1 L'ambiente del Data Warehouse Lo scenario attuale nelle aziende di medie e grandi dimensioni è rappresentato da un buon livello di "meccanizzazione" delle attività di routine della gestione aziendale (ciclo passivo: acquisti, contabilità fornitori, pianificazione e controllo delle forniture; ciclo attivo: fatturazione, gestione del credito, contabilità clienti). Questo, se ha portato uno sgravio nel lavoro quotidiano degli impiegati, di fatto non ha rappresentato un reale vantaggio competitivo per l'azienda, la quale deve sempre essere in grado di analizzare dinamicamente il mercato per capirne i meccanismi e prevederne gli andamenti. Sempre di più quindi i manager, nella loro attività decisionale, hanno necessità di accedere in maniera tempestiva a informazioni di sintesi e di analisi dei dati prodotti dai sistemi gestionali. La conseguenza immediata di ciò è il bisogno di far ricorso al personale del centro di calcolo che in questo modo viene gravato da compiti che non riguardano direttamente la gestione del sistema informativo. Da qualche anno il mercato informatico ha recepito questa esigenza sviluppando delle soluzioni dedicate ai decision maker aziendali per le loro attività di carattere strategico: questi sistemi vengono detti Decision Support System. Tali sistemi devono essere in grado di fornire in tempo reale informazioni, rapporti e consentire analisi di varia natura (What If Analisys, On Line Analitical Processing, Data Mining). La What If Analisys permette previsioni basate su ipotesi sui dati futuri: ad esempio possiamo prevedere cosa succede alla vendita dei coperchi se applichiamo uno sconto del 5% alle pentole smaltate. L'On Line Analitical Processing mette a disposizione del manager un ambiente di dati multidimensionale, nel quale può eseguire ricerche aggregando i dati in suo possesso: è possibile ad esempio ottenere informazioni sulle vendite di prodotti alimentari avvenute in Veneto nell'ultimo mese coinvolgendo le dimensioni del tempo, luogo e prodotti. Il Data Mining applica tecniche di intelligenza artificiale agli archivi aziendali alla ricerca di quei dati che non sono visibili in un primo istante perché immersi in una quantità enorme di dati simili. Gli obiettivi che si prefiggono i DSS sono: • fornire un ambiente integrato nel quale sia possibile ottenere dati trasversali a tutte le funzioni aziendali (produzione, amministrazione, finanza e controllo, marketing e vendite), • ridurre il tempo di risposta alle query comunque complesse, • ottenere semplicità d'uso che produce l'indipendenza dei manager nell'uso dei dati, • mantenere la segretezza delle indagini dei manager. L'infrastruttura dei DSS è il Data Warehouse. L'idea del data warehouse è letteralmente quella di creare un ``magazzino di dati'' nel quale vengono registrati dati provenienti da molte fonti correlate e/o non correlate tra di loro. Tale magazzino deve essere fisicamente indipendente dagli altri archivi del sistema, perché l'attività tipicamente molto pesante di interrogazione di un DSS non deve inficiare le prestazioni generali del sistema informativo gestionale; inoltre deve aggiornarsi solo nei momenti in cui le risorse di sistema sono meno utilizzate e deve essere interrogabile ``liberamente''. Interrogazione libera significa che non esiste uno schema predefinito di domande che è possibile istanziare ma è l'utente che di volta in volta costruisce dinamicamente la propria interrogazione con un'attività di analisi. A differenza di quanto avviene invece nelle applicazioni tipiche dei Data Base dove, escludendo interrogazioni ad-hoc scritte direttamente nei linguaggi dei DBMS (Data Base Management System) dai DBA (Data Base 1 Administrator), i moduli di inserimento ed estrazione dei dati sono già predefiniti (inserimento o stampa di un ordine cliente, di una fattura, stampa di un report sugli ordini dell'ultimo mese, ecc.). Se ci poniamo in una situazione reale di un manager che deve prendere una decisione vediamo subito che la sua è un'attività di analisi, che innanzitutto cerca di trovare conferma ad un'ipotesi che il suo fiuto imprenditoriale o la sua esperienza del mercato in cui opera gli ha suggerito. Quindi è evidente che per decidere dovrà porre non una, ma un certo numero di interrogazioni ed ottenere non una, ma un certo numero di risposte. Questo comporterebbe un lavoro eccessivo del DBMS limitando di fatto il personale impiegatizio nello svolgimento delle proprie funzioni. Bisogna riconoscere che il data warehouse non rappresenta una rivoluzione totale rispetto al passato, ma sicuramente consente di ottimizzare la disponibilità di informazioni. 1.1 Definizione di Data Warehouse La definizione di data warehouse fornitaci da W. H. Inmon, uno degli ideatori di questa metodologia, è la seguente[4]: ``il data warehouse è una collezione di dati: • orientata al soggetto, • integrata, • non volatile, • dipendente dal tempo''. Nei tradizionali database spesso ci troviamo davanti ad una struttura dati orientata ad ottimizzare le operazioni che giornalmente più volte sono necessarie nella gestione di un'azienda: l'inserimento di un nuovo ordine o di una fattura, la registrazione dell'uscita di un prodotto, il carico e scarico dei magazzini, ecc. Tali sistemi, proprio perché pensati per questo scopo, sono detti operazionali oppure OLTP (On Line Transaction Processing). A differenza di questi un data warehouse è orientato ai soggetti che determinano le scelte dei manager, quali ad esempio: i clienti, i fornitori, le vendite e gli acquisti. Il data warehouse permette di raggruppare e confrontare i soggetti tra loro. La più importante delle caratteristiche di un data warehouse è l'integrazione. Essa nasce dalla necessità di dare coerenza ai dati provenienti da diverse applicazioni progettate per scopi diversi. Poiché i manager per poter prendere le loro decisioni abbisognano di ogni possibile fonte di dati interna o esterna all'azienda, il problema da affrontare è quello di rendere questi dati accessibili ed omogenei in un unico ambiente, ma questo pone delle difficoltà come quelle che si possono vedere in fig. 1.1 Figure 1.1: Esempio di integrazione dei dati 2 Possono esistere quattro fonti di dati dove il sesso di un cliente è stato memorizzato in modo diverso: allora nel data warehouse bisogna decidere quale forma vogliamo tenere come valida e di conseguenza bisogna codificare i dati provenienti dalle altre tre applicazioni prima di inserirli nel data warehouse. Ovviamente le parti di codice che si occupano di trasformare i dati saranno diverse per ciascuna sorgente. Una situazione simile alla precedente si ha quando ad esempio applicazioni diverse misurano una grandezza con unità di misura diverse: allora bisogna trasformare le misure incompatibili in una che abbiamo scelto e definito come standard. Più applicazioni possono contenere la descrizione di un articolo ed in questo caso occorre decidere quale sia la descrizione più completa da memorizzare o se memorizzarle tutte in una sola. In applicazioni diverse gli attributi che si riferiscono ad uno stesso argomento (come un codice articolo) possono essere stati definiti in modo diverso, quindi bisogna scegliere il tipo più adatto alla memorizzazione nel data warehouse. Questi sono solo alcuni esempi dei problemi che si riscontrano nell'integrazione dei dati. La terza caratteristica che deve avere un data warehouse è la non-volatilità, ossia i dati in esso contenuti non devono poter essere cambiati dall'utente, questo perché il data warehouse viene usato per fare indagini e non per inserire o modificare operazioni. Non è nel data warehouse che si va a modificare l'indirizzo di un cliente, anche perché in tal caso si perderebbe ogni riferimento storico al fatto che il cliente ha cambiato indirizzo. I dati vengono caricati solitamente in massa ed in modalità batch e successivamente acceduti dagli end-user. L'ultima caratteristica importante di un data warehouse è la dipendenza dal tempo. A differenza dei database dove le operazioni direttamente accessibili, di solito, sono quelle degli ultimi 60-90 giorni, in un data warehouse l'intervallo temporale si allarga fino ad arrivare a coprire un arco di 5-10 anni. In ambiente operazionale il database contiene il ``valore corrente'' (ad esempio l'indirizzo odierno di un fornitore) e questo dato può essere modificato solo perdendo ogni riferimento al dato precedente, mentre in un data warehouse i dati possono essere visti come delle sofisticate foto istantanee (snapshot) fatte in determinati momenti, perciò tengono conto anche della storia dei soggetti. La struttura chiave di un sistema operazionale può o meno contenere degli elementi di tempo (anno, mese, data, ora , ... ), mentre quella di un data warehouse deve sempre contenere qualche elemento di tempo. Un data warehouse non è solo un insieme di dati strutturati, ma è piuttosto un sistema composto anche da applicazioni che servono ad estrarre, analizzare e presentare i dati. I dati presenti in un data warehouse devono essere consistenti. Questo significa che se due persone interrogano l'archivio in momenti diversi per conoscere le vendite avvenute nel mese di gennaio devono ottenere lo stesso risultato; inoltre se i dati di un determinato periodo per qualche motivo non sono stati caricati completamente, l'utente che li richiede deve essere avvisato che i dati che sta analizzando sono incompleti. Da ciò si vede come risulti utile la figura del responsabile della qualità dei dati pubblicati nel data warehouse che rende disponibili le informazioni solo quando hanno sufficienti requisiti di analisi. 1.2 La struttura di un Data Warehouse La figura 1.2 riporta un esempio della struttura tipica di un data warehouse. Essa si compone di diversi livelli di dettaglio (detti anche summarization level). 3 Figure 1.2: Esempio di summarization dei dati Partendo dal basso vediamo per primo un archivio di dati dettagliati dove sono registrati soggetti che si riferiscono ad un tempo lontano; generalmente questi dati sono salvati su nastri, perché , essendo richiesti solo di rado, si considera accettabile un tempo di accesso più elevato. Poi troviamo i dati attuali ad un elevato livello di dettaglio: essi tengono conto di un periodo relativamente breve. Quindi ci sono i dati ``leggermente riassunti'', ossia se ci si riferisce ad esempio alle vendite anziché la quantità di prodotto venduta in un giorno, in questo archivio potremo trovare la somma di ciò che è stato venduto in una settimana; a questo livello viene trattato un periodo abbastanza lungo. Infine all'ultimo livello troviamo dei dati ``altamente riassunti'', simili ai precedenti ma relativi a periodi di aggregazione e latenza più lunghi. Ogni livello di dettaglio viene ricavato a partire dal livello corrente. Una volta che i dati sono ``invecchiati'' passano automaticamente agli altri livelli di dettaglio. 1.3 L'orientazione al soggetto I soggetti vengono rappresentati a livello logico nel data warehouse con una serie di tabelle collegate tra loro tramite relazioni. I soggetti sono il fulcro delle operazioni di ricerca e confronto eseguite dagli utenti del data warehouse. Essi vengono scelti in base al tipo di organizzazione aziendale ed al tipo di data warehouse che si intende progettare. Alcuni esempi di soggetti sono i seguenti: • clienti, • vendite, • prodotti, • polizze, • reclami. Come abbiamo appena notato relativamente ad un soggetto possono esserci più tabelle contenenti dati di epoche diverse a diversi livelli di aggregazione. Siamo in presenza di un'organizzazione continua dei dati quando i dati di un livello di dettaglio di un soggetto sono suddivisi su più tabelle sulla base del tempo: ciascuna tabella contiene i dati relativi ad un periodo diverso contiguo a quello di un'altra tabella. 