Довольно давно являюсь обитателем Хабра, но так и не доводилось читать статьи на тему многомерных кубов, OLAP и MDX, хотя тема очень интересная и с каждым днем становится все более актуальной.
Не секрет, что за тот небольшой промежуток времени развития баз данных, электронного учета и онлайн систем, самих данных накопилось очень много. Теперь же интерес также представляет полноценный анализ архивов, а возможно и попытка прогнозирования ситуаций для подобных моделей в будущем.
С другой стороны, большие компании даже за несколько лет, месяцев или даже недель могут накапливать настолько большие массивы данных, что даже их элементарный анализ требует неординарных подходов и жестких аппаратных требований. Такими могут быть системы обработки банковских транзакций, биржевые агенты, телефонные операторы и т.д.
Думаю, всем хорошо известны 2 разных подхода построения дизайна баз данных: OLTP и OLAP. Первый подход (Online Transaction Processing - обработка транзакций в реальном времени) рассчитан на эффективный сбор данных в реальном времени, второй же (Online Analytical Processing – аналитическая обработка в реальном времени) нацелен именно на выборку и обработку данных максимально эффективным способом.

Давайте рассмотрим основные возможности современных OLAP кубов, и какие задачи они решают (за основу взяты Analysis Services 2005/2008):

• быстрый доступ к данным
• преагрегация
• иерархии
• работа с временем
• язык доступа к многомерным данным
• KPI (Key Performance Indicators)
• дата майнинг
• многоуровневое кэширование
• поддержка мультиязычности

Итак, рассмотрим возможности OLAP кубов немного подробнее.

Немного подробнее о возможностях

Быстрый доступ к данным
Собственно быстрый доступ к данным, независимо от размеров массива, и является основой OLAP систем. Так как основной упор именно на этом, хранилище данных обычно строится по принципам, отличным от принципов реляционных баз данных.
Здесь, время на выборку простых данных измеряется в долях секунды, а запрос, превышающий несколько секунд, скорее всего, требует оптимизации.

Преагрегация
Кроме быстрой выборки существующих данных, также предоставляется возможность преагрегировать «наиболее вероятно-используемые» значения. Например, если мы имеем ежедневные записи о продажах какого-то товара, система может преагрегировать нам также месячные и квартальные суммы продаж, а значит, если мы запросим данные помесячно или поквартально, система нам мгновенно выдаст результат. Почему же преагрегация происходит не всегда – потому, что теоретически возможных комбинаций товаров/времени/и т.д. может быть огромное количество, а значит, нужно иметь четкие правила для каких элементов агрегация будет построена, а для каких нет. Вообще тема учета этих правил и собственно непосредственного дизайна агрегаций довольно обширна и сама по себе заслуживает отдельную статью.

Иерархии
Закономерно, что анализируя данные и строя конечные отчеты, возникает потребность учитывать то, что месяцы состоят из дней, а сами образуют кварталы, а города входят в области, которые в свою очередь являются частью регионов или стран. Хорошая новость то, что OLAP кубы изначально рассматривают данные с точки зрения иерархий и взаимоотношений с другими параметрам одной и той же сущности, так что построение и использования иерархией в кубах – дело очень простое.

Работа с временем
Так как в основном анализ данных происходит на временных участках, именно времени в OLAP системах выделено особое значение, а значит, просто определив для системы, где у нас тут время, в дальнейшем можно с легкостью пользоваться функциями типа Year To Date, Month To Date (период от начала года/месяца и до текущей даты), Parallel Period (в этот же день или месяц, но в прошлом году) и т.п.

Язык доступа к многомерным данным
MDX (Multidimensional Expressions) - язык запросов для простого и эффективного доступа к многомерным структурам данных. И этим все сказано – внизу будет несколько примеров.

Key Performance Indicators (KPI)
Ключевые показатели эффективности - это финансовая и нефинансовая система оценки, которая помогает организации определить достижение стратегических целей. Ключевые показатели эффективности могут быть достаточно просто определены в OLAP системах и использоваться в отчетах.

