Adattárházak

Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszékhttps://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/vimiac04

1

Termelés, Szolgáltatás => Adatbázis

Adattárház

Adatbányászat

Adatok kinyerése, transzformálása

Döntés

Modell

Tisztított, feldolgozott

adatok

Nyers adatok

Hasznos információ

Tudás reprezentázió

Adatfeldolgozási folyamat

Motiváció

• Az adattárházak lehetőséget biztosítanak, hogy a termelő és üzleti folyamatokban keletkező adatokból, az üzleti döntések számára releváns információk legyenek kinyerhetők.•

• Hogyan építsünk adattárházat?• Hogyan rendezzük adatainkat?• Hogyan nyerhetünk ki információt?

Eszközök, felhasználók

VégfelhasználóDöntéshozó

Üzleti elemző

Adatelemző

Adatbázisadmin.

Megjelenítési technikákModellek, szabályok, ábrázolás

AdatbányászatGépi tanulás, MI, Számítási Intelligencia

Adat kinyerésStatiasztikai eszközök, Lekérdezések, Jelentések

Adattárházak / Adat piacokOLAP, MDA

Adat forássokPapírok, Fájlok, Személyek, Adatbázis rendszerek, OLTP

Tipikus nagyvállalati adattárház

Logisztika

Termékek

Adattárház

Felhasználók

Pénzügy

Logisztika

Számlázás

Termékek

Felhasználók

Termékek

Felhasználók

SzámlázásPénzügy

Felhasználók Termékek

Adattárház, mint információs környezetInformációs környezet:

• Olyan folyamatok, eszközök tervezése és implementálása, amelyek alkalmasakelemzésekhez és döntéshozatalhoz szükséges teljes, pontos és áttekinthető információk adatokból történő kinyerésére.

• Minden olyan tevékenységet magába foglal, amit egy szervezetnek el kell végeznie, hogy egy adattárházat hozzon létre és üzemeltessen

Adattárház definiálása Döntéstámogató adatbázis, amelyet külön üzemeltetnek a

szervezet működéséhez kapcsolódó adatbázistól Támogató információ feldolgozó egység, mely egy

megbízható, feldolgozott hisztorikus, elemzések céljából összegyűjtött adatokat tartalmaz.

“A data warehouse is a subject-oriented, integrated, time-variant, and nonvolatile collection of data in support of management’s decision-making process.”—W. H. Inmon

Integrátor megközelítés: Kimball modell

Témaorientált

Témakörök köré szervezett, pl. vásárlók, termékek, eladások.

A döntéshozók számára szükséges adatok modellezéséhez és elemzéséhez kötődik, nem a napi működéshez, illetve adatátvitelhez.

Egyszerű és tömör nézetet nyújt a fontos témakörökben, de nem tartalmazza azokat az adatokat, melyek nem fontosak a döntéshozatal szempontjából.

Integrált

Több, különböző jellegű adatforrás integrálásával épül fel Relációs adatbázisok, különálló fájlok, online

adatátviteli források Adattisztítási és adatintegrációs eszközöket alkalmaznak

Amikor az adat bekerük az adattárházba konvertálódik

A konzisztenciát az elnevezési konvenciók, struktúrákbiztosítják a különböző adatforrások között

Idővariáns Az időhorizont sokkal nagyob mint egy operációs

adatbázisban.

Operációs adatbázis: aktuális adatok (pl. az elmúlt nap).

Adattárház: hisztorikus adatok elemzésére(pl., előző 5-10 év)

Minden fontosabb (kulcs) struktúra tartalmaz

Idő elemet (explicit vagy implicit módon)

Nem "illékony"

Fizikailag külön tárolt, a működési környezetből transzformált adatok.