4 1.3.1 Granularità Per granularità si intende il livello di dettaglio dei dati salvati nel data warehouse. Più alto è il livello di dettaglio e più bassa è la granularità e viceversa. Essa è il più importante aspetto progettuale di cui bisogna tener conto, perché è direttamente legata al volume di dati salvato e, di conseguenza, alle prestazioni del sistema e alla necessità di risorse hardware. Ovviamente bisogna scegliere il giusto livello di granularità per evitare di memorizzare dettagli che non verranno mai presi in considerazione o non registrarne altri di essenziali. Spesso la soluzione sta nello scegliere più livelli di granularità come mostrato in fig. 1.2. Questo significa registrare fisicamente dati di dettaglio diverso in tabelle diverse. Cos`i è possibile passare da una visione sintetica delle informazioni, ottenuta accedendo in un primo momento ai dati altamente riassunti, ad una visione dettagliata, presa dalle tabelle a più bassa granularità , ottimizzando cos`i il numero di accessi ai supporti magnetici e l'uso del DBMS. Questo processo è detto Drill Down. 1.3.2 Partizionamento Si ha un partizionamento dei dati quando quelli contenuti in una stessa struttura logica vengono divisi in più di una unità fisica ed inoltre un dato appartiene ad una ed una sola partizione. Nel data warehouse la questione non è se partizionare i dati, ma come partizionarli. Una volta scelto il giusto livello di granularità occorrerà scegliere come partizionare i dati in modo che ciascuna unità fisica di dati possa essere manipolata indipendentemente dalle altre. Lo sviluppatore deve scegliere se partizionare i dati a livello di sistema o di applicazione. La partizione a livello di sistema è una funzione del DBMS e del sistema operativo, mentre quella a livello di applicazione è contenuta nel codice della stessa applicazione e perciò direttamente controllata dallo sviluppatore. In questa seconda soluzione il DBMS non sa di alcuna relazione esistente tra i dati partizionati a livello di applicazione. Data la flessibilità che deve avere un data warehouse, acquista significato partizionare i dati a livello di applicazione. La ragione più importante che ci porta a questa scelta è che per anni diversi possono esserci diverse definizioni di un soggetto perché ad esempio nel frattempo le esigenze degli utenti sono cambiate. Se il partizionamento venisse fatto a livello di sistema, il DBMS esigerebbe una definizione di soggetto che rimanga inalterata nel tempo. Un cambio verrebbe interpretato dal sistema come l'introduzione di un nuovo soggetto indipendente dal precedente e quindi non riconducibile al primo nel caso di query che coinvolgano periodi a cavallo tra le due definizioni. Il partizionamento porta con sè alcuni vantaggi: maggior facilità di creare indici, ristrutturare, riorganizzare, recuperare i dati e monitorare le operazioni degli utenti. 1.4 Multidimensional DBMS e Data Warehouse Per spiegare cosa sia un Multidimensional DBMS è bene introdurre brevemente lo Star Schema a cui è dedicato un capitolo nel seguito. Supponiamo di avere una catena di negozi di vendita al dettaglio della quale vogliamo gestire le vendite e le condizioni d'indagine siano dettate dal tempo, i negozi, i prodotti e le promozioni. Ogni giorno vengono registrate le vendite di ciascun prodotto. La struttura che immagazzina i dati può essere uno star schema come quello di fig. 1.3, dove la tabella VENDITE contiene pochissimi attributi ma moltissime righe (una per ogni prodotto venduto ogni giorno in ciascun negozio in qualsiasi condizione promozionale) e viene chiamata fact table; mentre le tabelle Tempo, Negozi, Prodotti e Promozioni hanno moltissimi attributi, ma bassa cardinalità (al confronto della fact table) e vengono chiamate dimension table. 5 Figure 1.3: Esempio base di Star Schema. La fact table è legata alle dimension table tramite delle chiavi esterne e l'insieme degli attributi che sono chiavi esterne costituisce la chiave primaria della fact table. Il nome dimension table si giustifica dal fatto che possiamo pensare ad una riga della fact table come ad un elemento di un ipercubo le cui coordinate spaziali sono individuate dai singoli elementi delle dimension table: un elemento per ciascuna dimension table. Possiamo pensare ad esempio alla vendita di ``caramelle al limone'' del 23 dicembre 1998 nel negozio di Napoli sotto la promozione ``Babbo Natale'': questo è un elemento della fact table individuato da quattro elementi dimensionali che sono la data, il prodotto, il negozio e la promozione. Nella fact table relativamente a questo elemento saranno salvati per esempio la quantità venduta, il ricavo ottenuto ed il numero di clienti che hanno effettuato questo acquisto. Dopo questa breve introduzione possiamo dire che il Multidimensional DBMS è un DBMS che è ottimizzato per l'uso di strutture simili a questa. Esso mette a disposizione dell'utente una struttura che è molto flessibile, soprattutto nell'analisi e la riorganizzazione dei dati nel passare da un livello di dettaglio ad un altro anche creati ad-hoc al volo. Spesso si dice che è possibile applicare ad un ipercubo la tecnica dello slice and dice ossia letteralmente dell'``affettare e tagliare a dadini'' l'ipercubo, intendendo con questo che è possibile visualizzare parti della fact table selezionandole in base a qualsiasi range di valori di una o più dimensioni. Ad esempio è possibile vedere quale sia stata la vendita di latticini nei negozi di Milano, Roma e Napoli la seconda settimana di agosto del 1998 indipendentemente dalla promozione presente in ciascun negozio in quel periodo; questo implica che i dati vengano raggruppati e che vengano creati alcuni totali sommando i risultati di ciascun record appartenente ai gruppi, il tutto nel giro di qualche secondo al massimo. Esistono sostanzialmente due modi di pensare al data warehouse: uno secondo il quale è possibile basare tutto l'archivio su un Multidimensional DBMS ed un altro dove il data warehouse fornisce il supporto dettagliato dal quale caricare i dati che alimentano il Multidimensional DBMS. Noi ci atterremo al secondo. In questo modo è possibile caricare il MDBMS con dei dati leggermente riassunti e creare qualsivoglia livello di granularità in modo molto efficiente; poi eventualmente i dati cos`i ottenuti possono essere salvati nel data warehouse. In media un MDBMS contiene dati relativi agli ultimi 12 - 15 mesi mentre un data warehouse allarga i suoi orizzonti a 5 - 10 anni. Ovviamente deve essere possibile navigare da un sistema all'altro in modo indolore, ossia cominciare ad esempio una ricerca nel MDBMS e poi fare un drill down nel data warehouse o fare l'operazione inversa, il tutto in modo trasparente per l'end-user. Vi sono alcuni rischi nel realizzare un data warehouse utilizzando solo un MDBMS. Riferendoci alla fig. 1.4 si può vedere che, alimentando direttamente le strutture multidimensionali dalle applicazioni legacy, il codice può diventare ridondante perché le vendite possono richiedere alcuni dati dall'applicazione A comuni al marketing e alla produzione: questo significa che l'estrazione dei dati dai sistemi legacy può avvenire più volte, consumando di conseguenza più risorse. Il sistema risultante non è completamente integrato perché ogni dipartimento ha la propria interpretazione dei dati provenienti dall'ambiente operazionale. Il lavoro di progettazione e manutenzione del data warehouse risulta complicato dalla dimensione e ridondanza del codice. 6 Figure 1.4: Relazioni tra le applicazione in ambiente legacy e più strutture multidimensionali. 2 Data Warehouse e tecnologia Per avere successo un data warehouse deve permettere un accesso ai dati intuitivo, facile e praticamente immediato: per soddisfare queste proprietà è necessario che l'ambiente possieda alcune caratteristiche tecnologiche che stanno prendendo piede in questi ultimi anni. Innanzi tutto deve essere possibile indicizzare i dati in svariate maniere usando: • indici bit map, • indici a multilivello, • STARindexTM, ottimizzati per le strutture a star schema. Deve inoltre essere possibile usare più di un tipo di indice nella stessa query. In linea di principio un bit map index viene costruito a partire da due o più indici di una tabella, ciascuno dei quali si riferisce ad un solo attributo. Quando viene istanziata una query, viene posto a 1 un bit per ciascun indice su quelle righe dell'indice che soddisfano le condizioni della query: in questo modo, se una query deve soddisfare delle condizioni poste su due o più attributi, le righe di risultato possono essere calcolate con l'ausilio di semplici operazioni logiche sulle sequenze di bit ottenute dalla scansione parallela degli indici. Come nei database anche nei data warehouse esistono gli indici a multilivello: essi sono degli indici basati su due o più attibuti di una tabella; ad esempio un indice di una tabella ordini clienti può essere fatto sul cognome, nome e numero d'ordine. Gli STARindexTM vengono costruiti su una o più chiavi esterne della fact table e contengono informazioni che collegano i valori delle righe delle dimension table alle righe della fact table che contengono i valori di quelle dimensioni. Lo scopo principale di uno STARindexTM è quello di ottimizzare il processo di join delle dimension table attraverso la fact table, evitando il prodotto cartesiano delle dimension table che contiene valori privi di significato o non interessanti. A differenza di un indice a multilivello che mette in relazione più attributi di una sola tabella, lo STARindexTM collega gli attributi della fact table a quelli delle dimension table. L'ambiente di data warehouse deve essere in grado di tenere tutti o almeno parte degli indici nella memoria principale per ridurre al minimo il numero di accessi ai dischi che, come vedremo, sono il maggior fattore di rallentamento ai tempi di risposta ad una query. Deve supportare la ricerca basata solo sugli indici, ossia, quando è possibile, rispondere alle query usando solo gli 7 indici senza accedere alle tabelle. Un data warehouse deve essere in grado di gestire l'immagazzinamento dei dati e la lettura in modo parallelo su più dispositivi: questo permette di abbassare in modo drastico i tempi di accesso ai dati. Le tabelle che ricevono meno accessi possono essere fisicamente salvate su supporti hardware meno costosi ma più lenti (nastri magnetici ad esempio); è il DBMS che gestisce il data warehouse che si occupa di ricercare ed estrarre i dati richiesti da supporti fisici anche se questi sono di diversa natura. Il linguaggio usato dal DBMS del data warehouse deve essere molto ricco e supportare caratteristiche come: • accesso ad insiemi di record in una sola volta, • accesso ai singoli record, • uso di uno o più indici per risolvere una query, • istruzioni specifiche per ottenere semplici informazioni statistiche e di analisi, • interfaccia SQL (Standard Query Language), • essere in grado di inserire, modificare e cancellare dati. L'ambiente deve essere in grado di funzionare tanto in modalità interattiva che batch. Poiché il fulcro del calcolo dei tempi di accesso ai dati è il numero di operazioni di I/O (Input/Output) ai dispositivi di immagazzinamento e non l'uso delle CPU (Central Processing Unit), la compattazione dei dati può risultare molto utile. Il fattore che più favorisce l'uso di questa tecnica è la permanenza dei dati ossia questi ultimi, una volta salvati, non vengono modificati se non in casi eccezionali e solo dal Data Warehouse Administrator. L'overhead delle CPU dovuto alla scompattazione è piccolo se confrontato con i tempi necessari ad accedere ai dispositivi. Un data warehouse deve essere in grado di supportare dati a lunghezza variabile (i cosiddetti blob data); la loro gestione è favorita sempre dal fatto che i dati sono stabili una volta salvati. 2.1 Il Data Warehouse distribuito La maggior parte delle organizzazioni mantiene un data warehouse centralizzato. Esiste cioè un server che contiene tutti i dati ed un DBMS che li gestisce: a questo server sono connessi molti client su ognuno dei quali girano le applicazioni di reporting ed analisi. Le ragioni di questa scelta tecnologica si possono riassumere cos`i : • il data warehouse risulta integrato in ogni ambiente dell'organizzazione; • il volume di dati che contiene giustifica l'uso di un sistema centralizzato; • anche se i dati fossero integrati ma distribuiti in vari siti, potrebbe risultare piuttosto difficile accedervi. Il volume di dati che viene scambiato tra il DBMS e le applicazioni è tale da favorire le reti locali; sebbene in teoria sia possibile avere un client in Africa ed il server in Europa, i dati scambiati tra le due macchine per un semplice report sono tali da poter impiegare parecchi minuti prima di giungere a destinazione, malgrado siano stati ottenuti in pochissimi secondi: questo è causa di notevole frustrazione da parte dell'utente. 