浅谈数据仓库建设中的数据建模方法(下)

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2021-03-3011:25:10 评论 119 4420字
摘要

因此,业务建模阶段其实是一次和业务人员梳理业务的过程,在这个过程中,不仅能帮助我们技术人员更好的理解业务,另一方面,也能够发现业务流程中的一些不合理的环节,加以改善和改进。

浅谈数据仓库建设中的数据建模方法(下)

1、范式建模法

从业务数据模型转向数据仓库模型时,同样也需要有数据仓库的域模型,即概念模型,同时也存在域模型的逻辑模型。这里,业务模型中的数据模型和数据仓库的模型稍微有一些不同。主要区别在于:

  • 数据仓库的域模型应该包含企业数据模型得域模型之间的关系,以及各主题域定义。数据仓库的域模型的概念应该比业务系统的主题域模型范围更加广。
  • 在数据仓库的逻辑模型需要从业务系统的数据模型中的逻辑模型中抽象实体,实体的属性,实体的子类,以及实体的关系等。

以笔者的观点来看,Inmon 的范式建模法的最大优点就是从关系型数据库的角度出发,结合了业务系统的数据模型,能够比较方便的实现数据仓库的建模。但其缺点也是明显的,由于建模方法限定在关系型数据库之上,在某些时候反而限制了整个数据仓库模型的灵活性,性能等,特别是考虑到数据仓库的底层数据向数据集市的数据进行汇总时,需要进行一定的变通才能满足相应的需求。因此,笔者建议读者们在实际的使用中,参考使用这一建模方式。

2、维度建模法

维度建模法,Kimball 最先提出这一概念。其最简单的描述就是,按照事实表,维表来构建数据仓库,数据集市。这种方法的最被人广泛知晓的名字就是星型模式(Star-schema)。

图 6. 维度建模法

浅谈数据仓库建设中的数据建模方法(下)

上图的这个架构中是典型的星型架构。星型模式之所以广泛被使用,在于针对各个维作了大量的预处理,如按照维进行预先的统计、分类、排序等。通过这些预处理,能够极大的提升数据仓库的处理能力。特别是针对 3NF 的建模方法,星型模式在性能上占据明显的优势。

同时,维度建模法的另外一个优点是,维度建模非常直观,紧紧围绕着业务模型,可以直观的反映出业务模型中的业务问题。不需要经过特别的抽象处理,即可以完成维度建模。这一点也是维度建模的优势。

但是,维度建模法的缺点也是非常明显的,由于在构建星型模式之前需要进行大量的数据预处理,因此会导致大量的数据处理工作。而且,当业务发生变化,需要重新进行维度的定义时,往往需要重新进行维度数据的预处理。而在这些与处理过程中,往往会导致大量的数据冗余。

另外一个维度建模法的缺点就是,如果只是依靠单纯的维度建模,不能保证数据来源的一致性和准确性,而且在数据仓库的底层,不是特别适用于维度建模的方法。

因此以笔者的观点看,维度建模的领域主要适用与数据集市层,它的最大的作用其实是为了解决数据仓库建模中的性能问题。维度建模很难能够提供一个完整地描述真实业务实体之间的复杂关系的抽象方法。

3、实体建模法

实体建模法并不是数据仓库建模中常见的一个方法,它来源于哲学的一个流派。从哲学的意义上说,客观世界应该是可以细分的,客观世界应该可以分成由一个个实体,以及实体与实体之间的关系组成。那么我们在数据仓库的建模过程中完全可以引入这个抽象的方法,将整个业务也可以划分成一个个的实体,而每个实体之间的关系,以及针对这些关系的说明就是我们数据建模需要做的工作。

虽然实体法粗看起来好像有一些抽象,其实理解起来很容易。即我们可以将任何一个业务过程划分成 3 个部分,实体,事件和说明,如下图所示:

图 7. 实体建模法

浅谈数据仓库建设中的数据建模方法(下)

上图表述的是一个抽象的含义,如果我们描述一个简单的事实:"小明开车去学校上学"。以这个业务事实为例,我们可以把"小明","学校"看成是一个实体,"上学"描述的是一个业务过程,我们在这里可以抽象为一个具体"事件",而"开车去"则可以看成是事件"上学"的一个说明。

