DW e OLAP para BI

Data Warehouse e OLAP
Prof. Jose Fernando Rodrigues Junior
http://www.icmc.usp.br/pessoas/junio/Site/index.htm
1

Introdução

No início, uma única fonte de dados

No início, uma única fonte de dados
Exemplo: primeira loja do grupo Casas Bahia.

Mais tarde
Exemplo: primeira cidade ocupada
pelo grupo Casas Bahia.

E assim sucessivamente
Exemplo: primeiros estados ocupados
pelo grupo Casas Bahia.

Finalmente
Exemplo: Brasil (primeiro país?)
ocupado pelo grupo Casas Bahia.

Até que…
O que está acontecendo nas minhas
lojas?
- O que é vendido mais?
- Quando?
- Por qual loja?
- Qual a melhor loja?
- Quanto estou faturando?
- Qual seria uma boa oferta?
- As vendas cresceram ou subiram?
- Quais regiões vendem mais?
- ...

Até que…
lojas?
Soluções:
1) Ir até cada uma das lojas e perguntar;
- Quando?
- Por qual loja?
Pouco viável.
- Qual a melhor loja?
- ...

Até que…
lojas?
Soluções:
2) Usar os dados das lojas para analisar o que está
acontecendo no meu negócio.
- Quando?
- Por qual loja?
- Qual a melhor Boa idéia!!!
loja?
- ...

Até que…
lojas?
Soluções:
2) Usar os dados das lojas para analisar o que está
acontecendo no meu negócio.
- Quando?
- Por qual loja?
- Qual a melhor Boa idéia!!!
loja?
- As vendas cresceram Mas...
ou subiram?
- ...

Impecilhos ao uso dos dados…
- Diversos sistemas de bancos de dados em uso
nas lojas; depende do gerente que o
implementou: PostgreSQL, Oracle, DB2,
SQLServer, ...
- Cada loja, um controle transacional diferente,
de acordo com suas necessidades regionais;
- Esquemas diferentes, tipos de dados
diferentes, distribuição geográfica, falta de
interconexão.

Impecilhos ao uso dos dados…
- Diversos sistemas de bancos de dados em uso
nas lojas; depende do gerente que o
implementou: PostgreSQL, Oracle, DB2,
SQLServer, ...
Total falta de conformidade!!!
E muitos, muitos dados!!!
- Cada loja, um controle transacional diferente,
de acordo com suas necessidades regionais;
O que fazer?
- Esquemas diferentes, tipos de dados
diferentes, distribuição geográfica, falta de
interconexão.

O que é necessário?
- 1) Recolher (extrair) os dados não
importando qual o tipo do sistema de dados;
- 2) Padronizar (transformar) os dados, para
terem um significado comum mesmo que,
originalmente, codificados de maneira
diferente; resolução de dados ausentes e
espúrios;
- 3) Unir (carregar) os resultados das duas
operações em um único sistema capaz para
responder às minhas perguntas.

O que é necessário?
- 1) Recolher (extrair) os dados não
importando qual o tipo do sistema de dados;
Complicado.
Como fazer então?
- 2) Padronizar (transformar) os dados, para
terem um significado comum mesmo que,
originalmente, codificados de maneira
diferente; resolução de dados ausentes e
espúrios;
- 3) Unir (carregar) os resultados das duas
operações em um único sistema capaz de
responder às minhas perguntas.

Mas há uma solução

Mas há uma solução
Loja 1 Loja 2 Loja 3 Loja n-2 Loja n-1 Loja n
Extrair, transformar, carregar dados
Oracle
Modelagem x
SQLServer
Modelagem z
DB2
Modelagem y
Oracle
Modelagem
u
SQLServer
Modelagem w
DB2
Modelagem
... v
Data warehouse

ETL – Extract Transform Load
O processo descrito de se extrair
(Extract), transformar (Transform) e
carregar (Load) os dados a partir das
diversas fontes de dados é denominado
ETL
ETL – uma das camadas principais da
arquitetura de um data warehouse 
Consolidação de dados

O processo descrito de se extrair
(Extract), transformar (Transform) e
carregar (Load) os dados a partir das
diversas fontes de dados é denominado
ETL
ETL – uma das camadas principais da
arquitetura de um data warehouse 
Consolidação de dadosExtrair, transformar, carregar dados

 Extração/transformação (Extract/Transform) de
dados
 extração de múltiplas fontes
 consolidação e integração de dados de múltiplas
fontes
 limpeza e validação
 conversão dos dados para o modelo do DW

 Carregamento (Load) de dados
 armazenamento de acordo com o modelo do DW
 criação e manutenção de estruturas de dados
 criação e manutenção de caminhos de acesso
 tratamento de dados que variam no tempo
 suporte a atualização
 refresh
 purging (eliminação)

Conceitos

O que é exatamente?
“Data Warehouse é uma coleção de dados
orientados por assunto, integrada, não-volátil,
variante no tempo, que dá apoio às
decisões de administração” (W.H. Inmon,
1992).
 Orientados a transações: vendas,
operações bancárias, acessos à informação.