8 Ci sono casi però in cui può risultare necessario costruire un data warehouse distribuito. Figure 1.5: Esempio Data Warehouse distribuito La fig. 1.5 mostra come possa esistere una realtà nella quale insistono più siti, ciascuno con un suo ambiente operazionale, ed un data warehouse locale indipendente da tutti gli altri nel funzionamento e nella struttura. Ciascun data warehouse locale viene alimentato da un ambiente operazionale locale e quest'ultimo a sua volta alimenta anche un data warehouse globale che contiene dati riguardanti tutti i settori dell'organizzazione. Con questa struttura non è possibile interrogare il data warehouse del sito C dal sito A. I dati contenuti nel data warehouse globale non sono contenuti in nessun data warehouse locale e sono comuni a tutta l'organizzazione. Poiché la struttura del data warehouse globale è definita centralmente, mentre la mappatura dei dati che lo alimentano è locale, è possibile che dopo lo start up del progetto si verifichino problemi di gestione del team di progetto, dal momento che i vari gruppi di lavoro che lo compongono sono dislocati fisicamente in aree diverse. È altrettanto possibile che con l'andare del tempo il feedback agli sviluppatori locali porterà alla stabilità dell'intero complesso. In alcuni casi una copia limitata del data warehouse globale può risiedere a livello locale per le operazioni più frequenti, in questi casi però bisogna fare molta attenzione all'allineamento dei dati. A differenza di un data warehouse centralizzato dove i dati dettagliati sono contenuti nel server ed i dati di sintesi eventualmente stanno a livello locale nei client, in un data warehouse distribuito la situazione si può ribaltare: i dati dettagliati sono contenuti nei data warehouse locali mentre quelli riassunti stanno nell'archivio globale, che è centralizzato. Un vantaggio di avere un data warehouse distribuito è che le risorse hardware e software costano meno perché si possono usare macchine e programmi meno complessi; se in un futuro ci si avvicina ai limiti di capacità delle macchine si può semplicemente aggiungere un nuovo server. Occorre però tener presente che, ogni volta che si aggiunge un server, malgrado la capacità di calcolo aumenti, contemporaneamente aumenta anche il traffico di rete e la difficoltà di reperire i dati di una query perché questi possono essere distribuiti su più macchine. Perciò , sebbene l'intuito ci porti a pensare che l'aggiunta di un server aumenti le capacità del sistema e, di conseguenza riduca i tempi di risposta, di fatto il sistema può risultare più lento. 9 2.2 Applicazioni del Data Warehouse Un data warehouse nasce soprattutto come base di dati sulla quale fare ricerche e calcoli che coinvolgono grandi quantità di dati. Come dicevamo prima, i tipi di ricerca che si possono fare non sono predeterminati, ma è l'utente che di volta in volta sceglie cosa cercare: perciò occorre mettere a sua disposizione una struttura semplice che gli permetta di muoversi tra i dati e strumenti potenti che lo aiutino nelle analisi. Per quanto riguarda la ricerca dei dati, i livelli di summarization permettono operazioni come il Drill down ed il Drill up, mentre per le analisi su grandi quantitativi di dati troviamo l'OLAP (On Line Analytical Processing) ed il Data Mining. 2.2.1 Operazioni di ricerca Un data warehouse deve mettere a disposizione dell'end-user potenti strumenti di reporting che gli consentano di cercare e confrontare i dati che sono disponibili nell'azienda. Questi strumenti devono consentire le operazioni di drill down e drill up. 2.2.2 Drill down L'operazione di drill down permette di partire da dati cumulativi altamente riassunti e scendere nei dettagli passo per passo, attraversando vari livelli di summarization del data warehouse. Un esempio può rendere più chiaro questo concetto. Supponiamo di avere un'azienda di latticini e fare una ricerca che metta a confronto le vendite di yogurt di questo mese rispetto a quello scorso, allora potremmo ottenere un report come quello di tab. 2.1. Prodotto Regione Questo mese Confronto Yogurt Nord 110 12% Yogurt Centro 179 -3% Yogurt Sud 55 5% Table 2.1: Dati altamente riassunti. Questi dati evidenziano una perdita nelle vendite nelle regioni centrali, a questo punto possiamo cercare i motivi di queste perdite e scendere più in dettaglio nella nostra ricerca aggiungendo il nome degli agenti che distribuiscono i prodotti nelle varie zone. Il risultato può essere quello di tab. 2.2. Prodotto Regione Agente Questo mese Confronto Yogurt Nord Neri 52 21% Yogurt Nord Bianchi 28 5% Yogurt Nord Verdi 30 6% Yogurt Centro Rossi 93 4% Yogurt Centro Galli 75 5% 10 Yogurt Centro Pietri 11 -15% Yogurt Sud Stani 25 5% Yogurt Sud Gralli 30 6% Table 2.2: Dati più dettagliati dopo una singola operazione di drill down. Già a questo livello di dettaglio le eventuali decisioni di chi sta facendo le ricerche sono più chiare. Più precisamente si dice che si è in presenza di un drill down quando l'interrogazione di un utente passa da un livello alto di summarization ad uno più basso attraversando tabelle diverse. 2.2.3 Drill up Come si può intuire questa è l'operazione opposta alla precedente dove si passa da un livello molto dettagliato ad una visione globale attraversando i livelli di summarization. 2.3 On-Line Analytical Processing L'OLAP mira a fornire ai suoi utenti le caratteristiche di analisi che si trovano in un foglio elettronico unitamente all'affidabilità di un database. OLAP permette una vista dei dati che va oltre le due o tre dimensioni offerte dai fogli elettronici. Diversamente dai fogli elettronici i dati possono essere condivisi tra molti utenti senza dover duplicare i file. In molti casi gli utenti possono aggiungere o modificare i dati sotto il controllo del sistema senza comunque rischiare di sovrascrivere l'informazione originale. Le applicazioni OLAP sono caratterizzate dalla flessibilità con la quale gli utenti possono ottenere varie viste dei dati o i report che essi vogliono per realizzare nuove analisi ad-hoc, per eseguire calcoli complessi su larga scala e per ricercare dinamicamente eccezioni nei dati contenuti nei database di grosse dimensioni. Poiché l'OLAP si rivolge soprattutto all'utente finale, deve presentare un'interfaccia semplice: quella comunemente usata è molto simile a quella dei fogli elettronici. D'altro canto gli strumenti OLAP devono avere una buona integrazione con i sistemi che forniscono loro i dati. Alcuni OLAP usano i loro database multidimensionali, altri si integrano con i database relazionali ed altri ancora sono una forma ibrida che tiene alcuni dati in database multidimensionali ed accede ad altri direttamente sugli archivi relazionali. 2.4 Fast Analysis of Shared Multidimensional Information Queste cinque parole sono considerate una nuova definizione di OLAP. Più in dettaglio significano: • Fast: il sistema deve riuscire a rispondere alle interrogazioni in media in cinque secondi; alle domande più facili deve dare dei risultati in un secondo mentre a pochissime deve rispondere in più di 20 secondi. • Analysis: il sistema deve riuscire a fare analisi statistiche e di mercato in modo abbastanza semplice per l'utente finale. Come minimo il sistema OLAP deve fornire la possibilità di eseguire nuovi calcoli ad-hoc come parte di un'analisi, di restituire report sui dati in ogni modo desiderato dall'utente senza che quest'ultimo debba inserire delle linee di codice. 11 • Shared: il sistema deve fornire tutti i requisiti di sicurezza affinché ognuno possa accedere ai dati e, se è possibile avere un accesso ai dati in scrittura da parte di più utenti, deve essere in grado di gestire la concorrenza. • Multidimensional: è il requisito più importante, l'essenza delle applicazioni OLAP. I sistemi OLAP devono fornire una vista concettuale multidimensionale dei dati. • Information: è tutto ciò di cui necessita il sistema dovunque e comunque sia immagazzinato, proveniente dai dati dettagliati o aggregati. Le tecnologie per ottenere il FASMI includono architetture client-server, analisi di serie storiche, orientazione agli oggetti, calcolo parallelo, modi proprietari ottimizzati di immagazzinamento dati e multi-threading. 2.5 Capire il concetto di multidimensionalità Il modello multidimensionale organizza i dati in termini delle dimensioni di mercato attuali dell'azienda. Per esempio le vendite possono essere classificate per prodotto, cliente, periodo storico, localizzazione, valore e quantità venduta. L'intersezione di tutte le dimensioni produce una cella come nei fogli elettronici a due dimensioni. Sebbene questo tipo di dati possa essere certamente immagazzinato in un database relazionale, l'SQL non è il modo naturale di estrarre informazione da una struttura multidimensionale. Localizzare una cella in un database multidimensionale è facile per l'utente e per il calcolatore perché si conosce la posizione e non occorre ricorrere ad un indice, infatti le dimensioni ed i loro range sono noti, ciò che è ignoto è il dato contenuto nella cella, ma questo occupa uno spazio ed una posizione ben definiti in memoria. È questo il motivo che rende i database multidimensionali più facili da usare e aumenta notevolmente la resa nel manipolare dati multidimensionali in confronto a quella che si ha con i database relazionali. Il prezzo da pagare è la sparsity ossia la presenza di moltissime celle con contenuto nullo. Ciò accade per esempio perché in ciascun periodo ogni cliente compera una piccola porzione dei prodotti disponibili (se non addirittura niente). Nei modelli multidimensionali con molte dimensioni, la maggioranza delle celle non conterrà alcun dato. Perciò il prezzo della velocità è la memoria e viceversa. Come nei fogli elettronici, ciascuna cella può essere calcolata da formule che richiamano altre celle. Nelle applicazioni di grandi dimensioni bisogna bilanciare bene l'uso delle risorse, perché la maggior parte delle celle vengono calcolate a partiree da altre, quindi bisogna scegliere un compromesso tra un calcolo in modalità batch, che salva i risultati in apposite tabelle (spreco di spazio), ed un calcolo in tempo reale, che fornisce i risultati al volo (spreco di tempo e CPU). Il vantaggio che si ottiene dalla prima soluzione è la disponibilità di informazione derivata accessibile in tempi brevissimi perché non deve essere calcolata on line ad ogni richiesta. Gli utenti finali devono avere la possibilità di fare le analisi desiderate e navigare in tutte le dimensioni dell'applicazione senza restrizioni sulle funzionalità di calcolo o di report e con piccoli effetti sul rendimento del sistema. 3 Data Mining Il termine Data Mining, che letteralmente significa ``estrarre dati'', è citato in letteratura anche come Knowledge Discovery in Databases (scoperta della ``conoscenza'' dai dati contenuti nei database). Le definizioni di che cosa esattamente significhi anche qui si sprecano a seconda di ciò che ciascun produttore di software ci vuole vendere; di seguito ne sono riportate alcune: 12 Data Mining è l'estrazione non banale di informazione potenzialmente utile, implicita e sconosciuta in precedenza dai dati. Questo comporta un certo numero di approcci tecnologici quali il raggruppamento (clustering), aggregazione dei dati, imparare regole di classificazione, trovare reti di dipendenza, analizzare i cambiamenti, scovare anomalie. Williain J Frawley, Gregory Piatetsky-Shapiro e Christopher J Matheus. Data Mining è la ricerca di relazioni e modelli globali che esistono nei database voluminosi ma sono nascosti nella vastità del numero di dati, come si verifica tra i dati dei pazienti e le loro diagnosi mediche. Queste relazioni rappresentano una preziosa conoscenza sul database e gli oggetti che esso contiene e se il database è uno specchio fedele della realtà in esso registrata. Marcel Holshemier & Arno Siebes (1994). Data Mining significa ``usare una varietà di tecniche per identificare pepite di informazione o conoscenza che permettono di prendere decisioni dal corpo dei dati ed estrarre queste pepite in modo tale che possano essere poste in uso in aree quali il supporto alle decisioni, la previsione e la stima. I dati spesso sono così voluminosi che non se ne può fare un uso diretto ed è l'informazione nascosta quella utile''. Clementine User Guide, a data mining toolkit. È importante notare che nel data mining è il computer che si occupa di trovare modelli dei dati, identificandone regole e caratteristiche che li legano. Il processo di analisi parte da un insieme limitato di dati e, usando una certa