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1、浙江大学城市学院 周苏 教授,4.1 数据库技术基础 4.2 数据仓库与数据挖掘 4.3 数据存储解决方案,4.2 数据仓库与数据挖掘 1992年，“数据仓库” (Data Warehouse，DW) 的概念被正式提出，数据仓库的研究和应用开始得到广泛的关注。在原有单一的数据库概念的基础上，逐渐演化出两种不同的数据组织体系结构，即数据仓库和原有的业务数据库。这两个概念在用户环境、支持技术、数据量以及使用范围等方面存在着许多不同。,假设公司管理者想了解上个月皮鞋销售的总收益额，那只需一个简单的查询操作即可，通过运用SQL或QBE (Query By Example，范例查询) 工具便能轻而易举地
2、实现。但如果想要进一步了解“通过将实际销售额与预算额进行比较，进而与过去五年的同期销售状况比较，该公司在东南和西南地区，上个月销售了多少双黑色的42码皮鞋”的话，即使采用先进的技术，这项任务看起来几乎也是不可能的。,若真能为此建立一个QBE查询的话，那么就能为企业建立数据库环境打下良好的基础。这就是之所以那么多企业都选择构建数据仓库的原因。,首先，在业务数据库可能包含有所需信息时，这些信息并非是以有助于创建数据库内部商务智能，或运用各种数据操作工具创建商务智能的方式进行组织的；其次，若要建立该类查询，那么业务数据库很可能要支持每秒数百次的事务处理请求。在单击“开始”按钮完成此类查询时，这可不是
3、随便就能做到的事情。,为了支持这种富有活力的、必要而且复杂的功能，许多企业都在建立数据仓库，同时提供数据挖掘工具。简单地说，数据仓库是创建商务智能过程中，继数据库技术之后进一步的发展 (超过数据库) 。数据挖掘工具是人们用于在数据仓库和商务智能推理过程中，支持决策、解决问题或创造竞争优势而挖掘有价值信息时所必需的工具。,4.2.1 数据库管理系统工具 人们用字处理软件可以创建并编辑文档，用电子表格软件可以创建并编辑工作簿，数据库环境中也与之类似。数据库相当于一个文档或一个工作簿，因为数据库与文档或工作簿一样都包含了信息。字处理和电子表格是处理文档与工作簿的软件工具，而处理数据库的软件系统就是数
4、据库管理系统。,借助数据库管理系统 (DBMS) 就可以定义数据库的逻辑结构.，并对数据库中的信息进行存取和利用。DBMS有5个重要的软件组成部分 (见图4.11) ： l) DBMS引擎。 2) 数据定义子系统。 3) 数据操作子系统。 4) 应用程序生成子系统。 5) 数据管理子系统。,图4.11 数据库管理系统的软件子系统,DBMS引擎是DBMS中最重要的部分，它接收来自其他各个DBMS子系统的逻辑查询请求，并将逻辑查询请求转换成其对应的物理形式。换句话说，对数据库和数据字典的逻辑存取感觉上就像是在物理存储设备上进行的一样。另外，区分数据库环境中的逻辑视图和物理视图是十分重要的。信息的物
5、理视图解决的是信息在硬盘之类的外存储设备上怎样进行物理排列、存储和读取；而信息的逻辑视图则是关注用户要如何排列和存取信息，以满足其特定的业务需求。,数据库和DBMS将信息的物理视图与逻辑视图隔离开，具有两大优越性。首先，DBMS能够完成所有的物理处理功能，作为数据库用户，只需把精力放在自己所需信息的逻辑结构上就可以了。其次，虽然数据库中的信息仅有一种物理视图，但不同用户在数据库中提取的信息逻辑视图却各不相同。这是因为根据不同业务的需求会以不同的方法处理逻辑视图。DBMS引擎能够处理任何一种形式的信息逻辑视图或逻辑查询，并将其转换成与之对应的物理结构。,1. 数据定义子系统 DBMS的数据定义子