Az üzemvitelből adódó adatfissítés nem fordul elő azadattárházban:

Nincs szükség online adatátvitelre, adat mentésre ésvisszatöltésre, illetve adatkonzisztenciát biztosítóeljárásokra

Csak két adatkezelési mód megengedett:

adattárház töltése és adatok lekérdezése

Adattárház vagy elosztott adatbázisok Hagyományos elosztott, heterogén adatbázis integráció:

Wrapper-ek/mediator-ok a heterogén adatbázisok felé illesztve Lekérdezés alapú megközelítésmód

Kliens oldali lekérdezés hatására a mediátorban tárolt metainformációk alapján a kérés a heterogén adatbázis egy-egyeleméhez kapcsolódó lekérdezésre fordítódik, és az egyes lekérdezések eredményei egy egységes válasszá integráljuk.

Adattárház: feltöltés-alapú integritás biztosítása, nagyteljesítményű adatelérés: A heterogén adatforrások információi a lekérdezés előtt

kerülnek integrálásra és tárolódnak a központi szerveren Direkt lekérdezésekhez és elemzések

Adattárház alkalmazásai Jelentések

a szervezeten belüli információ megosztás hatékony eszköze automatikus riportok (web, e-mail, intranet) egyedi jelentések (infohoz való hozzáférés, 

munkamegosztás, teljes áttekintés) Statisztika, elemzések

Klasszikus statisztikai eszközök Gépi tanulás alapú adatelemzés Valószínűségi modellek építése

Minta (szignifikáns) Összefüggések, modellek kinyerése

adatbányászat „big data”

Végfelhasználók igényei• Tipikus felhasználók

• Alkalmi felhasználók („non-frequent user”)• nem érdekli őket az adattárház teljes tartalma,

csak időről időre információra van szükségük

• Előre definiált, friss jelentéseket igénylő felhasználók• Speciális érdeklődés, rendszeres időközönként

• Dinamikus, ad hoc lekérdezéseket igénylő felhasználó• Üzleti elemző

• Rendszerfejlesztő, üzemeltető felhasználó• Számára minden adat fontos• Specializált adatpiacokat alakítanak ki

OLAP (On‐line Analytical Processing)• OLAP ötletét E.F. Codd, a relációs adatbázisok atyja 1993-ban egy

Computerworld cikkben vetette fel.• Codd szerint a tranzakciós adatbázisok (OLTP) elérték

alkalmazásaiknak határait. Igen nagy számítási igény szükségesáltalános felépítésű nagy méretű adatbázisok lekérdezéseihez. Az operációs adatok sok esetben nem elégségesek a döntéstámogatáshoz, historikus adatok elemzése szükséges.

• Relációs adatbázis képes válaszolni tipikus kérdésekre,mint „Mi?, Mit?”

• Az adattárházak a múltbeli adatok összesítésével képesek válaszolni olyan kérdésekre, mint„Mi volt a teljes forgalom az előző öt évben a második negyedévben ?”

• Az OLAP célja az adatok elemzése és megértése alapján a„Miért?, Mi lenne ha?” típusú kérdések megválaszolása.

OLAP• OLAP és az adattárház komplementer fogalmak

• az adattárház tárolja és menedzseli,

• az OLAP stratégiai információvá alakítja az adatokat

• Az OLAP alapötlete, hogy a menedzserek képesek legyenek az adatok többdimenziót figyelembe vevő vizsgálatára, térbeli, időbeli eloszlásoknak az elemzésére.

• Felhasználási területe:

• Piac szegmentálás, marketing kutatás, termelés tervezés, ...

• A megoldás a sok dimenziós adatbázis („multi‐dimensional”).

Codd 12 szabálya• 1. Többdimenziós áttekintés• 2. Felhasználó számára egyszerű elérhetőség• 3. Folyamatos elérhetőség• 4. Konzisztens naplók készítése• 5. Kliens‐szerver architektúra• 6. Általános dimenzió aggregálás• 7. Dinamikus ritka mátrixok kezelése• 8. Multi‐user támogatás• 9. „Cross‐dimensional operations”• 10. Intuitív adatkezelés• 11. Rugalmas jelentések