metodologia, cerca di sviluppare una rappresentazione ottimale della struttura dei dati; durante questa fase il processo acquisisce conoscenza. Una volta che tale conoscenza è stata acquisita, questa può essere estesa ad un insieme più vasto di dati basandosi sull'assunzione che il largo insieme di dati ha una struttura simile a quello più semplice. Le fasi che portano dall'insieme dei dati grezzo all'estrazione della conoscenza possono essere riassunte in cinque punti secondo Usama Fayyad & Evangelos Simoudis: • Selezione: selezione o segmentazione dei dati secondo alcuni criteri; • Preprocessing: ``pulizia'' dei dati da certe informazioni ritenute inutili e che possono rallentare le future interrogazioni. In questa fase, inoltre, i dati possono essere trasformati per evitare eventuali inconsistenze dovute al fatto che dati simili possono provenire da sorgenti diverse e quindi con metadati leggermente diversi (ad esempio in un database il sesso di una persona può essere salvato come 'm' o 'f' ed in un altro come 0 o l); • Trasformazione: i dati non sono semplicemente trasferiti da un archivio ad uno nuovo, ma sono trasformati in modo tale che sia possibile anche aggiungere informazione a questi, come per esempio informazioni demografiche comunemente usate nella ricerca di mercato. Quindi i dati vengono resi ``usabili e navigabili''; • Data Mining: questo stadio si occupa di estrarre dei modelli dai dati. Un modello può essere definito come: dato un insieme di fatti (i dati) F, un linguaggio L ed alcune misure di certezza C, un modello è una dichiarazione S nel linguaggio L che descrive le relazioni che esistono tra i dati di un sottoinsieme G di F con una certezza c tale che S sia più semplice in qualche modo della enumerazione dei fatti contenuti in G. 13 • Interpretazione e valutazione: i modelli identificati dal sistema vengono interpretati cosicché la conoscenza che se ne acquisisce può essere di supporto alle decisioni, quali ad esempio la previsione e classificazione dei compiti, il riassunto dei contenuti di un database o la spiegazione dei fenomeni osservati. 3.1 Ambiente del Data Mining Il data mining ha attratto attorno a sè molti nuovi campi della Computer Science, tra questi spiccano l'inductive learning e il machine learning. 3.1.1 Inductive learning L'inductive learning è un processo che permette di costruire modelli di dati a partire dai dati ricavati da un database. Oggetti con caratteristiche simili vengono raggruppati in classi e regole attraverso le quali è possibile prevedere a quale classe apparterrà un nuovo oggetto. Il database sul quale viene applicato questo processo è un ambiente dinamico e di conseguenza il modello d'induzione deve essere adattativo, deve cioè essere in grado di imparare. Le strategie usate per ottenere l'inductive learning sono sostanzialmente due: • supervised learning: il computer impara dagli esempi dove un insegnante aiuta il sistema a costruire un modello definendo le classi e fornendo degli esempi. Il sistema quindi deve trovare una descrizione per ciascuna classe, cioè le proprietà comuni presenti negli esempi. Fatto questo il sistema si dedica agli oggetti che non ha ancora visto e applica a questi le regole dedotte al passo precedente. • unsupervised learning: questo è il modo di imparare attraverso l'osservazione e la deduzione. Dapprima al data mining vengono forniti degli oggetti che sono solo d'esempio, ma non si dà nessuna definizione di classi: in questo modo il sistema deve occuparsi di riconoscere le classi e dare le regole che le formano. Il risultato di questo primo passo viene poi applicato al resto dell'archivio in esame. 3.1.2 Machine learning Machine learning è inteso come l'automazione del processo di apprendimento, dove l'apprendimento è il tentativo di ricavare regole dall'osservazione degli stati e delle transizioni di stato dell'ambiente di impiego del software. Questo campo è molto vasto e comprende anche l'apprendimento dagli esempi, il rinforzo dell'apprendimento, l'apprendimento con insegnante, ecc. Un algoritmo d'apprendimento prende un dato da un insieme e l'informazione che a questo è connessa e dà in uscita un concetto che rappresenta il risultato dell'apprendimento. Anche il Machine learning prende spunto dagli esempi precedenti per creare delle generalizzazioni da applicare ai nuovi casi. Vediamo ora quali sono le differenze tra il data mining ed il machine learning: • lo scopo del data mining è quello di scovare conoscenza in un insieme di dati, mentre quello del machine learning è quello di migliorare la resa di un qualche processo. Ne segue che addestrare una rete neurale per bilanciare un palo fa parte del machine learning, ma non del data mining. • il data mining si occupa di insiemi di dati molto voluminosi, mentre il machine learning 14 solitamente si limita a piccoli insiemi di dati, di conseguenza l'efficienza e la potenza di calcolo sono più importanti per il data mining. • il machine learning è un vasto campo che non comprende solo l'apprendimento dagli esempi, ma tutti i tipi di algoritmi di apprendimento. 3.2 Modelli di Data Mining IBM è una delle pochissime grandi aziende informatiche che ha cominciato a scommettere nel data mining ed ha identificato due modelli largamente usati nello sviluppo di applicativi: quello di verifica e quello di scoperta. 3.2.1 Modello di verifica Il modello di verifica prende dall'utente un'ipotesi e ne verifica la validità nei dati. L'enfasi è posta sull'utente che genera le ipotesi. Il problema di questo modello è il fatto che nessuna nuova informazione viene creata, piuttosto tutte le interrogazioni daranno come risultato dei record che confermano o negano le ipotesi poste. Il processo di ricerca è iterativo: perciò l'output viene via via revisionato con un nuovo insieme di interrogazioni o ipotesi che raffinano la ricerca e l'intero processo viene ripetuto. 3.2.2 Modello di scoperta Qui l'enfasi è posta sul sistema che in maniera automatica scopre importanti informazioni nascoste nei dati. I dati vengono passati al setaccio alla ricerca di similitudini, tendenze e generalizzazioni senza l'intervento o la guida dell'utente. Il data mining mira a rivelare molti fatti che riguardano i dati nel tempo più breve possibile. 3.3 Funzioni del Data Mining I metodi usati dal data mining per estrarre la conoscenza sono descritti nelle seguenti sotto sezioni. 3.3.1 Classificazione Durante l'apprendimento delle regole di classificazione l'utente fornisce al sistema le condizioni sui dati che definiscono ogni classe; il data mine quindi costruisce per ciascuna di queste una descrizione che poi applica ai dati non ancora analizzati per dedurne la classe di appartenenza. Una volta definite alcune classi il sistema è in grado di dedurre le regole che governano la classificazione e usando queste trova una descrizione per ogni classe. Una regola è definita corretta se la sua descrizione comprende tutti gli esempi dati dall'utente che appartengono ad una classe ed esclude tutti quelli che non vi appartengono. Una regola generalmente si presenta composta di due parti: una parte destra (RHS: Right Hand Side) ed una parte sinistra (LHS: Left Hand Side); se è vera la parte sinistra allora lo è anche la parte destra. Le regole si suddividono in tre categorie: regole esatte che non permettono eccezioni; regole forti che permettono alcune eccezioni, ma queste ultime hanno un dato limite; regole probabilistiche che mettono in relazione la probabilità condizionata P(RHS|LHS) con la probabilità P(RHS). 15 3.3.2 Associazioni Dati un certo numero di proprietà ed un insieme di record, ognuno dei quali soddisfa alcune delle proprietà imposte, una funzione di associazione è un'operazione che restituisce le affinità che esistono tra le proprietà selezionate. Le affinità possono essere espresse attraverso delle regole quali: ``il 72% dei record che soddisfano le proprietà A, B e C soddisfano anche D ed E''. In questo caso la percentuale risultante è detta fattore di confidenza della regola. 3.3.3 Modelli temporali In questo caso si analizzano i record inseriti in un certo arco di tempo per identificarne ad esempio le tendenze. Per esempio si può vedere quali siano gli acquisti che generalmente precedono quello di un forno a microonde (dove l'identità dell'acquirente sia conosciuta) oppure quali siano le richieste di indennizzo ad un'assicurazione con lo scopo di individuare sequenze di esami medici che portano a migliori procedure di terapia o scovare possibili frodi da parte dei clienti. 3.3.4 Raggruppamento e segmentazione Raggruppamento e segmentazione sono processi di creazione di una partizione di tutti i membri di ciascun insieme secondo una certa metrica. Un gruppo è un insieme di oggetti che in qualche modo sono simili tra loro. Spesso gli oggetti sono suddivisi in gruppi che possono anche essere mutuamente esclusivi. La chiave di lettura di questa metodologia è quella di tradurre qualche misura di similitudine intuitiva in una misura quantitativa. Quando viene usata la tecnologia unsupervised learning il sistema deve automaticamente suddividere gli oggetti in classi, cioè deve scoprire i sottoinsiemi dagli esempi e trovare una descrizione che soddisfi ciascuno di questi sottoinsiemi. 4 La progettazione del Data Warehouse 4.1 Progetto di un Data Warehouse Nel progetto di un'applicazione software generalmente si parte da un'analisi dei requisiti dettagliata, costruita assieme al cliente, per passare poi alla fase di sviluppo. Questo richiede di avere le idee chiare fin dall'inizio di ciò che si vuole ottenere. Spesso invece nello sviluppo di un data warehouse né i programmatori né gli end-user hanno chiaro quali siano gli usi finali dell'applicazione, tanti sono i modi di impiego che può avere. La filosofia del progetto di un data warehouse è riassunta nello slogan ``think big start small'', ossia pensare a grandi progetti partendo con piccole realizzazioni. La strategia tipicamente usata è quella di partire dalle applicazioni operazionali già esistenti ed integrarne i dati per un solo soggetto d'indagine. Su questo soggetto alcuni utenti cominciano a lavorare e interrogare l'archivio. In questo modo si crea curiosità sui possibili utilizzi del data warehouse. Una volta che è partito l'utilizzo allora nascono alcune esigenze da tradurre in applicazioni e la voglia di estendere l'uso del data warehouse ad altri soggetti che di conseguenza portano all'espansione dell'utenza e delle esigenze. Quando quasi tutti i soggetti sono stati individuati nasce l'esigenza di specializzare il data warehouse per alcuni dipartimenti dell'azienda. Vengono così creati i Data Warehouse Dipartimentali, conosciuti anche come Data Mart, specializzati per l'uso in un solo settore dell'azienda che può essere ad esempio l'area marketing o l'area logistica. In questo modo, solo quando tutti gli utenti possibili hanno messo mani sul data warehouse, si è a conoscenza di quali 16 siano i requisiti dell'intera applicazione. Un'altra strategia applicata è quella di partire dai data mart, quindi con progetti più piccoli indipendenti, per poi arrivare alla loro integrazione in un data warehouse. Entrambe le strategie richiedono tempi di sviluppo molto lunghi e collaborazioni molto strette tra utenti e sviluppatori. Mediamente per lo sviluppo di un intero progetto di data warehouse si parla di tempi che si prolungano per circa due anni. Ovviamente i primi livelli di sviluppo devono essere molto rapidi, magari un po' rozzi ma devono permettere di creare un valido mezzo di comunicazione tra utente e sviluppatore. Visti i tempi di sviluppo pare ovvia la filosofia accennata prima dato che nessuna azienda sarebbe disposta ad enormi investimenti per lunghi periodi senza avere la possibilità di vedere qualche risultato prima del completamento del progetto. Siccome gran parte della complessità di un progetto di data warehouse sta nel fatto che nessuno ha ben chiaro all'inizio quali siano i requisiti che si vogliono ottenere dalle applicazioni che usano i dati in esso contenuti, non è possibile applicare le classiche tecniche di progettazione top-down o utilizzare dei CASE che facilitano il lavoro del progettista. Esistono strumenti di sviluppo ma sono limitati a compiti ben precisi: la creazione delle tabelle, l'integrazione dei dati, la preparazione di maschere e così via. Il progetto di un data warehouse richiede necessariamente l'impiego di un team di sviluppatori e di conseguenza l'utilizzo di tecniche di software engeneering per facilitare il lavoro di squadra e la successiva manutenzione del software creato. 