6、系统帮助人们在数据库中建立并维护数据字典，以及定义数据库中的文件结构。 创建数据库时，首先要利用数据定义子系统建立数据字典并定义文件的结构。这点与某些类似电子数据表格的软件区别很大。运用电子表格软件创建工作簿时，一开始就可以填入信息、定义公式和函数，但在数据库中却不能这样做。,在数据库环境中，开始输入信息之前必须要先定义数据的逻辑结构，输入信息相对而言是比较轻松的事情，而定义数据逻辑结构则比较麻烦。 无论何时，只要我们发现某一文件需要补充新的信息，就必须运用数据定义子系统在数据字典中添加新字段。同样，如果我们想在一个文件中删除所有记录的指定字段，也必须用数据定义子系统完成这件事情。,建立数据字
7、典时，肯定要定义数据库将要包含的信息逻辑属性。信息的逻辑结构包括以下内容： 逻辑属性 举例 字段名称 客户编码、订单日期 类型 字符、数字、日期、时间等 格式 电话号码前是否要加区号？ 缺省值 若未标明订单日期，则缺省值为当前日期 有效范围 订货数量能否超过8？ 输入约束 输入订单时是否必须输入发货地址？能否输入空值？ 可否重复 主关键字是不能重复的，但订货数量是否可重复？,根据所描述信息的类型适当增加或减少限制，这些也都是非常重要的逻辑属性。例如，一辆标准的混凝土运输卡车的载重量约为6立方米，而Solomon公司不接受3立方米以下的订货，因此，对订单文件中Amount字段的有效范围进行约束的
8、一个重要条件就是“必须大于或等于3，但同时不能大于6。”,2. 数据操作子系统 DBMS的数据操作子系统帮助用户对数据库中的信息进行增加、修改和删除，并帮助用户在数据库中查询有价值的信息。数据操作子系统中的软件工具通常是数据库用户与数据库信息之间的最主要交互界面。因此，当DBMS引擎处理用户对物理视图的信息请求时，允许用户指定逻辑信息请求的就是DBMS的数据操作工具。这些逻辑信息请求通过DBMS引擎从所需的物理视图中存取信息。,在大多数DBMS中，用户都将发现它们包含有各种各样的数据操作工具，包括视图、报表生成器、范例查询工具，以及结构化查询语言。,(1) 视图 视图允许用户查看到数据库文件的
9、内容，对其进行必要的修改，完成简单的分类，并通过查找提作得到具体信息的位置。实质上，视图是以电子表格工作簿的格式来处理每个文件。 与其他大多数个人软件包一样，DBMS也支持诸如剪切、粘贴、格式化、拼写检查、隐藏指定的列 (如同使用电子表格软件一样) 、过滤乃至添加链接点连接到Web站点等，这些功能和任务DBMS 都能支持。,(2) 报表生成器 报表生成器能帮助人们快速地定义报表的格式，确定报表中想要公布的信息。在定义报表时，用户还能直接在屏幕上预览报表的格式或把报表打印出来。,报表生成器体现了良好的特性，用户可以按自己习惯的方法保存报表格式。报表保存后，可以随时调用该报表，DBMS将调用数据库
10、中最近更新的信息来生成该报表。用户还可以在各种各样的报表格式中选择，可以选择所建立的报表格式来生成中间的小计和总计，其中可以用计数、求和、求平均值等。,(3) 范例查询工具 范例查询工具 (QBE) 能帮助用户以图表的方式设计问题的答案，QBE依赖被查询信息在数据库中的逻辑关联实现查询操作。,(4) 结构化查询语言 结构化查询语言 (SQL) 是大多数数据库环境下使用的标准的第四代查询语言。SQL除了在执行查询操作的方式上与QBE不同外，其他功能都与QBE相同。SQL执行查询功能是基于语句 SELECTFROMWHERE 的形式完成查询的。在SELECT之后要列出待查询信息的字段名称，FROM
11、之后要指明使用哪些逻辑关系，WHERE后面描述选择的条件。,3. 应用程序生成子系统 DBMS的应用程序生成子系统是一种常用的开发工具，它帮助用户建立面向事务处理的应用程序。此类应用程序通常都要求用户完成一系列具体的任务来进行事务处理。应用程序生成子系统工具包括：建立数据输入屏幕功能，为特定的DBMS选定程序设计语言，并利用程序设计语言为每个独立的DBMS建立一个公共的操作交互界面。,与SQL一样，应用程序生成系统是IT专家最常用的工具。事实上，即使不用应用程序生成系统，也可以做得与IT专家一样出色。一般用户只需要把重点放在视图、报表生成器和QBE工具上，就足以帮助用户实现对数据库查找信息并实