从上面的举例我们可以了解,我们使用的抽象归纳方法其实很简单,任何业务可以看成 3 个部分:

  • 实体,主要指领域模型中特定的概念主体,指发生业务关系的对象。
  • 事件,主要指概念主体之间完成一次业务流程的过程,特指特定的业务过程。
  • 说明,主要是针对实体和事件的特殊说明。

由于实体建模法,能够很轻松的实现业务模型的划分,因此,在业务建模阶段和领域概念建模阶段,实体建模法有着广泛的应用。从笔者的经验来看,再没有现成的行业模型的情况下,我们可以采用实体建模的方法,和客户一起理清整个业务的模型,进行领域概念模型的划分,抽象出具体的业务概念,结合客户的使用特点,完全可以创建出一个符合自己需要的数据仓库模型来。

但是,实体建模法也有着自己先天的缺陷,由于实体说明法只是一种抽象客观世界的方法,因此,注定了该建模方法只能局限在业务建模和领域概念建模阶段。因此,到了逻辑建模阶段和物理建模阶段,则是范式建模和维度建模发挥长处的阶段。

因此,笔者建议读者在创建自己的数据仓库模型的时候,可以参考使用上述的三种数据仓库得建模方法,在各个不同阶段采用不同的方法,从而能够保证整个数据仓库建模的质量。

数据仓库建模样例

上面介绍得是一些抽象得建模方法和理论,可能理解起来相对有些难度,因此,笔者在这里举一个例子,读者可以跟着我们的这个样例,来初步了解整个数据仓库建模的大概过程。

背景介绍

熟悉社保行业的读者可以知道,目前我们国家的社保主要分为养老,失业,工伤,生育,医疗保险和劳动力市场这 6 大块主要业务领域。在这 6 大业务领域中,目前的状况养老和事业的系统已经基本完善,已经有一部分数据开始联网检测。而,对于工伤,生育,医疗和劳动力市场这一块业务,有些地方发展的比较成熟,而有些地方还不够成熟。

1、业务建模阶段

基于以上的背景介绍,我们在业务建模阶段,就很容易来划分相应的业务。因此,在业务建模阶段,我们基本上确定我们本次数据仓库建设的目标,建设的方法,以及长远规划等。如下图:

图 8. 业务建模阶段

浅谈数据仓库建设中的数据建模方法(下)

在这里,我们将整个业务很清楚地划分成了几个大的业务主线,例如:养老,失业,工伤,生育,医疗,劳动力等着几个大的部分,然后我们可以根据这些大的模块,在每个业务主线内,考虑具体的业务主线内需要分析的业务主题。

因此,业务建模阶段其实是一次和业务人员梳理业务的过程,在这个过程中,不仅能帮助我们技术人员更好的理解业务,另一方面,也能够发现业务流程中的一些不合理的环节,加以改善和改进。

同时,业务建模阶段的另一个重要工作就是确定我们数据建模的范围,例如:在某些数据准备不够充分的业务模块内,我们可以考虑先不建设相应的数据模型。等到条件充分成熟的情况下,我们可以再来考虑数据建模的问题。

2、领域概念建模阶段

领域概念建模阶段是数据仓库数据建模的一个重要阶段,由于我们在业务建模阶段已经完全理清相应的业务范围和流程,因此,我们在这个领域概念建模阶段的最主要的工作就是进行概念的抽象。领域概念建模就是运用了实体建模法,从纷繁的业务表象背后通过实体建模法,抽象出实体,事件,说明等抽象的实体,从而找出业务表象后抽象实体间的相互的关联性,保证了我们数据仓库数据按照数据模型所能达到的一致性和关联性。

从图上看,我们可以把整个抽象过程分为四个层次,分别为:

  • 抽象方法层,整个数据模型的核心方法,领域概念建模的实体的划分通过这种抽象方法来实现。
  • 领域概念层,这是我们整个数据模型的核心部分,因为不同程度的抽象方法,决定了我们领域概念的不同。例如:在这里,我们可以使用"参与方"这个概念,同时,你也可以把他分成三个概念:"个人","公司",和"经办机构"这三个概念。而我们在构建自己的模型的时候,可以参考业务的状况以及我们自己模型的需要,选择抽象程度高的概念或者是抽象程度低的概念。相对来说,抽象程度高的概念,理解起来较为复杂,需要专业的建模专家才能理解,而抽象程度低的概念,较适合于一般业务人员的理解,使用起来比较方便。笔者在这里建议读者可以选用抽象概念较低的实体,以方便业务人员和技术人员之间的交流和沟通。
  • 具体业务层,主要是解决具体的业务问题,从这张图我们可以看出,具体的业务层,其实只是领域概念模型中实体之间的一些不同组合而已。因此,完整的数据仓库的数据模型应该能够相应灵活多变的前端业务的需求,而其本身的模型架构具有很强的灵活性。这也是数据仓库模型所具备的功能之一。
  • 业务主线层,这个层次主要划分大的业务领域,一般在业务建模阶段即已经完成这方面的划分。我们一般通过这种大的业务主线来划分整个业务模型大的框架。

通过领域概念建模,数据仓库的模型已经被抽象成一个个的实体,模型的框架已经搭建完毕,下面的工作就是给这些框架注入有效的肌体。

3、逻辑建模阶段

通过领域概念建模之后,虽然模型的框架已经完成,但是还有很多细致的工作需要完成。一般在这个阶段,我们还需要做非常多的工作,主要包括:

  • 实例话每一个抽象的实体,例如:在上面的概念模型之后,我们需要对"人"和"公司"等这些抽象实体进行实例化。主要是,我们需要考虑"人"的属性包括那些,在业务模块中,用到的所有跟"人"相关的属性是哪些,我们都需要将这些属性附着在我们数据模型的"人"这个实体上,例如"人"得年龄,性别,受教育程度等等。同理,我们对其他属性同样需要做这个工作。
  • 找出抽象实体间的联系,并将其实例话。这里,我们主要考虑是"事件"这个抽象概念的实例话,例如:对于养老金征缴这个"事件"的属性得考虑,对于失业劳动者培训这个"事件"的属性得考虑等等。
  • 找出抽象事件的关系,并对其进行说明。在这里我们主要是要针对"事件"进行完善的"说明"。例如:对于"事件"中的地域,事件等因素的考量等等。

总而言之,在逻辑建模阶段,我们主要考虑得是抽象实体的一些细致的属性。通过逻辑建模阶段,我们才能够将整个概念模型完整串联成一个有机的实体,才能够完整的表达出业务之间的关联性。

在这个阶段,笔者建议大家可以参考 3NF 的建模方法,表达出实体的属性,以及实体与实体之间的联系。例如:在这个阶段,我们可以通过采用 ERWIN 等建模工具等作出符合 3NF 的关系型数据模型来。

4、物理建模阶段

物理建模阶段是整个数据建模的最后一个过程,这个过程其实是将前面的逻辑数据模型落地的一个过程。考虑到数据仓库平台的不同,因此,数据模型得物理建模过程可能会稍微有一些不同,在这个阶段我们主要的工作是:

  • 生成创建表的脚本。不同的数据仓库平台可能生成不同的脚本。
  • 针对不同的数据仓库平台,进行一些相应的优化工作,例如对于 DB2 数据仓库来说,创建一些 MQT 表,来加速报表的生成等等。
  • 针对数据集市的需要,按照维度建模的方法,生成一些事实表,维表等工作。
  • 针对数据仓库的 ETL 车和元数据管理的需要,生成一些数据仓库维护的表,例如:日志表等。

经过物理建模阶段,整个数据仓库的模型已经全部完成,我们可以按照自己的设计来针对当前的行业创建满足自己需要的数据模型来。

这里,笔者通过一个数据建模的样例,希望能够给读者一个关于数据仓库建模的感性的认识。希望读者在利用这些数据仓库得建模方法创建自己的数据模型的时候,可以根据业务实际的需要和自己对抽象能力的把握来创建适合自己的数据模型。

End.

作者:松子(李博源)

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