена любому измерению. Базовая структура данных, формулы и форматы отчетов не должны опираться на какое-то одно измерение.

Динамическая обработка разреженных матриц (Dynamic Sparse Matrix Handling). Инструмент OLAP должен обеспечивать оптимальную обработку разреженных матриц. Скорость доступа должна сохраняться вне зависимости от расположения ячеек данных и быть постоянной величиной для моделей, имеющих разное число измерений и различную разреженность данных.

Поддержка многопользовательского режима (Multi-User Support). Зачастую несколько аналитиков имеют необходимость работать одновременно с одной аналитической моделью или создавать различные модели на основе одних корпоративных данных. Инструмент OLAP должен предоставлять им конкурентный доступ, обеспечивать целостность и защиту данных.

Неограниченная поддержка кроссмерных операций (Unrestricted Cross-dimensional Operations). Вычисления и манипуляция данными по любому числу измерений не должны запрещать или ограничивать любые отношения между ячейками данных. Преобразования, требующие произвольного определения, должны задаваться на функционально полном формульном языке.

Интуитивное манипулирование данными (Intuitive Data Manipulation). Переориентация направлений консолидации, детализация данных в колонках и строках, агрегация и другие манипуляции, свойственные структуре иерархии направлений консолидации, должны выполняться в максимально удобном, естественном и комфортном пользовательском интерфейсе[3].

Гибкий механизм генерации отчетов (Flexible Reporting). Должны поддерживаться различные способы визуализации данных, то есть отчеты должны представляться в любой возможной ориентации.

Неограниченное количество измерений и уровней агрегации (Unlimited Dimensions and Aggregation Levels). Настоятельно рекомендуется допущение в каждом серьезном OLAP инструменте как минимум пятнадцати, а лучше двадцати, измерений в аналитической модели.

Компоненты OLAP-систем

2.1 Сервер. Клиент. Интернет

OLAP позволяет выполнять быстрый и эффективный анализ над большими объемами данных. Данные хранятся в многомерном виде, что наиболее близко отражает естественное состояние реальных бизнес-данных. Кроме того, OLAP предоставляет пользователям возможность быстрее и проще получать сводные данные. С его помощью они могут при необходимости углубляться (drill down) в содержимое этих данных для получения более детализированной информации[4].

OLAP-система состоит из множества компонент. На самом высоком уровне представления система включает в себя источник данных, OLAP-сервер и клиента. Источник данных представляет собой источник, из которого берутся данные для анализа. Данные из источника переносятся или копируются на OLAP-сервер, где они систематизируются и подготавливаются для более быстрого впоследствии формирования ответов на запросы. Клиент - это пользовательский интерфейс к OLAP-серверу. В этом разделе статьи описываются функции каждой компоненты и значение всей системы в целом. Источники. Источником в OLAP-системах является сервер, поставляющий данные для анализа. В зависимости от области использования OLAP-продукта источником может служить Хранилище данных, наследуемая база данных, содержащая общие данные, набор таблиц, объединяющих финансовые данные или любая комбинация перечисленного. Способность OLAP-продукта работать с данными из различных источников очень важна. Требование единого формата или единой базы, в которых бы хранились все исходные данные, не подходит администраторам баз данных. Кроме того, такой подход уменьшает гибкость и мощность OLAP-продукта. Администраторы и пользователи полагают, что OLAP-продукты, обеспечивающие извлечение данных не только из различных, но и из множества источников, оказываются более гибкими и полезными, чем те, что имеют более жесткие требования.

Сервер. Прикладной частью OLAP-системы является OLAP-сервер. Эта составляющая выполняет всю работу (в зависимости от модели системы), и хранит в себе всю информацию, к которой обеспечивается активный доступ. Архитектурой сервера управляют различные концепции. В частности, основной функциональной характеристикой OLAP-продукта является использование для хранения данных многомерной (ММБД, MDDB) либо реляционной (РДБ, RDB) базы данных. Агрегированные/Предварительно агрегированные данные

Быстрая реализация запросов является императивом для OLAP. Это один из базовых принципов OLAP - способность интуитивно манипулировать данными требует быстрого извлечения информации. В целом, чем больше вычислений необходимо произвести, чтобы получить фрагмент информации, тем медленнее происходит отклик. Поэтому, чтобы сохранить маленькое время реализации запросов, фрагменты информации, обращение к которым обычно происходит наиболее часто, но которые при этом требуют вычисления, подвергаются предварительной агрегации. То есть они подсчитываются и затем хранятся в базе данных в качестве новых данных. В качестве примера типа данных, который допустимо рассчитать заранее, можно привести сводные данные - например, показатели продаж по месяцам, кварталам или годам, для которых действительно введенными данными являются ежедневные показатели[5].