• 12. Korláttalan dimenziók

OLTP vs. OLAP

OLTPadatrögzítő, informatikusnapról napra történőalkalmazás-orientáltaktuális, naprakész, részletes, relációkba foglalt izoláltIsmétlődőírás/olvasás

OLAPadatelemződöntés támogatástémakör-orientált történeti,összesített, többdimenziósintegrált, konszolidált ad-hocsok lekérdezés

FelhasználóFunkcióTervezésAdat

HasználatElérés

Munka egységeElért rekordokszámaFelhasználók számaMéretMérték

rövid, egyszerű tranzakcióktizes nagyságrend

komplex lekérdezésmilliós nagyságrend

ezres nagyságrend100MB-GB

Tranzakciós idő

százas nagyságrend100GB-TB

Lekédzezési idő

Mikor hasznláljunk OLAP‐ot ?

Az adatok iránti igény nem tranzakciós hanem elemző jellegű

Az elemzett információ nem elérhető közvetlen módon

Jelentős számítási (pl. összesítés) igény

Főként numerikus adatok

Az elemek, melyek az adatpontokat definiálják nem változnak időben

Miért külön adattárház?• Mindkét megközelítés jó teljesítményt nyújthat:

• Relációs adatbázis OLTP-re hangolva: közvetlen elérésimódok, indexelés

• Adattárház—OLAP-ra hangolva: összetett OLAP lekérdezések, többdimenziós nézet, konszolidáció.

• Különböző funkciók és különböző adatok:• Hiányzó adatok: döntéstámogató rendszer olyan historikus

adatokat kíván, melyeket egy tipikus relációs adatbázisban nem tárolnak

• Adat konszolidáció: pl. heterogén forrásból származó adatok aggregálása, összegzése

• Adat minőség: Különböző adatforrások általában inkonzisztens reprezentációt alkalmaznak, pl. eltérő idő formátumok

Dimenzionális adatmodellezés

Koncepciók I.

• Tények• Kapcsolódó adategységek• üzleti egységet, tranzakciót, eseményt jelöl• Kulcs tábla, melyben numerikus adatok szerepelnek

Dimenzionális adatmodellezés

Koncepciók II.• Dimenziók

• A tények hátterét definiálják (pl. idő, hely, üzletkötő …)• Gyakran nem numerikus egységek

• pl. termék márka, alkalmazott• Diagrammokban tengelyként ábrázolva

• Paraméterek, melyekre OLAP elemzést szeretnénkvégezni

• pl. Idő, Hely, Vásárló ...

lnformáció granuláltság, hierarchikus dimenziók

Record

Alacsonygranuláltság- sok részlet

Nagygranuláltság

- kevés részlet

elemek perc berendezés

termék

termék típus

nap

üzleti év

üzem

gyár

Operátor

Üzemvezető

Menedzsment

Koncepciók hierarchiája:Dimenziók hirearhiája

összes

Európa Észak-Amerika

... MexicoKanadaBelgiumMagyarország...

Vancouver ...

Belvárosi fiók

...

Budapest ...

összes

kontinens

kirendeltségek

ország

Torontováros

Dimenzionális adatmodellezés

Koncepciók III.

• Mértékek (Measures)• Egy tény numerikus értéke (pl. eladott mennyiség)