4.2 Data Warehouse e modelli di dati I modelli di dati usati per il progetto di un data warehouse non differiscono di molto da quelli usati per un Data Base. Esistono tre livelli di modellazione: • di alto livello dove lo strumento usato è l'Entity Relationship; • di medio livello dove si usano il DIS (Data Item Set) e lo Star Schema; • di basso livello chiamato anche modello fisico. 4.2.1 Entity Relationship Model La spiegazione di come si costruisce uno schema E-R si può trovare in letteratura in molte fonti, una delle quali è riportata in bibliografia[3]. L'E-R viene usato per definire assieme agli end-user quali siano le entità che devono entrare a far parte del data warehouse. Si definiscono vari schemi E-R per i vari settori dell'azienda a seconda dei punti di vista di ciascuno degli end-user attraverso interviste e riunioni collettive. Quindi si uniscono gli schemi ottenuti per ricavarne una descrizione complessiva dell'organizzazione che soddisfi gli scopi supposti del data warehouse. Una volta individuate le entità più importanti del progetto, una piccola stima sulle istanze rivelerà quali saranno le più numerose, che verranno progettate usando una struttura a Star schema, mentre per le altre entità si potrà usare il DIS. 4.2.2 Data Item Set Il DIS viene usato per identificare gli attributi dei dati e le relazioni che tra questi intercorrono. A partire dallo schema E-R si va a particolareggiare ciascuna entità per definirne meglio gli attributi e le associazioni con le altre entità. Esistono quattro costrutti che appartengono al data item set: • gruppo primario di dati, 17 • gruppo secondario di dati, • connettore, • ``tipo di'' dati. Per ciascuna entità individuata viene definito uno ed un solo gruppo primario di dati ed esso contiene quegli attributi dell'entità che esistono una ed una sola volta per ciascuna istanza dell'entità. Come tutti i gruppi di dati anche quello primario contiene attributi e chiavi. Un gruppo secondario di dati contiene quegli attributi dell'entità che possono essere multipli per ciascuna istanza di un'entità; ad esempio gli indirizzi che fanno capo ad un conto corrente possono essere più d'uno come in fig. 3.1. Un gruppo secondario è legato a quello primario da una linea verso il basso che parte dal gruppo primario e termina su quello secondario. Figure 3.1: Le associazioni nello schema ER si ritrovano nei connettori dello schema DIS. Il gruppo primario nr. conto è connesso al gruppo primario cliente Un connettore mette in relazione i dati provenienti da un gruppo primario e/o secondario a quelli di un altro. In particolare un'associazione nello schema E-R si traduce in uno o due connettori nel DIS, a seconda del tipo di associazione, come mostrato in fig. 3.1. Il tipo di associazione E-R rappresentato in figura prevede a livello di DIS una coppia di connettori, ma per brevità ne è rappresentato in figura solo uno. Infatti come ad un numero di conto possono essere associati più clienti di una banca è vero anche il viceversa, cioè che un cliente può avere più conti correnti presso la stessa banca. La convenzione usata per distinguere un connettore è la sottolineatura di una chiave esterna. Il quarto costrutto serve a distinguere ciò che definiamo super tipo da ciò che è un suo sotto tipo; riferendoci ad esempio ad un conto corrente vogliamo distinguere quello che è un conto per un prestito da quello di un libretto di risparmio come in fig. 3.2. La convenzione usata per distinguere i due tipi di dati è una linea principale orizzontale che separa il super tipo a sinistra dai suoi sotto tipi a destra. La fig. 3.2 è la rappresentazione completa di un'entità CONTO CORRENTE di uno schema E-R in uno schema DIS. Figure 3.2: Esempio applicato all'entità CONTO 18 di DIS Una situazione interessante si presenta quando esistono due ``tipo di'' raggruppamenti come in fig. 3.3. Un criterio di suddivisione è dato dal ``tipo di'' operazione e l'altro dal ``tipo di'' sportello. In totale risultano quattro raggruppamenti delle operazioni di sportello: deposito automatico, ritiro automatico, deposito dal cassiere e ritiro dal cassiere. Figure 3.3: Esempio di DIS applicato alle attività bancarie svolte allo sportello del cassiere ed a quello automatico. 4.2.3 Physical Data Model Il livello fisico nasce dall'estensione del livello medio aggiungendo le necessarie chiavi e le caratteristiche fisiche al modello. Le caratteristiche fisiche del modello dei dati dipendono in gran parte dal DBMS che intendiamo usare. Una volta sviluppato esso sarà rappresentato da una serie di tabelle. In questo modello bisogna anche tener conto delle performance che vogliamo ottenere e di conseguenza decidere il livello di granularità dei dati ed il loro partizionamento. Le considerazioni si fanno soprattutto tenendo conto dell'uso delle risorse di I/O. L'obiettivo da perseguire è quello di ottenere il maggior numero di record ad ogni operazione di I/O; ossia di trasferire in memoria un gruppo di record che ha un'alta probabilità di essere quello richiesto dall'end-user in modo tale da ridurre il più possibile il numero di I/O. Il fatto che inoltre l'enduser non possa modificare i dati del data warehouse libera lo sviluppatore da alcuni fattori di cui altrimenti dovrebbe tener conto, come ad esempio la concorrenza che si potrebbe instaurare in un processo di scrittura o la scelta da parte dell'utente di dove andare a salvare dei dati. 4.3 Normalizzazione e denormalizzazione Il modello E-R ed il DIS però portano a tabelle altamente normalizzate il che va molto bene in un ambiente operazionale dove le query coinvolgono poche tuple, ma in un data warehouse spesso la normalizzazione porta a tempi di risposta insostenibili dovuti ai numerosi accessi ai dischi del sistema. Quello che occorre cercare è un compromesso tra la dimensione del data warehouse e le prestazioni del sistema. Una tecnica per ridurre il numero di I/O è quella di registrare in un'unica riga vettori di dati. Nelle ricerche dove il tempo è una chiave importante capita spesso che vi siano sequenze di dati che vengono richieste in successione (ad esempio le vendite giorno per giorno di una determinata settimana), se i dati sono disponibili in una sola riga è sufficiente una sola operazione di I/O per ottenere tutte le informazioni che si vogliono. Vediamo dall'esempio di fig. 3.4 come la denormalizzazione possa aiutare le operazioni di lettura. Supponiamo che la descrizione di una parte di un prodotto sia registrata in una tabella: ogni volta che il magazzino, le vendite o il ciclo produzione richiedono la descrizione della parte devono fare due accessi 19 (parte A della figura), mentre, se introduciamo ridondanza nei dati, i vari reparti necessitano di un solo accesso alle risorse per ottenere la stessa informazione (parte B). Figure 3.4: I dati normalizzati richiedono un I/O per la modifica e due per la lettura (A), mentre la cosa si ribalta per i dati denormalizzati (B) Come si può notare dalla fig. 3.4 l'operazione di modifica risulta più lenta e complessa, ma questa viene fatta solo in casi eccezionali in modalità batch e per questo motivo il progettista può considerare valida la scelta della denormalizzazione. Ovviamente avere dati ridondanti nel data warehouse porta ad uno spreco di risorse per quanto riguarda le dimensioni dei file e questo è il prezzo da pagare per ottenere migliori prestazioni nei tempi di risposta all'end-user. 4.3.1 Snapshot Sono un elemento chiave presente in ogni progetto di data warehouse. Si tratta di tabelle formate sostanzialmente da quattro tipi di elementi: • elementi chiave: sono quelli che distinguono una tupla della tabella; • elementi di tempo: sempre presenti in uno snapshot; • elementi primari: i dati che portano l'informazione; • elementi secondari: opzionali, ma che aggiungono informazione e stabiliscono una relazione con gli elementi primari. L'aggiornamento di uno snapshot avviene in seguito al verificarsi di un evento sia esso predeterminato nel tempo o no. Ad esempio, considerando il caso della vendita al dettaglio, uno snapshot può essere l'insieme delle vendite avvenute in un giorno diviso per prodotti: l'evento è determinato dall'ora di chiusura del negozio, l'elemento di tempo è nella data che stiamo considerando, elementi chiave possono essere l'insieme costituito da codice del prodotto e il tempo, elementi primari il numero di prodotti venduti e il reddito proveniente da questa vendita, infine elemento secondario può essere un'informazione occasionale che si ottiene al momento della vendita come la conoscenza della quantità di prodotto ancora presente in magazzino. Uno snapshot può aggiornarsi anche in seguito ad eventi non predeterminati nel tempo: ad esempio in 20 un magazzino può avvenire quando un impiegato inserisce i dati relativi ad una spedizione nell'ambiente operazionale. Una volta che in uno snapshot sono stati inseriti anche elementi secondari, si viene a creare una relazione di fatto tra i dati secondari ed i dati primari, ma non viceversa data l'opzionalità dei secondari. 4.3.2 Caricamento dei dati dal sistema operazionale Esistono sostanzialmente tre tipi di operazioni per popolare un data warehouse a partire dai dati dell'ambiente operazionale: • caricamento di dati d'archivio, • caricamento dei dati attualmente contenuti nell'ambiente operazionale • caricamento dei cambiamenti avvenuti nell'ambiente operazionale dall'ultimo refresh dei dati avvenuto nel data warehouse. Le prime due operazioni vengono fatte una volta per tutte e perciò non rappresentano una grossa difficoltà né nell'uso delle risorse né nella scrittura del codice. La terza operazione invece è quella dove si devono maggiormente concentrare gli sforzi dello sviluppatore. Esistono cinque tecniche usate per limitare la quantità di dati manipolata durante l'aggiornamento della popolazione del data warehouse. La prima tecnica è utilizzabile laddove l'applicazione dell'ambiente operazionale inserisce in ogni suo record un elemento di tempo; l'aggiornamento del data warehouse avviene in base alla precedente data di aggiornamento: in pratica viene eseguita una scansione dell'archivio operazionale alla ricerca dei record che hanno data successiva al precedente aggiornamento. Una seconda tecnica si basa su un principio differenziale dove viene costruito un ``delta file'' contenente solo i dati che sono stati modificati dall'applicazione a partire dall'ultimo aggiornamento. Questa tecnica è molto efficiente, ma non tutte le applicazioni permettono di usarla. La terza tecnica consiste nell'osservazione dei file di log per determinare quali siano le modifiche avvenute. Questa tecnica però presenta delle difficoltà. In primo luogo perché le applicazioni proteggono i file di log per poter essere usati in caso di necessità di recupero dei dati. In secondo luogo perché il formato interno dei file di log è scritto per la specifica applicazione e scrivere un driver di filtro dal file di log al data warehouse può risultare difficoltoso. In terzo luogo perché il file di log in genere contiene molte informazioni in più rispetto a quelle strettamente necessarie all'operazione di popolamento del data warehouse. La quarta tecnica consiste nel modificare il codice delle applicazione dell'ambiente operazionale, ma non è praticamente mai usata. L'ultima tecnica, usata solo come ultima risorsa, è quella di creare ad ogni aggiornamento un'``istantanea'' del database e quindi confrontare in modo seriale l'immagine ``precedente'' con quella ``attuale'' per determinare i record da inserire nel data warehouse. Questa tecnica però è ingombrante, complessa ed occupa una smisurata quantità di risorse. Altra cosa che bisogna considerare è il fatto che i dati contenuti nel data warehouse non possono essere modificati, perciò i dati modificati provenienti dall'ambiente operazionale devono essere inseriti come nuovi record nel data warehouse a cui vengono aggiunti degli attributi di tempo per distinguerli da quelli sullo stesso argomento precedentemente salvati. 