Различные поставщики придерживаются различных методов отбора параметров, требующих предварительной агрегации и числа предварительно вычисляемых величин. Подход к агрегации влияет одновременно и на базу данных и на время реализации запросов. Если вычисляется больше величин, вероятность того, что пользователь запросит уже вычисленную величину, возрастает, и поэтому время отклика сократиться, так как не придется запрашивать изначальную величину для вычисления. Однако, если вычислить все возможные величины - это не лучшее решение - в таком случае существенно возрастает размер базы данных, что сделает ее неуправляемой, да и время агрегации будет слишком большим. К тому же, когда в базу данных добавляются числовые значения, или если они изменяются, информация эта должна отражаться на предварительно вычисленных величинах, зависящих от новых данных. Таким образом, и обновление базы может также занять много времени в случае большого числа предварительно вычисляемых величин. Поскольку обычно во время агрегации база данных работает автономно, желательно, чтобы время агрегации было не слишком длительным.

Клиент. Клиент - это как раз то, что используется для представления и манипуляций с данными в базе данных. Клиент может быть и достаточно несложным - в виде таблицы, включающей в себя такие возможности OLAP, как, например, вращение данных (пивотинг) и углубление в данные (дриллинг), и представлять собой специализированное, но такое же простое средство просмотра отчетов или быть таким же мощным инструментом, как созданное на заказ приложение, спроектированное для сложных манипуляций с данными. Интернет является новой формой клиента. Кроме того, он несет на себе печать новых технологий; множество интернет-решений существенно отличаются по своим возможностям в целом и в качестве OLAP-решения - в частности. В данном разделе обсуждаются различные функциональные свойства каждого типа клиентов.

Несмотря на то, что сервер - это как бы "хребет" OLAP-решения, клиент не менее важен. Сервер может обеспечить прочный фундамент для облегчения манипуляций с данными, но если клиент сложен или малофункционален, пользователь не сможет воспользоваться всеми преимуществами мощного сервера. Клиент настолько важен, что множество поставщиков сосредотачивают свои усилия исключительно на разработке клиента. Все, что включается в состав этих приложений, представляет собой стандартный взгляд на интерфейс, заранее определенные функции и структуру, а также быстрые решения для более или менее стандартных ситуаций. Например, популярны финансовые пакеты. Заранее созданные финансовые приложения позволят специалистам использовать привычные финансовые инструменты без необходимости проектировать структуру базы данных или общепринятые формы и отчеты. Инструмент запросов/Генератор отчетов. Инструмент запросов или генератор отчетов предлагает простой доступ к OLAP-данным. Они имеют простой в использовании графический интерфейс и позволяют пользователям создавать отчеты перемещением объектов в отчет методом "drag and drop". Тогда как традиционный генератор отчетов предоставляет пользователю возможность быстро выпускать форматированные отчеты, генераторы отчетов, поддерживающие OLAP, формируют актуальные отчеты. Конечный продукт представляет собой отчет, имеющий возможности углубления в данные до уровня подробностей, вращения (пивотинг) отчетов, поддержки иерархий и др.. Add-Ins (дополнения) электронных таблиц.

Сегодня во многих направлениях бизнеса с помощью электронных таблиц производятся различные формы анализа корпоративных данных. В каком-то смысле это идеальное средство создания отчетов и просмотра данных. Аналитик может создавать макросы, работающие с данными в выбранном направлении, а шаблон может быть спроектирован таким образом, что, когда происходит ввод данных, формулы рассчитывают правильные величины, исключая необходимость неоднократного ввода простых расчетов.