Koncepcionális modellezés

• Csillag diagram: Középen ténytábla körülötte dimenzió táblák

• Hópihe séma:A csillag séma finomítása ahol a dimenziók

hierarchiája normált, azaz kisebb dimenzió táblákra osztott

• Tény konstellációk: Több ténytábla, csillag sémák összessége,

ezért galaxis sémának is hívják

• Adatkocka

Példa csillag sémára

Eladások tény tábla

Measures

timetime_key dayday_of_the_week monthquarter year

locationlocation_key streetcity province_or_streetcountry

itemitem_key item_name brandtype supplier_type

branchbranch_key branch_name branch_type

time_key

item_key

branch_key

location_key

units_sold

dollars_sold

avg_sales

Példa hópihe sémára

location_key street city_key

location

Eladások tény tábla

time_key

item_keybranch_key

location_key

units_sold

dollars_sold

avg_salesMeasures

city_keycityprovince_or_streetcountry

city

timetime_key dayday_of_the_week monthquarter year

itemitem_key item_name brandtype supplier_key

branchbranch_key branch_name branch_type

supplier

supplier_key supplier_type

Példa galaxis sémára

location_keystreetcityprovince_or_street country

location

Eladások ténytábla

Measures

item_keyitem_namebrandtype supplier_type

itemSzállítások ténytábla

time_key

item_key

shipper_key

from_location

to_location

dollars_cost

units_shipped

shipper_key shipper_namelocation_key shipper_type

shipper

time_key

item_keybranch_key

location_key

units_sold

dollars_sold

avg_sales

time

time_keydayday_of_the_weekmonthquarter year

branchbranch_key branch_name branch_type

Többdimenziós adatkocka

• Az eladási mennyiség a termék, az idő, és a régió függvényében

Dimenziók: Termék, Hely, IdőEgységek hierarhikus összegzése

Term

ék

Idő

Iparág Régió Év

Kategória Ország Hónap

Termék Város Hét

Hivatal Nap

Példa adatkockáraTeljes éves TV eladás

Ors

zág

Idő2 .n.év 3 .n.évTV

PCVideó

sum

sum1.n.év 4 .n.évU.S.A

Kanada

Mexikó

sum

Tábláktól az adatkockáig• Az adatkocka, pl. eladások, lehetővé teszi, hogy több szempont figyelembevételével vizsgáljuk azadatokat:

• Dimenzió táblák, (pl. árucikk, cikk_név, márkanév, típus),vagy idő(nap, hét, hónap, negyedév, év)

• Tény táblamértékeket (pl. dollár_forgalom) és kapcsolatokat tartalmaz melyek a dimenzió táblákhozkapcsolódnak

Az adattárház felépítése

• Három tipikus komponens• Maga az adattárház, az adatokkal és a hozzá

tartozó szoftverrel,• Adatgyűtjő (back end) szoftver, mely a külső

forrásokból származó adatokat konszolidálja, összegzi és betölti az adattárházba,

• Kliens oldali (front-end) szoftver, mely lehetővé teszi a felhasználóknak, hogy elérjék és elemezzék az adatokat.

Adattárház struktúrális elemei

Adat források Operációs adatbázisok Hisztorikus adatok Külső adatforrások (internet) Különböző platformokon Különböző módon strukturált

információk Nem strukturált források: képek,

multimédia, szöveg

Exktrakció/propagálás

Különböző forrásokból az adatok gyűjtése

Szelektív folyamat (releváns információk)

Pulling (kinyerés) Pushing (propagáció)

Transzformáció/tisztítás• Kódolások feloldása

• kódtáblák• pl. 1: férfi, 2 nő …

• rejtett üzleti szabályok feloldása

• pl. számlaszám, vonalkódfelépítése

• Tisztítás (cleaning)• hiányzó értékek pótlása• normalizálás (pl. egységes 

deviza használata)• konzisztens reprezentáció

Finomítás

Rész adathalmazok generálása Számított mezők Információk összegzése 

(summarize) granuláltság szintjét 

változtatja pl. heti adatok

Információk aggregálása Csoportok generálása pl. termékcsoportok

Adatpiac

Speciális döntésekhez szabottelőzetesen aggregált információk

Végfelhasználók hozzáférésének kontrollálása

Speciális információkhoz gyors hozzáférés

Végfelhasználók fele interfész

Adattárház kiegészítése Egyensúly az adatpiacok száma

és specializáltsága(egyszerűsége) között

Meta‐adatok

Kategóriák segítségévelstruktúrálja az adattárházadatait

Téma orientált: a valósegyedek absztrakciói

Definiálja, hogy kell atranszformált adatotinterpretálni, pl. dátum 5/9/99

A válaszidő becslésére alkalmas,pl. rekordok száma

A származtatottváltozók számításának leírása