4.4 Integrazione dei dati Nel seguito sono riportati alcuni dei problemi che sorgono quando si vuole passare da un 21 ambiente operazionale tipicamente legacy ad un ambiente decisionale montato generalmente su di un DBMS che può essere relazionale. Il DBMS relazionale sembra essere quello di maggior successo nello sviluppo di un data warehouse; alcuni dei motivi che portano alla scelta di un relazionale sono la stabilità provata da questi sistemi e la certezza che nelle future applicazioni saranno supportati da driver che permetteranno abbastanza facilmente la migrazione verso i nuovi ambienti, cose che i sistemi legacy per ora hanno difficilmente permesso. 4.4.1 Problemi riscontrabili nell'integrazione dei dati • L'estrazione dei dati dall'ambiente operazionale implica un cambio di tecnologia per andare verso il data warehouse: spesso si tratta di spostare i dati verso DBMS diversi. • Come visto in precedenza è difficile selezionare i dati che vogliamo di volta in volta caricare. • Le chiavi di identificazione dei record dell'ambiente operazionale devono essere ristrutturate per rientrare nella struttura del data warehouse. Spesso si tratta solamente di aggiungere un elemento di tempo, ma l'operazione può essere anche più complessa. • I dati stessi devono essere ristrutturati (vedi fig. 1.1). • Alcuni dati devono essere eliminati al momento dell'aggiornamento del data warehouse. Spesso non ha senso caricare il data warehouse con tutti i dati dell'ambiente operazionale. • Possono esistere più fonti di dati per un solo elemento del data warehouse, bisogna allora aggiungere della logica al processo di aggiornamento che di volta in volta scelga la fonte più opportuna. • Devono essere prodotti dati a vari livelli di aggregazione. • Sotto certe condizioni devono essere aggiunti dei valori di default ai dati estratti. • Sono necessarie conversioni spesso non banali dei dati per passare da un ambiente legacy ad un data warehouse. • Dato il volume di dati che viene coinvolto nelle operazioni di aggiornamento, spesso occorre far ricorso a speciali opzioni di progetto come il calcolo parallelo e la lettura parallela dei dati da risorse diverse. • Nelle varie fasi dello sviluppo di un data warehouse le specifiche di aggiornamento possono cambiare più volte: di conseguenza può esserci del software che viene creato ma non documentato e questo può creare problemi di sviluppo e manutenzione. • Gli scopi e le strutture del data warehouse sono diversi da quelli dell'ambiente operazionale che lo alimenta. 4.4.2 I metadati In un ambiente di data warehouse i metadati giocano un ruolo di primo piano, essi sono utili sia allo sviluppatore che all'end-user/analista. Allo sviluppatore servono come prima documentazione della struttura del data warehouse e dei processi di trasformazione che 22 subiscono i dati, all'analista servono a capire come sono stati ottenuti i dati salvati nel data warehouse e quindi a formulare in modo più preciso le sue interrogazioni. Tipicamente i metadati tengono conto di: • struttura dei dati, • sorgente dei dati, • trasformazioni che i dati subiscono nel passaggio tra i due ambienti, • modello dei dati, • routine utilizzate per accedere ai dati, • cambiamenti subiti dalle strutture, le sorgenti, le routine ed il modello dei dati. Tutte queste informazioni se accessibili a tutti i tipi di utenza in modo esplicito aiutano sia nelle ricerche ed analisi dei dati in archivio che nello sviluppo delle applicazioni. 4.5 La granularità in un Data Warehouse Come è stato accennato prima è necessario fare una stima delle occorrenze di ciascuna entità nel progetto di un data warehouse. Questo sia per sapere di quali risorse si necessita sia per scoprire i tempi di risposta e vedere se sono compatibili con le aspettative dell'end-user. In particolare bisogna vedere se è necessario riassumere alcuni dati e in quale modo farlo per riuscire a soddisfare il compromesso tra la necessità informativa dell'end-user e l'occupazione di risorse. A tal proposito è bene pensare ad un data warehouse come ad un magazzino: ciascun dato occupa del posto, quindi costa, perció i dati inutili vanno gettati o compattati. Al massimo livello di dettaglio un rivenditore al dettaglio può disporre di ciascuna vendita avvenuta in funzione delle voci di tutti gli scontrini che sono stati emessi in tutte le casse (POS: Point Of Sail). Un livello di summarization in questo caso è l'aggregazione dei dati dei POS nella quantità di ciascun prodotto venduta ogni giorno; un livello ancora più alto di granularità lo otteniamo nelle vendite settimanali e così via. In questo modo si possono ottenere varie tabelle interrogabili separatamente per raggiungere tempi di risposta ottimali. La questione più importante da risolvere nel progetto del data warehouse è quanti e quali livelli di granularità deve supportare la struttura. Bisogna tener conto del tipo di informazione che si cerca più spesso, delle istanze delle entità e delle risorse a nostra disposizione. In nostro aiuto può venire la fig. 3.5 dove si nota come al crescere delle istanze è opportuno creare più livelli di granularità. 23 Figure 3.5: Soglie oltre le quali occorre attuare un progetto a più livelli di granularità a seconda delle occorrenze stimate nell'arco di un anno e di 5 anni Ovviamente a partire da un solo livello di granularità è possibile ottenere on-line tutti gli altri, ma questa operazione spreca moltissime risorse, perció può essere usato un solo livello di granularità laddove il numero di occorrenze di un'entità è limitato. Bisogna poi tener conto dell'arco di tempo che si vuole tenere on-line nel data warehouse, perché più è lungo e più è probabile che sia necessario usare più livelli di granularità. È interessante far notare che il livello di granularità dipende dal numero dei record e non dalla loro dimensione: infatti, indipendentemente da quanto spazio un singolo record occupa, il numero di accessi agli indici ed alle tabelle è lo stesso; solo se i record sono eccezionalmente grandi si potranno avere più accessi alle risorse I/O per ottenerne uno. Per determinare quale sia il giusto livello di granularità da applicare ad un progetto si mettono a disposizione dell'utente finale i dati con un'applicazione di prova e tramite monitoraggi ed interviste si stabilisce quale sia il livello di dettaglio da implementare. 4.5.1 Star Schema Il nome star schema viene dalla vaga somiglianza che un diagramma a molte dimensioni ha con il classico disegno di una stella come si può vedere dalla fig. 4.1. Lo schema è composto da una tabella centrale detta fact table unita a molte altre tabelle dette dimension table. La fact table è l'unica ad avere join multiple con altre tabelle, mentre le dimension table sono unite alla sola fact table. Figure 4.1: Esempio di semplice Star Schema 4.5.2 Fact Table La fact table è il luogo ove vengono registrate le cosiddette misure di mercato, ossia gli elementi d'indagine che variano in continuazione nell'entità che stiamo considerando. Esempi di misure di mercato sono: il prezzo unitario di un prodotto, la quantità venduta, il costo del prodotto, ecc. La chiave primaria di una fact table è composta da tutte le chiavi esterne che la legano alle dimension table. Se ne deduce che ogni record della fact table è individuato dai record delle dimension table: uno per ogni tabella dimensionale. Pensando allo star schema come ad un grafico multidimensionale, ciascun record della fact table si trova in un punto le cui coordinate, finite e discrete, sono determinate da un elemento preso da ciascuna dimensione. Un record della fact table allora contiene le sue coordinate e le misure di mercato riferite a quel punto. Ciascun 24 attributo della fact table è chiamato fatto. I fatti si suddividono in: additivi, semiadditivi e non additivi. I primi godono della proprietà di poter essere sommati lungo qualsiasi dimensione, ossia comunque si aggreghino i record della fact table il contenuto di quell'attributo può essere sommato ottenendo un risultato utile e significativo: ad esempio, considerando la fig. 4.1, il reddito proveniente dalle vendite (dollar_sales) è additivo, perché lungo qualsiasi dimensione possiamo fare dei raggruppamenti ed ottenere il reddito totale delle vendite di quel gruppo. I fatti semiadditivi invece sono additivi solo lungo alcune dimensioni e quelli non additivi ovviamente non sono additivi lungo alcuna dimensione. La fact table risulta essere fortemente normalizzata, perchè contiene solamente la chiave primaria e i pochi attributi che variano nel tempo che costituiscono i fatti salienti delle indagini. Di solito una fact table viene aggiornata giornalmente: per questa ragione, se l'arco di tempo che contiene è di qualche anno, il numero dei suoi record può raggiungere e superare qualche milione. Bisogna allora porre particolare attenzione nella progettazione di questa tabella, soprattutto nella scelta del tipo di campi che vogliamo salvare e degli indici che permetteranno l'accesso selezionato. Si prediligono i campi di dimensione ridotta e gli indici di tipo bit map. 4.5.3 Factless fact table Le factless fact table sono fact table che non registrano alcun fatto, ma sono usate unicamente per mettere in relazione tra loro gli elementi di dimensioni diverse. In fig. 4.2 è riportato un esempio in cui viene rappresentata la presenza ai corsi universitari. Usando questo schema è possibile stabilire la presenza media ad un corso, quanti corsi frequenta uno studente, quali corsi tiene un docente, ecc. Figure 4.2: Esempio di factless fact table Ciascun record della tabella registra l'esistenza di una relazione tra gli elementi delle dimension table presi da ciascuna dimensione, ossia l'esistenza di un determinato punto dell'iperspazio di riferimento. Ad esempio un record potrebbe registrare la presenza dello studente Tizio alla lezione tenuta dal prof. Caio il 23 marzo del '99. Non tutti i punti dell'iperspazio di fig. 4.2 corrispondono infatti ad un evento reale, altrimenti ciascuno studente dovrebbe essere contemporaneamente presente ad ogni corso o ugualmente ciascun docente dovrebbe insegnare in tutti i corsi ogni giorno. Da questo tipo di tabelle spesso vengono ricavate quelle che sono chiamate coverage table, che sono tabelle di copertura di tutti gli elementi che soddisfano determinate proprietà . Ad esempio può accadere che un prodotto dell'esempio di fig. 4.1 sia in promozione, ma non venga venduto. La fact table di fig. 4.1 non tiene traccia di questo prodotto e del fatto che sia in promozione: se invece aggiungiamo al nostro progetto una factless fact table ricavata da quella di fig. 4.1, possiamo determinare tutti i prodotti in promozione in una assegnata settimana in un determinato negozio e, mettendoli a confronto con quelli che sono stati venduti, possiamo ricavare quelli che sono rimasti invenduti. Allora possiamo vedere che l'uso combinato di fact table e factless fact table porta ad un allargamento degli orizzonti d'indagine. 25 4.5.4 Dimension Table Le dimension table contengono le descrizioni delle dimensioni di mercato. Per esempio possiamo trovare in una dimension table la completa definizione di un prodotto con tutti i suoi attributi. I migliori attributi sono quelli testuali che possono essere usati come sorgente di restrizioni nelle query degli utenti o come intestazioni degli insiemi di risposta agli end-user. La chiave primaria di una dimension table è composta da un solo attributo (a differenza di quella di una fact table che è composita) che si ripete come chiave esterna nella fact table. Non è possibile mettere direttamente in relazione tra loro due dimension table e spesso non ha neanche senso cercare di connettere due dimensioni perché riguardano argomenti completamente diversi; la loro unione acquista significato solo attraverso il verificarsi di un fatto. Spesso non è chiaro se un attributo deve appartenere ad una dimensione o essere considerato come fatto e, per decidere da quale parte dello star schema debba andare, bisogna vedere se questo attributo varia ``rapidamente'' nel tempo, nel qual caso è un fatto. Un esempio tipico è il prezzo di un prodotto che, sebbene sembri costante per lunghi periodi, è quasi sempre considerato un fatto. In una ricerca che coinvolge uno star schema è importante che prima vengano scandite le dimension table per determinare quali elementi soddisfino le caratteristiche selezionate e poi la fact table per ricavare i risultati cercati. Il DBMS deve essere forzato a lavorare in questo modo per evitare di accedere alla tabella più numerosa finché non si sono determinate le condizioni di selezione dei record. Le dimension table sono denormalizzate perchè sono quelle che subiscono più accessi in lettura e, come abbiamo visto prima, sebbene i dati siano ridondanti, risultano molto più rapidi i tempi di risposta; inoltre il risparmio di spazio che si ottiene dalla loro normalizzazione è mediamente inferiore all'uno per cento, data la differenza di dimensione dei file che contengono la fact table rispetto a quelli che contengono le dimension table. 