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多维数据模型与OLAP实现



    近年来,随着网络技术和数理分析在银行业中的广泛应用,西方商业银行开始广泛采用人口地理统计理论,运用数据挖掘及商业智能等技术,处理跨时间、跨空间、跨部门、跨产品的银行数据集成分析问题,逐步实现了金融产品和金融服务的交叉销售,以保留住优质客户。目前,国内多家银行也不同程度地开展了商业智能(BI,Business Intelligence)系统建设,从信息管理角度看,商业智能是决策支持技术在商业银行应用的进一步发展和完善,OLAP(On-Line Analytical Processing,联机分析处理)技术是BI的关键技术之一。自1970年第一个OLAP的雏形工具Express发布,到1993年关系数据库之父、数学家与计算机科学家爱德华·库德(E.F.Codd)系统地提出OLAP概念和OLAP的12条准则,OLAP技术和产品有了很大的发展,其内涵和外延也发生了一定的变化。但其本质特征仍然是:以多维数据模型为基础组织和存储数据,满足对用户请求的快速响应和交互式操作。

    OLAP技术在国内兴起和发展的过程中,人们对某些基本概念还有不同的理解。比如,OLAP与多维数据模型的关系,多维数据模型与多维数据库(MDD,Multi Dimensional Database)的关系,MOLAP(Multidimensional OLAP,关系联机分析处理)和HOLAP(Hybrid OLAP,混合联机分析处理)间的差异,多维数据库与多维联机分析处理是不是完全一致等问题,还有待于进一步澄清。

一、多维数据模型及相关概念

    数据模型一般有两个层次:概念层(逻辑层)和物理层。逻辑数据模型是从概念角度抽象出现实世界的内在规律,如业务流程、数据架构等;物理数据模型则侧重于特定环境下的具体实现,如效率、安全性等。

    多维数据模型是一个逻辑概念,该模型主要解决如何对大量数据进行快速查询和多角度展示,以便得出有利于管理决策的信息和知识。多维数据模型的应用领域主要有数据仓库、OLAP和数据挖掘3个方面,其中,多维结构是OLAP的核心。

    多维数据模型通过引入维、维分层和度量等概念,将信息在概念上视为一个立方体。图1表示了一个数据立方体。


图1 一个数据立方体


    1. 立方体:用三维或更多的维数描述一个对象,每个维彼此垂直。数据的度量值发生在维的交叉点上,数据空间的各个部分都有相同的维属性。

    2. 维:是人们观察数据的特定角度,是考虑问题时的一类属性,属性的集合构成一个维(如时间维、机构维等)。

    3. 维分层:同一维度还可以存在细节程度不同的各个描述方面(如时间维可包括年、季度、月份、旬和日期等)。

    4. 维属性:维的一个取值,是数据项在某维中位置的描述(例如“某年某月某日”是在时间维上位置的描述)。

    5. 度量:立方体中的单元格,用以存放数据。

    OLAP的基本多维分析操作有钻取(Roll up,Drill down)、切片(Slice)、切块(Dice)及旋转(Pivot)等。

    钻取包含向下钻取和向上钻取(上卷)操作,钻取的深度与维所划分的层次相对应。上卷操作通过维规约,在数据立方体上进行聚集;下钻操作是上卷操作的逆操作,由不太详细的数据到更详细的数据。

    切片和切块是在一部分维上选定值后,度量数据在剩余维上的分布。在多维数据结构中,按照二维、二维进行切块可得到所需数据,如在“机构、产品、时间”三维立方体中进行切块和切片,可得到各城市、各产品的销售情况。

    旋转(转轴)是变换维的方向,即在表格中重新安排维的放置(如行列互换),通过旋转得到不同视角的数据。

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