Дата майнинг
Интеллектуальный анализ данных (Data Mining) - по сути, выявление скрытых закономерностей или взаимосвязей между переменными в больших массивах данных.
Английский термин «Data Mining» не имеет однозначного перевода на русский язык (добыча данных, вскрытие данных, информационная проходка, извлечение данных/информации) поэтому в большинстве случаев используется в оригинале. Наиболее удачным непрямым переводом считается термин «интеллектуальный анализ данных» (ИАД). Впрочем, это отдельная, не менее интересная тема для рассмотрения.

Многоуровневое кэширование
Собственно для обеспечения наиболее высокой скорости доступа к данным, кроме хитрых структур данных и преагрегаций, OLAP системы поддерживают многоуровневое кэширование. Кроме кэширования простых запросов, также кэшируются части вычитанных из хранилища данных, агрегированные значения, вычисленные значения. Таким образом, чем дольше работаешь с OLAP кубом, тем быстрее он, по сути, начинает работать. Также существует понятие «разогрев кэша» - операция, подготавливающая OLAP систему к работе с конкретными отчетами, запросами или всем вместе взятым.

Поддержка мультиязычности
Да-да-да. Как минимум Analysis Services 2005/2008 (правда, Enterprise Edition) нативно поддерживают мультиязычность. Достаточно привести перевод строковых параметров ваших данных, и клиенту, указавшему свой язык, будут приходить локализированные данные.

Многомерные кубы

Так что же все-таки эти многомерные кубы?
Представим себе 3-х мерное пространство, у которого по осям Время, Товары и Покупатели.
Точка в таком пространстве будет задавать факт того, что кто-то из покупателей в каком-то месяце купил какой-то конкретный товар.

Фактически, плоскость (или множество всех таких точек) и будет являться кубом, а, соответственно, Время, Товары и Покупатели – его измерениями.
Представить (и нарисовать) четырехмерный и более куб немного сложнее, но суть от этого не меняется, а главное, для OLAP систем совершенно неважно в скольких измерениях вы будете работать (в разумных пределах, конечно).

Немного MDX

Итак, в чем же прелесть MDX – скорее всего в том, что описывать нужно не то как мы хотим выбрать данные, а что именно мы хотим.
Например,

SELECT
{ . } ON COLUMNS,
{ ., . } ON ROWS
FROM
WHERE (., .)

Что означает – хочу количество iPhone-ов, проданных в июне и июле в Мозамбике.
При этом я описываю какие именно данные я хочу и как именно я хочу их увидеть в отчете.
Красиво, не правда ли?

А вот чуть посложнее:

WITH MEMBER AverageSpend AS
. / .
SELECT
{ AverageSpend } ON COLUMNS,
{ .., .. } ON ROWS
FROM
WHERE (.)

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter .

Фактически, вначале определяем формулу подсчета «среднего размера покупки» и пытаемся сравнить – кто же (какой пол), за один заход в магазин Apple, тратит больше денег.

Сам язык чрезвычайно интересен и для изучения и для использования, и, пожалуй, заслуживает немало обсуждений.

Заключение

На самом деле, данная статья очень мало покрывает даже базовых понятий, я бы назвал ее «appetizer» - возможность заинтересовать хабра-сообщество данной тематикой и развивать ее дальше. Что же касается развития – тут огромное непаханое поле, а я буду рад ответить на все интересующие вопросы.

P.S. Это мой первый пост об OLAP и первая публикацию на Хабре - буду очень признателен за конструктивный фидбек.
Update: Перенес в SQL, перенесу в OLAP как только разрешат создавать новые блоги.

Теги: Добавить метки

Механизм OLAP является на сегодня одним из популярных методов анализа данных. Есть два основных подхода к решению этой задачи. Первый из них называется Multidimensional OLAP (MOLAP) – реализация механизма при помощи многомерной базы данных на стороне сервера, а второй Relational OLAP (ROLAP) – построение кубов "на лету" на основе SQL запросов к реляционной СУБД. Каждый из этих подходов имеет свои плюсы и минусы. Их сравнительный анализ выходит за рамки этой статьи. Мы же опишем нашу реализацию ядра настольного ROLAP модуля.

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

В Интернете и прессе можно найти много информации об OLAP системах, но практически нигде не сказано о том, как это устроено внутри. Поэтому решение большинства проблем нам давалось методом проб и ошибок.