4.5.5 Slowly changing dimension I valori di alcuni attributi dei record appartenenti ad una dimension table cambiano nel tempo, se il cambiamento è rapido può essere ritenuto un fatto e quindi salvato nella fact table, ma se non lo è , siamo in presenza di una slowly changing dimension. Ci sono tre soluzioni possibili in questi casi: • si sovrascrivono i vecchi valori perdendo ogni riferimento storico dei cambiamenti subiti dall'elemento; • si crea un nuovo record nella dimension table al momento del cambiamento sul quale vengono riportati i valori mutati e quelli stabili; • si creano degli attributi nella dimension table che tengono conto dei valori correnti e dei valori passati. Il primo metodo è quello che sicuramente permette di ottenere file più ridotti, ma non permette di fare alcuna indagine storica sui cambiamenti subiti dall'elemento. Il secondo è il più completo, perché permette di navigare avanti ed indietro nella storia dell'elemento, ma è quello che porta ad uno spreco maggiore di spazio. Per mantenere i riferimenti tra le descrizioni di un elemento è sufficiente aggiungere una o più cifre di ``versione'' alla chiave della dimension table: in questo modo le descrizioni di un elemento avranno tutte una base comune di codice e delle cifre diverse di versione. È interessante notare che non occorre aggiungere attributi di tempo alla tabella delle dimensioni per tener conto di quando un elemento è cambiato, perché questa tecnica porta 26 inevitabilmente ad una partizione della fact table nella quale tutti i record precedenti alla data di cambiamento di stato saranno riferiti alla versione precedente dell'elemento, mentre tutti i record correnti saranno legati alla versione corrente. Cos`i attraverso la fact table possiamo risalire alla storia degli elementi. Il terzo metodo tiene conto di un solo cambiamento. Nelle dimension tablevengono aggiunti gli attributi che conterranno i valori precedenti dell'elemento e quelli con le date dell'effettivo cambiamento. Cos`i , se una dimension table del cliente registra il suo stato civile, conterrà un attributo stato_civile_originale, uno stato_civile_corrente ed uno data_cambio_stato_civile. È ovvio che in questo modo possiamo risalire solo all'ultimo cambiamento subito dall'elemento. Se la tabella è molto popolata e pochi elementi cambiano, questa ristrutturazione porta ad uno spreco di spazio notevole dato che anche i record che non vengono cambiati possederanno i nuovi attributi, che in questi ultimi record saranno ovviamente nulli. 4.5.6 Minidimension Table Nelle dimensioni che contengono molti elementi spesso torna utile il raggruppamento di questi attraverso caratteristiche che sono loro comuni. Se ad esempio abbiamo una tabella clienti come in fig. 4.3, i loro dati demografici possono essere usati come base per le indagini di mercato: infatti è spesso più interessante sapere cosa comperano le donne nubili piuttosto di cosa ha comperato Anna Bianchi. I tipi di raggruppamenti possibili possono essere raccolti in tabelle che prendono il nome di minidimension table. Una minidimension table è connessa alla fact table ed alla dimension table attraverso una chiave esterna (minidimension key) come in fig. 4.3. Per facilitare l'accesso alla fact table può essere costruito un indice che include la minidimension key: questo permette di evitare di selezionare prima gli elementi della dimensione che appartengono al gruppo scelto per poi fare una ricerca nella fact table. Figure 4.3: Esempio di uso delle Minidimension Table Le minidimension possono tornare utili nelle slowly changing dimension perché spesso sono loro che contengono gli attributi che possono variare nel tempo, cos`i è sufficiente cambiare la minidimension key del record della dimensione per salvare il cambiamento di stato dell'elemento ed associarlo al nuovo gruppo di appartenenza. In questo modo non si aggiungono nuovi record alla dimension table ed allo stesso tempo è possibile risalire alla storia dell'elemento facendo ricorso ai record nella fact table che contengono la chiave dell'elemento in esame e guardando come la minidimension key è variata nel tempo, perché , come nel caso dell'aggiunta di un record con la nuova versione, la fact table viene ad essere partizionata dai valori della minidimension key. 27 4.5.7 Drill Across Se in un data warehouse sono presenti due o più entità sviluppate con l'ausilio dello star schema e queste condividono due o più dimensioni è possibile eseguire l'operazione di drill across. Essa consiste nella possibilità di produrre report che uniscono le due entità attraverso le fact table definendo ovviamente per entrambe le tabelle gli stessi valori di selezione nelle dimensioni comuni. 5 Lo Yield Management per una catena di hotel 5.1 Esperienza di data warehouse I termini ``Yield Management'' (letteralmente gestione dei redditi) sono stati coniati nell'ambito della gestione delle linee aeree ed hanno come obiettivo il massimizzare i guadagni che possono pervenire su un determinato volo. In altri ambienti le stesse tecniche adottate per lo yield management le possiamo trovare sotto le voci ``Revenue Management'' o ``Inventory Control''. Lo yield management è una disciplina economica pensata per molte industrie di servizi nelle quali la prenotazione, il controllo degli itinerari o la durata e la partizione dei prezzi in fasce di mercato vengono combinati con analisi statistiche al fine di espandere il mercato coperto dall'azienda ed incrementare il guadagno per unità (camera d'albergo, posto in aereo, ecc.). È un insieme di tecniche di previsione, modelli di ottimizzazione e procedure con le quali è possibile determinare quali prenotazioni conviene accettare e quali rifiutare nell'ottica di massimizzare i guadagni. I settori nei quali si è maggiormente sviluppato lo yield management sono: la prenotazione di voli, treni, camere d'albergo, noleggio mezzi. Tutti questi servizi hanno le seguenti caratteristiche comuni: • la richiesta di servizi può essere divisa in fasce distinte di mercato e l'elasticità dei prezzi varia in funzione del tipo di clientela, • la capacità di risposta alle richieste è relativamente fissa ed è molto costoso incrementarla o decrementarla (si pensi al numero di posti a sedere in un volo o al numero di camere in un hotel), • i servizi sono ``deperibili'' nel senso che non possono essere venduti dopo una determinata scadenza (un posto in un volo non può essere venduto quando l'aereo è già decollato), • il servizio viene prenotato, • la richiesta del servizio varia in continuazione e non può essere prevista con grande precisione, • lo stesso servizio ``fisico'' (il posto a sedere o la camera) può essere venduto a diverse fasce di mercato con prezzi e modi di prenotazione diversi. Come abbiamo visto alla base di una previsione e decisione sta un archivio consistente di dati che ci permette di confrontare la situazione attuale con ciò che è accaduto nel passato per cercare 28 di determinare quale sarà il futuro prossimo e lontano dell'attività . Perciò alla base di un sistema di yield management troviamo un data warehouse. Quello che ci proponiamo nei prossimi paragrafi è il determinare quale possa essere uno schema di principio di un data warehouse da applicare allo yield management di una catena d'alberghi. Ci concentreremo in particolare al solo settore delle prenotazioni. 5.2 La base di dati di partenza La base di dati utilizzata per lo sviluppo degli schemi proviene da un programma gestionale fornito agli alberghi. Esso è composto di molte tabelle per la gestione dei clienti, dei libri mastri, degli agenti di viaggi e dei servizi ausiliari proposti dall'albergo. Il gestionale è stato scritto in ClipperTM perciò le tabelle sono in formato DB IIITM, prive di integrità referenziale e qualsiasi tipo di relazione. Questo fatto ha creato non pochi problemi dato che anche la documentazione disponibile era un sunto molto ristretto di ciò che ciascuna tabella contiene. Si è resa necessaria allora una breve fase di reverse engeneering per capire come fossero stati memorizzati i dati nelle tabelle ed individuare le tabelle utili a popolare il data warehouse. La qualità dei dati e le vecchie tecnologie applicate implicano una grossa operazione di filtraggio dei dati al fine di soddisfare le chiavi primarie ed esterne del data warehouse ed ottenere dati utili al DSS da costruire. Nel database infatti esistono prenotazioni non connesse ad alcun cliente oppure pernottamenti a costo zero, clienti che hanno valori nulli nei campi del cognome e del nome ed altri dati non consistenti dovuti molto probabilmente ad un mancato controllo di ciò che inseriscono gli utenti. Una delle parti più difficili allora è determinare quali campi e tabelle debbano far parte del data warehouse ed in quale modo. Occorre considerare infatti che la base di dati è composta da ben 243 tabelle di cui alcune sono state utilizzate anche per contenere del codice implementativo o le descrizioni delle stampanti, altre per mantenere dati storici riassunti ed altre ancora sono ridondanti per parti delle tabelle principali. Il gestionale è stato sviluppato da una ditta tedesca per alberghi italiani, perciò il contenuto delle tabelle e delle loro strutture mostra un intreccio di ben tre lingue: tedesco, inglese ed italiano. L'applicazione inoltre mostra tutte le caratteristiche di un programma costruito finché le esigenze dei clienti aumentavano senza però mai ristrutturare la base di dati, perciò spesso campi che, in tabelle diverse, si riferiscono ad uno stesso elemento, sono registrati con nomi e formati diversi pur avendo sempre lo stesso contenuto; ad esempio il numero di codice di un cliente è registrato sia come stringa che come numero. Le tabelle non sono normalizzate e questo porta ad una certa ridondanza dei dati ed una quasi completa mancanza di allineamento degli aggiornamenti da essi subiti: in tabelle diverse uno stesso cliente può avere indirizzi diversi. Sembra inoltre che non esista una versione standard del prodotto, ma che di volta in volta venga costruita una versione custom per ciascun albergo: infatti è capitato di maneggiare strutture di dati appartenenti alla stessa applicazione ma provenienti da alberghi diversi ed erano tutte diverse tra loro; solo alcuni campi erano comuni alle strutture. Per limitare lo spazio occupato nei dischi dalle tabelle, la base di dati sposta i dati provenienti da una prenotazione in un libro mastro una volta che il pernottamento è stato pagato ed alla fine dell'anno azzera l'archivio delle prenotazioni. Questo meccanismo fa s`i che vengano persi molti dati interessanti che sarebbero di supporto alle decisioni. Per esempio vengono perse tutte le cancellazioni di prenotazioni con i relativi motivi, gli sconti applicati ed i servizi richiesti. Se si volesse usare questa base di dati come punto di partenza per il DSS, potrebbe essere utile solo fra almeno due anni: in questo periodo infatti, prendendo i dati dalla tabella più completa, si riuscirebbe ad avere un quadro probabilmente completo di situazioni, di cancellazioni, richieste di servizi, ecc. che amplierebbero in modo sufficiente la base di dati per il DSS. Per poter utilizzare questa applicazione come base di partenza per la costruzione di un data warehouse per 29 lo yield management, sarebbe necessaria una formazione degli utilizzatori della base di dati affinché i dati siano di un qualche interesse per il manager oppure bisognerebbe ristrutturare completamente l'applicazione e la sua base di dati al fine di fornire una buona base per la gestione dell'albergo ed il data warehouse. Utile sarebbe anche la figura di una persona responsabile della qualità dei dati che entrano a far parte del data warehouse, che si preoccupa eventualmente di avvisare il tal albergo della catena di rivedere alcuni dati spediti prima di inserirli nel data warehouse e che comunica agli utilizzatori del data warehouse che i dati dell'ultimo aggiornamento sono incompleti. 