BUSINESS INTELLIGENCE!!!
24
Introdução
 Aplicações
 empresas de telefonia
 redes de varejo
 instituições financeiras
 instituições governamentais
 instituições de ensino e pesquisa
….

Sistemas OLTP

Data warehouses são,
comumente, alimentados
por sistemas OLTP
independentes.
Sistemas OLTP

Data warehouses são,
comumente, alimentados
por sistemas OLTP
independentes.
Sistemas OLTP
Sistemas OLTP (Online Transaction Processing):
gerenciamento de transações;
toda vez que você vai ao mercado, ao banco ou
faz uma compra online, você está usando um
sistema OLTP

Objetivos
 Consolidação dos dados de uma empresa
 Desempenho na consulta aos dados
 Separação entre suporte à decisão e bancos
de dados operacionais
 Suporte a ferramentas: mineração de
dados, visualização e On-line Analytical
Processing (OLAP)

Objetivos
  Os termos Datawarehouse, OLTP e OLAP
não se refererem apenas a software
 São termos que englobam software e
serviços (muitos serviços – consultoria)
 São termos cunhados para a
comunidade empresarial não possuindo
uma correspondência simples em Ciência da
Computação

Relação OLTP e OLAP

Arquitetura de um data warehouse

Arquitetura de um data warehouse
Arquitetura definida pelo contexto da
organização
De maneira geral, tem as seguintes camadas:
1. Operacional (OLTPs): fornecem dados
2. De acesso aos dados: ETL
3. Acesso à informação: ferramentas de
acesso a dados, geração de relatórios, e
análise (OLAP)  Business Intelligence
4. Metadados: detalhamento do conteúdo do
data warehouse  dicionário de dados

Dicionário de dados
Descrição dos dados do DW:
origem
regras de transformação
nomes e aliases
formato dos dados
histórico de atualizações
acesso e segurança
responsabilidades sobre os dados
Sem o dicionário, não há sistema

Data warehouse vs Banco de dados
operacional

Data warehouse vs Banco de dados
operacional
Data warehouse Banco de dados
operacional
Orientado a objetivos específicos Orientado a transações
Grande (centenas de GBs até TBs) Pequeno/Médio (MBs até alguns GBs)
– distribuído se necessário
Dados históricos Dados correntes
De-normalizado (poucas tabelas com
muitas colunas)
Normalizado (muitas tabelas com
poucas colunas)
Atualizações em Batch Atualizações contínuas
Otimizado para acesso Otimizado para escrita/atualização

Juntos data warehouse e bancos de
dados provém uma solução completa
Bancos de dados
Inserção/Atualização
Data Warehouse
Acesso aos dados

Visão Geral
1. Camada Operacional (OLTPs)
2. Camada de acesso aos dados (ETL)
3. Camada de acesso à informação: MD, relatórios, OLAP
 Business Intelligence
4. Dicionário de dados

Projeto de Data warehouses

Datamarts
 Datamart: ambientes de análise de dados
de menor magnitude, com fins mais
específicos, limitados a subcomunidades de
uma organização
 Exemplo, uma loja das casas Bahia
Loja i
Modelagem
x

Datamarts
uma organização
Acréscimo de
ferramentas de
análise
Modelagem
x

Datamarts
uma organização
Loja i
Modelagem
x
Datamart i

Bottom-up
 Projeto Bottom-up: exemplo, rede das casas
Bahia
Datamart 1 Datamart 2 Datamart 3
....
Datamart n

Bottom-up
Bahia
....
Datamart n
Data warehouse : conjunto de pequenos sistemas de tratamento e
análise de dados.

Bottom-up
Bahia
....
Datamart n
Data warehouse : conjunto de pequenos sistemas de tratamento e
análise de dados.
Grande esforço de consolidação  modelo de dados não universal.

Top-down
 Projeto Top-down
Data warehouse : projeto bem definido.

Top-down
Datamart 1

Top-down
Datamart 1 Datamart 2

Top-down

Top-down
....
Datamart n

Top-down
....
Datamart n
Esforço reduzido de consolidação  modelo de dados universal e bem definido.