12、现查询，开始创建并使用商务智能了。,4. 数据管理子系统 DBMS的数据管理子系统通过自身提供的备份与恢复工具、安全防范工具、最优化查询工具、并发控制和更新管理工具，帮助人们管理整个数据库环境。数据库管理子系统是数据管理员或数据库管理员使用最频繁的系统，他们负责保障数据库 (与数据仓库) 环境中所提供的信息以满足企业的需求。,备份与恢复功能为用户提供了一种管理模式： l) 定期将数据库保存的信息进行备份； 2) 在信息被损坏的情况下，重新保存或恢复数据库和其中被破坏的信息。 在以信息为基础的竞争环境下，绝不能忽视这些重要功能的存在。每个了解数据库信息之重要性的企业，都会采取预防措施保护这些信息
13、。通常通过运行系统备份功能，对数据库、DBMS和存储设备的初始数据库环境进行备份。,安全管理功能允许我们控制哪些人有权存取信息，以及这些人能存取哪些类型的信息。例如，在许多数据库环境中，有些人可能只需要以“浏览”方式访问数据库信息，而无需具备“修改”信息的权力。当然，许多人需要具有对数据库进行增加、修改或删除信息的能力。通过数据管理子系统中的用户权限设定和密码设定系统，就能限定谁有资格调用某一功能，他们能浏览哪些信息。,最优化查询功能多用于来自用户的查询 (以SQL语句格式表示或以QBE方式表示) ，以及在重新组织查询方式后，能在最短的时间内做出响应。例如，在SQL语言中，用户所建立的查询语句
14、可能要涉及到10个相关文件，在处理这10个不同文件时，可能有几种不同的解决方法从这些文件中获取所需要的信息。幸运的是，用户大可不必因SQL语句的结构而烦恼，最优化查询功能将为用户做这些事情，并以最快的途径提供用户所需的查询信息。,重组功能不断地对DBMS引擎完成信息物理存取的过程进行实时维护统计。重组功能在维护这些统计操作时，能优化数据库的物理结构，以满足将来信息增加速度和扩充性能的需要。例如，若用户经常按指定的顺序对某一文件进行存取，重组功能便可对该文件按指定的顺序要求重新排列记录或建立一个索引来存储该文件，以便维护这种经过排序处理后的文件。它的实际意义就在于确保用户不必了解更新数据库的物理
15、存储方式，这些处理DBMS引擎都会考虑到。,当多个用户对同一信息进行存取或修改时，并发控制功能能保证数据库修改的合法性。 如果用户打算修改数据库结构，变更管理功能便可评估该变更所产生的影响。有时候结构的变化对数据库会产生巨大影响，用户就必须在执行修改之前仔细评估一下。,上述的备份与恢复工具、安全管理工具、最优化查询工具、重组功能、并发控制和变更管理工具等所有这些功能，在任何DBMS和数据库环境中都是必备的重要工具。作为一个普通用户可能涉及不到这些工具，特别是这些工具的创建与维护。但它们是如何创建、如何维护的原理将影响到用户所能做的事情，因此知道它们的存在，并了解它们的工作原理是非常重要的。,4
16、.2.2 数据仓库 人们设想专门为业务的统计分析建立一个数据中心，它的数据来自联机的事务处理系统、异构的外部数据源、脱机的历史业务数据等。这个数据中心是一个联机系统，专门为分析统计和决策支持应用服务，它就叫做数据仓库，即，一个作为决策支持系统和联机分析应用数据源的结构化数据环境，它所要研究和解决的问题就是从数据库中获取信息。,数据仓库是一种新的数据处理体系结构，是企业内部各部门业务数据进行统一和综合的中央数据仓库，它为企业决策支持系统 (DSS) 和管理信息系统 (MIS) 提供所需的信息，是预测利润、风险分析、市场分析以及加强客户服务与营销活动等管理决策提供支持的一种信息管理新技术。,数据仓库技术对大量分散、独立的数据库经过规划、平衡、协调和编辑后，向管理决策者提供辅助决策信息，发挥大量数据的作用和价值。概括地说，数据仓库是面向主题的、集成的、稳定的和不同时间的数据的集合，用于支持经营管理中决策制定过程。,数据仓库系统是一个包含有四个层次的体系结构： 1) 数据源：是数据仓库系统的基础，是整个系统的数据源泉。通常包括企业内部信息和外部信息。内部信息包括存放于关系数据库管理系统