Схема работы

Общую схему работы настольной OLAP системы можно представить следующим образом:

Алгоритм работы следующий:

1. Получение данных в виде плоской таблицы или результата выполнения SQL запроса.
2. Кэширование данных и преобразование их к многомерному кубу.
3. Отображение построенного куба при помощи кросс-таблицы или диаграммы и т.п. В общем случае, к одному кубу может быть подключено произвольное количество отображений.

Рассмотрим как подобная система может быть устроена внутри. Начнем мы это с той стороны, которую можно посмотреть и пощупать, то есть с отображений.

Отображения, используемые в OLAP системах, чаще всего бывают двух видов – кросс-таблицы и диаграммы. Рассмотрим кросс-таблицу, которая является основным и наиболее распространенным способом отображения куба.

Кросс-таблица

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

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

Заполняя матрицу с фактами, мы должны действовать следующим образом:

• На основании данных об измерениях определить координаты добавляемого элемента в матрице.
• Определить координаты столбцов и строк итогов, на которые влияет добавляемый элемент.
• Добавить элемент в матрицу и соответствующие столбцы и строки итогов.

При этом нужно отметить то, что полученная матрица будет сильно разреженной, почему ее организация в виде двумерного массива (вариант, лежащий на поверхности) не только нерациональна, но, скорее всего, и невозможна в связи с большой размерностью этой матрицы, для хранения которой не хватит никакого объема оперативной памяти. Например, если наш куб содержит информацию о продажах за один год, и если в нем будет всего 3 измерения – Клиенты (250), Продукты (500) и Дата (365), то мы получим матрицу фактов следующих размеров:

Кол-во элементов = 250 х 500 х 365 = 45 625 000

И это при том, что заполненных элементов в матрице может быть всего несколько тысяч. Причем, чем больше количество измерений, тем более разреженной будет матрица.

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

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

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

Подготовка данных

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

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

Библиотека компонентов CubeBase

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

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

Сравнение производительности

Данный набор компонент показал намного более высокое быстродействие, чем Decision Cube. Так на наборе из 45 тыс. записей компоненты Decision Cube потребовали 8 мин. на построение сводной таблицы. CubeBase осуществил загрузку данных за 7сек. и построение сводной таблицы за 4 сек. При тестировании на 700 тыс. записей Decision Cube мы не дождались отклика в течение 30 минут, после чего сняли задачу. CubeBase осуществил загрузку данных за 45 сек. и построение куба за 15 сек.

На объемах данных в тысячи записей CubeBase отрабатывал в десятки раз быстрее Decision Cube. На таблицах в сотни тысяч записей – в сотни раз быстрее. А высокая производительность – один из самых важных показателей OLAP систем.

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

Возможно, для кого-то использование OLAP-технологии (On-line Analytic Processing) при построении отчетности покажется какой-то экзотикой, поэтому применение OLAP-КУБа для них вовсе не является одним из важнейших требований при автоматизации бюджетирования и управленческого учета .

На самом деле очень удобно пользоваться многомерным КУБом при работе с управленческой отчетностью. При разработке форматов бюджетов можно столкнуться с проблемой многовариантности форм (подробнее об этом можно прочитать в Книге 8 "Технология постановки бюджетирования в компании" и в книге "Постановка и автоматизация управленческого учета").

Это связано с тем, что для эффективного управления компанией требуется все более детализированная управленческая отчетность. То есть в системе используется все больше различных аналитических срезов (в информационных системах аналитики определяются набором справочников).

Естественно, это приводит к тому, что руководители хотят получать отчетность во всех интересующих их аналитических срезах. А это значит, что отчеты нужно как-то заставить «дышать». Иными словами можно сказать, что в данном случае речь идет о том, что по смыслу один и тот же отчет должен предоставлять информацию в различных аналитических разрезах. Поэтому статичные отчеты уже не устраивают многих современных руководителей. Им нужна динамика, которую может дать многомерный КУБ.

Таким образом, OLAP-технология уже сейчас стала обязательным элементом в современных и перспективных информационных системах. Поэтому при выборе программного продукта нужно обращать внимание на то, используется ли в нем OLAP-технология.

Причем нужно уметь отличать настоящие КУБы от имитации. Одной из таких имитаций являются сводные таблицы в MS Excel. Да, этот инструмент похож на КУБ, но на самом деле таковым не является, поскольку это статические, а не динамические таблицы. Кроме того, в них гораздо хуже реализована возможность построения отчетов, использующих элементы из иерархических справочников.

