Методические указания для студентов Москва 2005 удк 681. 3 (стр. 4 из 8)

Рис. 5 Куб c тремя измерениями

Заметим, что, в отличие от измерений, не все значения показателей должны иметь и имеют реальные значения. Например, Менеджер Петров в 1994 г. мог еще не работать в фирме, и в этом случае все значения Показателя Объем продаж за этот год будут иметь неопределенные, “пустые” значения.

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 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).

Значения, "откладываемые" вдоль измерений, называются членами или метками (members). Метки используются как для "разрезания" куба, так и для ограничения (фильтрации) выбираемых данных – когда в измерении, остающемся "неразрезанным", нас интересуют не все значения, а их подмножество, например три города из нескольких десятков. Значения меток отображаются в двумерном представлении куба как заголовки строк и столбцов. Метки могут объединяться в иерархии, состоящие из одного или нескольких уровней (levels). Например, метки измерения "Магазин" (Store) естественно объединяются в иерархию с уровнями:

All (Мир)

Country (Страна)

State (Штат)

City (Город)

Store (Магазин).

В соответствии с уровнями иерархии вычисляются агрегатные значения, например объем продаж для USA (уровень "Country") или для штата California (уровень "State"). В одном измерении можно реализовать более одной иерархии - скажем, для времени: {Год, Квартал, Месяц, День} и {Год, Неделя, День}.

Иерархии в измерениях необходимы для возможности агрегации и детализации значений показателей согласно иерархической структуре.

Существуют следующие типы иерархий:

Сбалансированные (balanced) иерархии, в которых число уровней определено её структурой и неизменно, и каждая ветвь иерархического дерева содержит объекты каждого из уровней. Каждому производителю автомобилей может соответствовать несколько марок автомобилей, а каждой марке – несколько моделей автомобилей, поэтому можно говорить о трёхуровневой иерархии этих объектов. В этом случае на первом уровне иерархии располагаются производители, на втором – марки, а на третьем – модели.
Как нетрудно понять, что для формирования сбалансированной иерархии необходимо наличие связи “один-ко-многим” между объектами менее детального уровня по отношению к объектам более детального уровня. В принципе каждый уровень сбалансированной иерархии можно представить как отдельное простое измерение, но тогда эти измерения окажутся зависимыми, в значит неизбежно повышение разреженности куба.

Несбалансированные (unbalanced) – иерархии, в которых число уровней может быть изменено, и каждая ветвь иерархического дерева может содержать объекты, принадлежащие не всем уровням, только нескольким первым. Необходимо заметить, что все объекты несбалансированной иерархии принадлежат одному типу. Типичный пример несбалансированной иерархии – иерархия типа "начальник – подчиненный", где все объекты имеют один и тот же тип – “Сотрудник”.

Неровные (ragged) – иерархии, в которых число уровней определено её структурой и постоянно, однако в отличие от сбалансированной иерархии некоторые ветви иерархического дерева могут не содержать объекты какого-либо уровня. Иерархии такого вида содержат такие члены, логические "родители" которых не находятся на непосредственно вышестоящем уровне. Типичным примером является географическая иерархия, в которой есть уровни “Страны”, “Штаты ” и “Города”, но при этом в наборе данных имеются страны, не имеющие штатов или регионов между уровнями “Страны” и “Города”.

Агрегатами называют агрегированные по определенным условиям исходные значения показателей. Обычно под агрегацией понимается любая процедура формирования меньшего количества значений (агрегатов) на основании большего количества исходных значений. Заблаговременное формирование и сохранение агрегатов с целью уменьшения времени отклика на пользовательский запрос является основным свойством систем поддержки оперативного анализа. Агрегаты хранятся в явном виде с единственной целью - ускорить выполнение запросов, но требуют существенного увеличения памяти.

В одном из опубликованных стандартных тестов полный подсчет агрегатов для 10 Мб исходных данных потребовал 2,4 Гб, т. е. данные выросли в 240 раз.

Архитектура OLAP-приложений

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

1) 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.

2) Многомерная обработка – средство (язык) формулирования многомерных запросов (традиционный реляционный язык SQL здесь оказывается непригодным) и процессор, умеющий обработать и выполнить такой запрос.

3) 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.

Технические аспекты многомерного хранения данных

Средства OLAP-анализа могут извлекать данные непосредственно из реляционных систем. Такой подход был более привлекательным в те времена, когда OLAP-серверы отсутствовали в прайс-листах ведущих производителей СУБД. Но сегодня и Oracle, и Informix, и Microsoft предлагают полноценные OLAP-серверы, и можно купить (точнее, обратиться с соответствующей просьбой к руководству компании) OLAP-сервер той же марки, что и основной сервер баз данных.

5. OLAP и многомерные базы данных

Термин "OLAP" неразрывно связан с термином "хранилище данных" (Data Warehouse). Приведем определение, сформулированное "отцом-основателем" хранилищ данных Биллом Инмоном: "Хранилище данных – это предметно-ориентированное, привязанное ко времени и неизменяемое собрание данных для поддержки процесса принятия управленческих решений".

Хранилища данных содержат заведомо избыточную информацию, которая и так "живет" в базах или файлах оперативных систем, но позволяют ускорить анализ данных. Задача хранилища - предоставить "сырье" для анализа в одном месте и в простой, понятной структуре. Оперативные данные собираются из различных источников, очищаются, интегрируются и складываются в реляционное хранилище. 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 хранилище. Важнейшим его элементом являются метаданные, т. е. информация о структуре, размещении и трансформации данных. Благодаря им обеспечивается эффективное взаимодействие различных компонентов хранилища.

Создание многомерных баз данных и Аналитические службы SQL Server

OLAP-кубы можно создавать на машине-клиенте, и средства для этого есть, но мы будем рассматривать их создание и обработку на машине-сервере с использованием мощной СУБД Microsoft SQL Server 2000 Enterprise Edition с использованием входящих в ее состав Аналитических Служб (Analytical Services). Серверные OLAP -средства являются промежуточным звеном между хранилищем данных в виде реляционной СУБД и клиентским приложением. Основным компонентом аналитических служб является программа Analysis Server - сервис операционной системы Windows NT/2000/XP. Этот сервер предназначен для создания OLAP-кубов на основе реляционных хранилищ данных, а также для предоставления доступа к ним из клиентских приложений. Для работы с ним необходимо установить аналитические службы Microsoft SQL Server (они входят в комплект поставки Microsoft SQL Server Enterprise Edition, Standard Edition, Developer Edition и Personal Edition) и запустить утилиту Analysis Manager, с помощью которой обычно и создаются многомерные базы данных. Прежде всего следует зарегистрировать в Analysis Manager программу OLAP-сервер (он может находиться как на локальном компьютере, так и на другом компьютере в рамках локальной сети), выбрав пункт Register Server из контекстного меню элемента Analysis Servers в левой части главного окна Analysis Manager. Затем нужно соединиться с OLAP-сервером, выбрав пункт Connect контекстного меню соответствующего элемента.