Projeto Top-down vs Bottom-up
Bottom-up Top-down
Consistência via
manutenção constante
Alta consistência
Expansão custosa
Expansão com novos DMs
facilitada
Custo diluído ao longo do
tempo
Inicialmente custosa
Natural em organizações Rara em start-ups
Baixa latência Alta latência

Conceitos vistos
Data warehouse
OLTP
ETL
Dicionário de dados
DW vs BD
Datamart
Projeto Bottom-up vs Top-down

OLAP – Online Analytical Processing

OLAP
Definição: uma categoria de tecnologia
de software que visa à compreensão de
dados
Provê: acesso rápido, consistente e
interativo
DW e OLAP, em muitos casos,
conceitos indissociáveis

OLAP - FASMI
FASMI: Fast Analysis of
Multidimensional Information
Fast: agilidade em responder
consultas
Analysis: versatilidade analítica
Shared: dados/analistas múltiplos
Multidimensional: orientado a
dimensões de dados
Information: propósito fim

Cubo de dados OLAP

Cubo de dados
240 101 110
150 204 190 90
83 90 35 87
19 27 35 45

Cubo de dados
Estrutura básica da prática de OLAP
Observam-se
As dimensões dos dados
As medidas sobre os dados
O cubo é orientado a planos (faces)
Apesar da complexidade dos sistemas OLAP, seus
objetivos analíticos são básicos: contagem, média,
máximo, mínimo, soma, ...
 Agregação, rápida e flexível, sobre
imensos volumes de dados

Cubo de dados - slicing
Pode ser interessante ver o cubo a partir
de diferentes perspectivas (planos)
Operações sobre o cubo: slicing, dicing
e rotating (pivoting)

• A operação de slicing
equivale a fatiar o cubo,
definindo um novo plano
de apreciação dos dados
• A operação geométrica é
apenas uma analogia, o
slicing dispara o
processamento OLAP
para calcular o novo
plano

Dados calculados e acessíveis ao analista.
slicing dispara o
processamento OLAP
plano

Exemplo de dado calculado: quantas TVs de plasma foram vendidas em
2002 na região SE?
slicing dispara o
processamento OLAP
plano

• A operação de dicing é
semelhante ao slicing,
mas usa dois, ou mais,
planos de corte
Dicing conseguido com 5 planos de corte.

• A operação de dicing é
semelhante ao slicing,
mas usa dois, ou mais,
planos de corte
Dicing conseguido com 5 planos de corte.
Exemplo de dado calculado: quantas Celulares foram vendidas em 2001
na região CO?

Cubo de dados - rotating
• A operação de rotating
muda a perspectica do
cubo todo.
Novo plano: Produto x Tempo

Cubo de dados - rotating
Obviamente refere-se a cubo apenas
para fins didáticos – aplicações de
DW/OLAP geralmente envolvem
mais do que 3 dimensões, definindo
hipercubos.
• A operação de rotating
muda a perspectica do
cubo todo.
Novo plano: Produto x Tempo

Modelo de dados dimensional

OLAP e DW
OK, mas e o DW, onde entra nisso tudo?
O modelo de dados do DW é orientado a servir a
análise baseada em Dimensões de dados

Modelo de dados DW
Banco de dados operacional
Esquema complexo
Data Warehouse
FATOS
Esquema
estrela

Modelo de dados DW
Banco de dados operacional
Esquema complexo
(normalizado)
Data Warehouse
FATOS
Esquema floco
de neve
(snow flake)

Exemplo Estrela:
Tempo
t_chave
Ano
Trimestre
Mes
Produto
p_chave
Tipo
Fabricante
Modelo
Local
l_chave
Regiao
Cidade
Loja
Fatos
t_chave
p_chave
l_chave
Nro_unidades
Valor
Assist_tecnica

Exemplo:
Quantas vendas e qual valor de vendas ocorreram considerando Ano, Tipo de Produto e
Região?
SELECT Tempo.Ano, Produto.Tipo, Local.Regiao, Sum(Nro_unidades), Sum(valor)
FROM Fatos, Tempo, Produto, Local
WHERE Fatos.t_chave = Tempo.t_chave AND
Fatos.p_chave = Produto.p_chave AND
Fatos.l_chave = Local.l_chave
GROUP BY Tempo.Ano, Produto.Tipo, Local.Regiao
Exemplo:
Tempo
t_chave
Ano
Trimestre
Mes
Produto
p_chave
Tipo
Fabricante
Modelo
Local
l_chave
Regiao
Cidade
Loja
Fatos
t_chave
p_chave
l_chave
Nro_unidades
Valor
Assist_tecnica

Modelagem de Dados para DW
79
 Exemplo Snowflake
(Elmasri e Navathe, 2005)

Cubo de dados: análise dimensional das
medidas (dados)
DW: modelo de dados dimensional
Dimensões: dão contexto aos fatos
Fatos: números transacionais

Observe que as dimensões dos dados
possuem uma hierarquia categórica
Por exemplo:
Tempo(Ano, Trimestre, Mês)

Hierarquia das dimensões: apreciação dos dados em
diferentes granularidades. Exemplo:
Itens_vendidos(ano) Itens_vendidos(Trimestre)
Itens_vendidos(Trimestre) Itens_vendidos(Mês)
Duas outras operações muito importantes
Drill down
Roll up

Drill down / Roll up
Drill-down e roll-up: navegação ao longo
dos níveis hierárquicos das dimensões
Drill-down
Exemplo
Itens_vendidos(Região) Itens_vendidos(Cidade)
Roll-up

Drill-down sobre as três
dimensões
simultaneamente.