Для подтверждения актуальности использования КУБа при построении управленческой отчетности можно привести простейший пример с бюджетом продаж. В рассматриваемом примере для компании актуальными являются следующие аналитические срезы: продукты, филиалы и каналы сбыта. Если для компании важны эти три аналитики, то бюджет (или отчет) продаж можно выводить в нескольких вариантах.

Следует отметить, что если создавать строки бюджетов на основе трех аналитических срезов (как в рассматриваемом примере), это позволяет создавать достаточно сложные бюджетные модели и составлять детализированные отчеты с использованием КУБа.

Например, бюджет продаж можно составлять с использованием только одной аналитики (справочника). Пример бюджета продаж, построенного на основе одной аналитики "Продукты" представлен на рисунке 1 .

Рис. 1. Пример бюджета продаж, построенного на основе одной аналитики "Продукты" в OLAP-КУБе

Этот же бюджет продаж можно составлять с использованием двух аналитик (справочников). Пример бюджета продаж, построенного на основе двух аналитик "Продукты" и "Филиалы" представлен на рисунке 2 .

Рис. 2. Пример бюджета продаж, построенного на основе двух аналитик "Продукты" и "Филиалы" в OLAP-КУБе программного комплекса "ИНТЕГРАЛ"

.

Если есть необходимость строить более детальные отчеты, то можно тот же бюджет продаж составлять с использованием трех аналитик (справочников). Пример бюджета продаж, построенного на основе трех аналитик "Продукты", "Филиалы" и "Каналы сбыта" представлен на рисунке 3 .

Рис. 3. Пример бюджета продаж, построенного на основе трех аналитик "Продукты", "Филиалы" и "Каналы сбыта" в OLAP-КУБе программного комплекса "ИНТЕГРАЛ"

Нужно напомнить о том, что КУБ, используемый для формирования отчетов, позволяет выводить данные в различной последовательности. На рисунке 3 бюджет продаж сначала "разворачивается" по продуктам, затем по филиалам, а потом по каналам сбыта.

Те же самые данные можно представить в другой последовательности. На рисунке 4 тот же самый бюджет продаж "разворачивается" сначала по продуктам, затем по каналам сбыта, а потом по филиалам.

Рис. 4. Пример бюджета продаж, построенного на основе трех аналитик "Продукты", "Каналы сбыта" и "Филиалы" в OLAP-КУБе программного комплекса "ИНТЕГРАЛ"

На рисунке 5 тот же самый бюджет продаж "разворачивается" сначала по филиалам, затем по продуктам, а потом по каналам сбыта.

Рис. 5. Пример бюджета продаж, построенного на основе трех аналитик "Филиалы", "Продукты" и "Каналы сбыта" в OLAP-КУБепрограммного комплекса "ИНТЕГРАЛ"

На самом деле это не все возможные варианты вывода бюджета продаж.

Кроме того, нужно обратить внимание на то, что КУБ позволяет работать с иерархической структурой справочников. В представленных примерах иерархическими справочниками являются "Продукты" и "Каналы сбыта".

С точки зрения пользователя он в данном примере получает несколько управленческих отчетов (см. Рис. 1-5 ), а с точки зрения настроек в программном продукте – это один отчет. Просто с помощью КУБа его можно просматривать несколькими способами.

Естественно, что на практике возможно очень большое количество вариантов вывода различных управленческих отчетов, если их статьи строятся на одной или нескольких аналитиках. А уж сам набор аналитик зависит от потребности пользователей в детализации. Правда, при этом не следует забывать, что, с одной стороны, чем больше аналитик, тем более детализированные отчеты можно строить. Но, с другой стороны, значит, и финансовая модель бюджетирования будет более сложной. В любом случае при наличии КУБа компания будет иметь возможность просмотра необходимой отчетности в различных вариантах, в соответствии с интересующими аналитическими разрезами.

Необходимо упомянуть еще о нескольких возможностях OLAP-КУБа.