Тем не менее, все это дает в результате "плоский" отчет, что означает, что как только он создан, трудно рассматривать его в различных аспектах. Например, диаграмма отображает информацию за некоторый временной период, - скажем, за месяц. И если некто желает увидеть показатели за день (в противоположность данным за месяц), необходимо будет создать абсолютно новую диаграмму. Предстоит определить новые наборы данных, добавить в диаграмму новые метки и внести множество других простых, но трудоемких изменений. Кроме того, существует ряд областей, в которых могут быть допущены ошибки, что в целом уменьшает надежность. Когда к таблице добавляется OLAP, появляется возможность создавать единственную диаграмму, а затем подвергать ее различным манипуляциям с целью предоставления пользователю необходимой информации, не обременяя себя созданием всех возможных представлений. Интернет в роли клиента. Новым членом семейства OLAP-клиентов является Интернет. Существует масса преимуществ в формировании OLAP-отчетов через Интернет. Наиболее существенным представляется отсутствие необходимости в специализированном программном обеспечении для доступа к информации. Это экономит предприятию кучу времени и денег.

Каждый Интернет-продукт специфичен. Некоторые упрощают создание Web-страниц, но имеют меньшую гибкость. Другие позволяют создавать представления данных, а затем сохранять их как статические HTML-файлы. Все это дает возможность просматривать данные через Интернет, но не более того. Активно манипулировать данными с их помощью невозможно.

Существует и другой тип продуктов - интерактивный и динамический, превращающий такие продукты в полнофункциональные инструменты. Пользователи могут осуществлять углубление в данные, пивотинг, ограничение измерений, и др. Прежде, чем выбрать средство реализации Интернет, важно понять, какие функциональные возможности требуются от Web-решения, а затем определить, какой продукт наилучшим образом воплотит эту функциональность[6].

Приложения. Приложения - это тип клиента, использующий базы данных OLAP. Они идентичны инструментам запросов и генераторам отчетов, описанным выше, но, кроме того, они вносят в продукт более широкие функциональные возможности. Приложение, как правило, обладает большей мощностью, чем инструмент запроса.

Разработка. Обычно поставщики OLAP обеспечивают среду разработки для создания пользователями собственных настроенных приложений. Среда разработки в целом представляет собой графический интерфейс, поддерживающий объектно-ориентированную разработку приложений. К тому же, большинство поставщиков обеспечивают API, который может использоваться для интеграции баз данных OLAP с другими приложениями.

2.2 OLAP - клиенты

OLAP-клиенты со встроенной OLAP-машиной устанавливаются на ПК пользователей. Они не требуют сервера для вычислений, и им присуще нулевое администрирование. Такие клиенты позволяют пользователю настроиться на существующие у него базы данных; как правило, при этом создается словарь, скрывающий физическую структуру данных за ее предметным описанием, понятным специалисту. После этого OLAP-клиент выполняет произвольные запросы и результаты их отображает в OLAP-таблице. В этой таблице, в свою очередь, пользователь может манипулировать данными и получать на экране или на бумаге сотни различных отчетов. OLAP-клиенты, предназначенные для работы с РСУБД, позволяют анализировать уже имеющиеся в корпорации данные, например хранящиеся в БД OLTP[7]. Однако вторым их назначением может быть быстрое и дешевое создание хранилищ или витрин данных — в этом случае программистам организации нужно лишь создать совокупности таблиц типа "звезда" в реляционных БД и процедуры загрузки данных. Наиболее трудоемкая часть работы — написание интерфейсов с многочисленными вариантами пользовательских запросов и отчетов — реализуется в OLAP-клиенте буквально за несколько часов. Конечному же пользователю для освоения такой программы требуется порядка 30 минут. OLAP-клиенты поставляются самими разработчиками баз данных, как многомерных, так и реляционных. Это SAS Corporate Reporter, являющийся почти эталонным по удобству и красоте продуктом, Oracle Discoverer, комплекс программ MS Pivot Services и Pivot Table и др. Многие программы, предназначенные для работы с MS OLAP Services, поставляются в рамках кампании "OLAP в массы", которую проводит корпорация Microsoft. Как правило, они являются улучшенными вариантами Pivot Table и рассчитаны на использование в MS Office или Web-браузере. Это продукты фирм Matryx, Knosys и т. д., благодаря простоте, дешевизне и эффективности приобретшие огромную популярность на Западе.