Exemplo:
Região?
Drill Down em todas as dimensões
 Quantas vendas e qual valor de vendas ocorreram considerando Trimestre,
Fabricante e Cidade?
SELECT Tempo.Ano, Tempo.Trimestre, Produto.Tipo, Produto.Fabricante, Local.Regiao
Local.Cidade, Sum(Nro_unidades), Sum(valor)
dimensões
simultaneamente.
Fatos.l_chave = Local.l_chave
GROUP BY Tempo.Ano, Tempo.Trimestre, Produto.Tipo, Produto.Fabricante, Loca.Regiao,
Local.Cidade

Exemplo:
Região?
Drill Down em todas as dimensões
 Quantas vendas e qual valor de vendas ocorreram considerando Trimestre,
Fabricante e Cidade e considerando um slicing de ano entre 2001 e 2002?
dimensões
simultaneamente.
SELECT Tempo.Trimestre, Produto.Fabricante, Local.Cidade, Sum(Nro_unidades), Sum(valor)
Fatos.l_chave = Local.l_chave AND
Tempo.Ano between 2001 AND 2002
GROUP BY Tempo.Trimestre, Produto.Fabricante, Local.Cidade

OLAP - Agregação

OLAP - Agregação
Mais do que cubinhos, o
OLAP/DW é uma tecnologia
sofisticada que visa responder
às diferentes possibilidades e
níveis de agregação de maneira
rápida e precisa.

Síntese
http://etl-tools.info

90
Relational OLAP (ROLAP)
 Recursos OLAP sobre SGBDs  disparam todas as agregações
necessárias para se obter os resultados requisitados
 O OLAP não relacional, também é conhecido como
Multidimensional OLAP - MOLAP
 SQL:1999
 ROLLUP e CUBE
SELECT ….
FROM ….
WHERE …
GROUP BY CUBE (trim, região)
ex: selecionar
 total de vendas por trim. por região
 total de vendas por trim.
 total de vendas por região
 total geral de vendas
SELECT ….
FROM ….
WHERE …
GROUP BY ROLLUP (trim, região)
ex: selecionar
 total de vendas por trim. por região
 total de vendas por trim.
 total geral de vendas

91
 Sobre ROLLUP e CUBE
 ROLLUP e CUBE aplicados sobre k atributos
 ... GROUP BY CUBE (....)
 é equivamente a agrupamentos sobre cada um
dos 2k subconjuntos de atributos
 ex: k=2 ⇒ ... GROUP BY CUBE (a,b)
 agrupamentos sobre: (a,b), (a), (b), (null)
 agrupamento em (null) é o total geral de vendas

92
 (cont...)
 (cont...)
 ... GROUP BY CUBE (....)
 é equivamente a agrupamentos sobre cada um
dos 2k subconjuntos de atributos
 ex: k=3 ⇒ ... GROUP BY CUBE (a,b,c)
 agrupamentos sobre: (a,b,c), (a,b), (a,c), (b,c) (a),
(b),(c), (null)

 Exemplo GROUP BY
CUBE
SELECT Dept, Funcao,
COUNT(*), SUM(Salario)
FROM Empregados
GROUP BY CUBE(Dept, Funcao);
Dept Funcao COUNT(*) SUM(Salario)
------------------------------------------------
10 Secretario 1 100
10 Gerente 1 500
10 Presidente 1 900
10 3 1500
20 Analista 2 350
20 Secretario 2 240
20 Gerente 1 800
20 5 1390
Secretario 3 340
Gerente 2 1300
Presidente 1 500
Analista 2 350
8 2490

94
 (cont...)
 (cont...)
 ... GROUP BY ROLLUP (....)
 é equivamente a agrupamentos em k+1 subconjuntos:
 k=2 ⇒ ... GROUP BY ROLLUP (a,b)
 agrupamentos sobre: (a,b), (a), (null)
 agrupamento em (null) é o total geral de vendas
 k=3 ⇒ ... GROUP BY ROLLUP (a,b,c)
 agrupamentos sobre: (a,b,c), (a,b), (a), (null)

95
Ferramentas
 Ferramentas de suporte à criação e manutenção de
DW
 Ferramentas OLAP
 Ferramentas de BI
 …

96
Referências
 ELMASRI, R; NAVATHE, S.B. Sistemas de Banco
de Dados, Addison Wesley, 4a edição, 2005.
 Ramakrishnan R.; Gehrke, J. Database
Management Systems, Mc Graw Hill, 2000.

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