В многомерном иерархическом OLAP-КУБе есть несколько измерений: тип строки, дата, строки, справочник 1, справочник 2 и справочник 3 (см. Рис. 6 ). Естественно, в отчет выводится столько кнопок со справочниками, сколько есть в строке бюджета, содержащей максимальное количество справочников. Если ни в одной строке бюджета нет ни одного справочника, то в отчете не будет ни одной кнопки со справочниками.

Изначально OLAP-КУБ строится по всем измерениям. По умолчанию при первоначальном построении отчета измерения расположены именно в тех областях, как показано на рисунке 6 . То есть такое измерение, как «Дата», располагается в области вертикальных измерений (измерения в области столбцов), измерения «Строки», «Справочник 1», «Справочник 2» и «Справочник 3» – в области горизонтальных измерений (измерения в области строк), а измерение «Тип строки» – в области «нераскрываемых» измерений (измерения в страничной области). Если измерение находится в последней области, то данные в отчете не будут «раскрываться» по этому измерению.

Каждое из этих измерений можно поместить в любую из трех областей. После переноса измерений отчет мгновенно перестраивается в соответствии с новой конфигурацией измерений. Например, можно поменять местами дату и строки со справочниками. Или можно в вертикальную область измерений перенести один из справочников (см. Рис. 7 ). Иными словами, отчет в OLAP-КУБе можно «крутить» и выбирать тот вариант вывода отчета, который является наиболее удобным для пользователя.

Рис. 7. Пример перестройки отчета после изменения конфигурации измерений программного комплекса "ИНТЕГРАЛ"

Конфигурацию измерений можно менять либо в основной форме КУБа, либо в редакторе карты изменений (см. Рис. 8 ). В этом редакторе также можно мышкой перетаскивать измерения из одной области в другую. Помимо этого, можно менять местами измерения в одной области.

Кроме того, в этой же форме можно настраивать некоторые параметры измерений. По каждому измерению можно настраивать расположение итогов, порядок сортировки элементов и названия элементов (см. Рис. 8 ). Также можно задавать, какое название элементов выводить в отчет: сокращенное (Name) или полное (FullName).

Рис. 8. Редактор карты измерений программного комплекса "ИНТЕГРАЛ"

Редактировать параметры измерений можно непосредственно в каждом из них (см. Рис. 9 ). Для этого нужно нажать на пиктограмму, расположенную на кнопке рядом с названием измерения.

Рис. 9. Пример редактирования справочника 1 Продукты и услуги в

С помощью этого редактора можно выбирать элементы, которые нужно показывать в отчете. По умолчанию в отчет выводятся все элементы, но при необходимости часть элементов или папок можно не показывать. Например, если нужно выводить в отчет только одну продуктовую группу, то у всех остальных необходимо убрать галочки в редакторе измерений. После чего в отчете будет только одна продуктовая группа (см. Рис. 10 ).

Также в этом редакторе можно сортировать элементы. Кроме того, элементы можно перегруппировывать различными способами. После такой перегруппировки отчет мгновенно перестраивается.

Рис. 10. Пример вывода в отчете только одной продуктовой группы (папки) в программном комплексе "ИНТЕГРАЛ"

В редакторе измерения можно оперативно создавать свои группы, перетаскивать туда элементы из справочников и т.д. По умолчанию автоматически создается только группа «Прочие», но можно создавать и другие группы. Таким образом, с помощью редактора измерений можно настраивать, какие элементы справочников и в каком порядке нужно выводить в отчет.

Следует отметить, что все такие перегруппировки не записываются. То есть после закрытия отчета или после его перерасчета в отчет будут выводиться все справочники в соответствии с настроенной методикой.

На самом деле все такие изменения можно было сделать изначально при настройке строк.

Например, с помощью ограничений также можно задавать, какие элементы или группы справочников нужно выводить в отчет, а какие – нет.

Примечание : более подробно тема данной статьи рассматривается на семинарах-практикумах "Бюджетное управление предприятием" и "Постановка и автоматизация управленческого учета" , которые проводит автор данной статьи - Александр Карпов .

Если пользователю практически регулярно нужно выводить в отчет только определенные элементы или папки справочников, то подобные настройки лучше заранее сделать при создании строк отчетов. Если же для пользователя важны различные комбинации элементов справочников в отчетах, тогда при настройке методики никакие ограничения ставить не нужно. Все такие ограничения можно будет оперативно настраивать с помощью редактора измерения.

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