5.3 Lo schema proposto 5.3.1 Lo schema E-R della PRENOTAZIONE Individuata l'entità PRENOTAZIONE uno schema di principio E-R è quello riportato in fig. 5.1. Attraverso una CHIAMATA un CLIENTE o un AGENTE per conto di un cliente esegue almeno una PRENOTAZIONE presso un HOTEL. Questa operazione è rappresentata nello schema dalla relazione multipla di CHIAMATA. Figure 5.1: Schema di principio E-R dell'entità PRENOTAZIONE Alla relazione devono necessariamente partecipare un CLIENTE, un HOTEL ed una PRENOTAZIONE; invece l'AGENTE è opzionale. Ovviamente molte prenotazioni potranno far capo ad un cliente, hotel o agente. Come si può vedere una prenotazione è fortemente caratterizzata dal tempo in quanto esistono una DATA di prenotazione, una di ARRIVO dell'ospite ed una di PARTENZA; altri suoi attributi sono il CONTO derivante dall'occupazione delle stanze, il numero di ADULTI e BAMBINI presenti nel periodo di occupazione ed il TIPO_CAMERA prenotato. Un attributo opzionale è l'attributo composto CANCELLAZIONE dotato di DATA e MOTIVO. Infine l'entità PRENOTAZIONE ha un identificatore esterno formato dagli attributi TIPO_CAMERA, ARRIVO, PARTENZA, DATA e dalla connessione con la relazione CHIAMATA. 30 5.3.2 Lo star schema delle Prenotazioni Poiché nella base di dati utilizzata risulta che un albergo mediamente ha 10.000 prenotazioni annue, lo schema da adottare per questa entità è certamente lo star schema. Si propone uno schema come quello di fig. 5.2 dove gli attributi di tempo e di tipo di camera prenotato si è preferito trasformarli in dimensioni perché sono elementi fondamentali di ricerca in un DSS sulle prenotazioni. Figure 5.2: Star schema di principio dell'entità PRENOTAZIONI Dall'identificatore esterno dello schema E-R risultano allora sette dimensioni: • tre individuate dal tempo: data, arrivo e partenza, • la categoria delle camere prenotate: cat_camere, • i clienti, • gli agenti e • gli hotel. Una menzione particolare va fatta per gli agenti: infatti la maggior parte delle prenotazioni effettuate secondo quanto dice la base di dati non è stata effettuata da alcun agente. Una soluzione a questo problema è quella di aggiungere un particolare record che tiene conto di questo nella tabella degli agenti e trattare di conseguenza i dati importati nel data warehouse. Le dimension table sono allora: Clienti, Cat_camere, Tempo, Hotel e Agenti le cui rispettive chiavi primarie sono: id_cliente, tipo_camera, data, id_hotel e id_agente. La chiave primaria della fact table Prenotazioni è formata dagli attributi: id_cliente, tipo_camera, data, arrivo, partenza, id_hotel e id_agente. Una nota particolare va per le chiavi esterne della fact table legate al tempo: infatti gli attributi data, arrivo e partenza sono tutti legati alla chiave primaria data della dimension table Tempo. I fatti individuati sono allora: • il numero di adulti, • il numero di bambini, • la commissione per l'agente, • il conto pagato, • la data ed il motivo di una cancellazione. 31 Ne risulta che lo star schema sviluppato nei fatti e nelle dimensioni si presenta come in fig. 5.3 dove sono rappresentati tutti i possibili dati ricavabili dal database di partenza. Figure 5.3: Star schema dell'entità PRENOTAZIONI In appendice è riportato il codice SQL utilizzato per la creazione delle tabelle dello star schema. Si può notare dal codice che la fact table contiene solo campi numerici per limitare lo spazio da lei occupato: infatti, se consideriamo una catena di soli quattro alberghi, possiamo approssimare il calcolo dello spazio della fact table con la seguente formula: 14*4*10.000*4*5=11.200.000 byte dove 14 sono i campi, 4 i byte di occupazione media di ciascun campo, 10.000 le prenotazioni medie annue, 4 gli alberghi della catena e 5 anni l'arco di tempo residente nella tabella del data warehouse di maggior uso. Il campo dei motivi di cancellazione contiene dei numeri interi per evitare di sprecare spazio e per evitare che una stessa causa sia espressa con parole diverse e quindi riconosciuta in una ricerca in modi diversi. Questo campo è connesso a una semplice tabella associativa formata da due campi uno con il numero del motivo ed uno con la descrizione. Tenendo ad esempio 30 caratteri per l'immissione diretta della descrizione del motivo nella fact table lo spazio occupato sarebbe aumentato di circa il 46%: (13*4+30)*10.000*4*5=16.400.000 byte. Per altro 30 caratteri sarebbero anche pochi per descrivere molti motivi, in questo modo si può dedicare anche un campo di tipo memo o di 100 caratteri per la descrizione, perché viene richiamato solo dopo aver ottenuto i risultati di una ricerca sulle prenotazioni. A questo punto, basandoci sul codice in appendice, possiamo calcolare anche lo spazio occupato dalle altre tabelle: • Agenti (4+4*30+15+60+8+3+20*5+70+8)*300*4=465.600 su una base di circa 300 agenti per ogni albergo; • byte Cat_camere (4+100)*10=4.000 byte; • Clienti (4*2+7*30+15+8*20+60+8+70+3+1)*20.000*4=42.800.000 byte su una base di 20.000 32 clienti per ogni albergo; • Hotel (8*4+2*40+2*30+8*2+3+3*20)*4=1.004 byte; • Tempo (9*4+2*9+10+50)*365*5=208.050 su un arco di tempo di 5 anni. byte Si può facilmente notare che la dimensione dei clienti occupa molto più spazio della fact table e ciò suggerirebbe l'uso di minidimension, ma non c'è stato modo di parlare con un manager d'albergo per riuscire a determinare quali fattori siano importanti nelle ricerche di mercato per definire le minidimension. A discapito dello spazio comunque bisogna dire che nelle ricerche si usano soprattutto gli indici e pochi campi della tabella: perciò dobbiamo tener conto del numero di record piuttosto che dello spazio che questi occupano e la fact table ne contiene 200.000 contro gli 80.000 della dimension table dei clienti. La dimensione dei clienti occupa molto spazio anche perché dai dati in mio possesso si deduce che un cliente nell'arco di quattro anni esegue mediamente 1,7 prenotazioni, il che fa presumere che in questo mercato la maggior parte dei clienti usufruisca del servizio una sola volta, mentre un'altra fascia di mercato lo utilizzi periodicamente. 5.4 Gli strumenti utilizzati Per la realizzazione dello star schema si è utilizzato Universal DB2 Version 5.0 Enterprise EditionTM di IBMTM e Microsoft Access '97TM: il primo per contenere le tabelle dello star schema ed il secondo per poter sfruttare le potenzialità di ODBC che consente di importare i dati da tabelle DB IIITM ed esportarli in DB2TM. DB2TM promette l'uso di algoritmi ottimizzati per la ricerca su uno star schema e l'uso di bit map index. Il condizionale è d'obbligo perché non prevede estensioni di SQL che assicurano che una determinata query venga eseguita su un determinato indice con un algoritmo ottimizzato. L'unica cosa che è possibile scegliere è il ``grado di ottimizzazione'' del compilatore SQL: la documentazione consiglia di porlo a livello 2 con il comando: SET CURRENT QUERY OPTIMIZATION = 2 questo livello è consigliato come il migliore per applicazioni quali OLAP e DSS. Questo livello limita l'overhead del compilatore e lascia al DBMS la scelta dell'algoritmo migliore per l'esecuzione della query, compreso l'algoritmo di star join che riconosce uno star schema solo quando questo raggiunge o supera le tre dimensioni. Impostando tale parametro si nota un miglioramento dei tempi di risposta del DBMS alle query di selezione. L'uso di Microsoft AccessTM si è reso necessario per il fatto che DB2TM non permette di importare file se non in formato testo; inoltre non prevede strumenti per la costruzione di query su un'interfaccia grafica che faciliti il lavoro dello sviluppatore in fase di progetto. Gli strumenti messi a disposizione da DB2TM sono molto spartani tanto che non permettono neanche la visualizzazione di un'intera tabella una volta che è stata popolata, vengono visualizzati solo circa 200 record della tabella e, data la quantità di record che si trova mediamente nelle tabelle di un data warehouse, questa cifra suona veramente ridicola. L'unico modo di visualizzare un'intera tabella è attraverso ODBC o un'applicazione scritta ad-hoc che utilizzi le librerie messe a 33 disposizione per i linguaggi C++ e Java. L'uso di ODBC e MS AccessTM rallenta i tempi di risposta e questo lo si può osservare tenendo aperto un processo di Task Manager dove si vede chiaramente che il processore viene prima dedicato al DBMS e poi a MS AccessTM. DB2TM non prevede la gestione di tabelle di dati aggregati, perciò se dovessimo creare un data warehouse con vari livelli di summarization dovremmo gestire tutta la questione della creazione di SQL ottimizzato nel back-end della nostra applicazione che a seconda della query dell'utente generi il codice SQL migliore. Se poi l'uso del data warehouse portasse alla scoperta della necessità di cambiare le summarization table ci troveremmo a dover riscrivere anche l'applicazione oltre agli schemi del data warehouse. Sarebbe di grande aiuto per lo sviluppatore ed il Data Warehouse Administrator un compilatore SQL che riconoscesse la presenza di summarization table (magari durante la definizione delle tabelle con un'estensione del linguaggio SQL) e dirottasse le query su queste tabelle quando necessario. Se per esempio esistesse una tabella che riassume i redditi in mesi e l'utente richiedesse quelli dell'intero anno, si farebbe certo prima a rispondergli sommando quelli dei mesi piuttosto che quelli dei giorni. Per la creazione dei dati della dimensione del tempo è stato utilizzato Microsoft Excel '97TM, perché permette in modo molto semplice di generare date consecutive per 5 anni con corrispondenti nomi dei giorni e dei mesi; quindi sempre attraverso MS AccessTMe ODBC è stato importato il tutto nella dimension table del tempo. I computer su cui è stato realizzato lo star schema hanno le seguenti caratteristiche: • CPU: Pentium II 300 CeleronTM, RAM: 128 Mb, Hd: 8 Gb UDMA EIDE; • CPU: AMD K6-2 3dTM, RAM: 64 Mb, Hd: 10 Gb UDMA EIDE; entrambi con sistema operativo Microsoft Windows NT 4.0TM. I tempi di risposta del DBMS comunque suggeriscono come caratteristiche minime della macchina che ospita un data mart delle prenotazioni mantenendo lo stesso sistema operativo dovrebbero essere: • CPU: Pentium II 400TM; RAM 256 Mb, Hd: 8 Gb SCSI con bus PCI da almeno 100 MHz. 5.5 Gli strumenti sul mercato In questa esperienza c'è stato modo di utilizzare solo DB2TM, ma è stata tuttavia raccolta documentazione anche di Oracle 8iTM, MS SQL Server 7.0TM e SAS Warehouse di SAS InstituteTM. La versione standard di tutti questi software è limitata per quel che riguarda la completa gestione di un data warehouse; se vogliamo avere le migliori prestazioni e buoni tool di sviluppo occorre aggiungere a ciascuno di questi DBMS dei moduli venduti separatamente. Nel seguito sono riportate schematicamente alcune caratteristiche di data warehousing supportate o meno dai DBMS menzionati. 5.5.1 Cosa gestisce • bit-map index, • ottimizzazioni algoritmiche per gli star schema, • nella Parallel Edition gestisce anche ricerca parallela contemporanea su più indici e più tabelle. 34 5.5.2 Cosa non gestisce • metadati (nel senso che i metadati non sono disponibili all'utente finale se non forniti come documentazione), • summarization table (nel senso che se si creano bisogna gestirne l'utilizzo nel back-end della nostra applicazione non c'è alcun meccanismo automatico che trasformi le nostre query a seconda dell'esistenza o meno delle summarization table), • OLAP è disponibile solo con un modulo a parte (DB2 OLAP ServerTM), • Data Mining è disponibile solo con un modulo a parte (Miner DataTM). 5.5.3 Oracle 8iTM 5.5.3.1 Cosa gestisce • bit-map index, • ottimizzazioni algoritmiche per gli star schema, • nella Parallel Edition gestisce anche ricerca parallela contemporanea su più indici e più tabelle, • summarization table. 5.5.3.2 Cosa non gestisce • metadati, • OLAP è disponibile solo con un modulo a parte (Oracle ExpressTM), • Data Mining non è disponibile. 5.5.4 SQL Server 7.0TM 5.5.4.1 Cosa gestisce • bit-map index, • ottimizzazioni algoritmiche per gli star schema, • ricerca parallela contemporanea su più indici e più tabelle se in presenza di tecnologia SMP, • motore OLAP integrato (anche se la stampa specialistica lo definisce limitato in capacità ). 5.5.4.3 Cosa non gestisce • metadati, 35 • summarization table, • Data Mining non è disponibile. 5.5.5 SAS WarehouseTM Non è propriamente classificabile come DBMS, ma bisognerebbe piuttosto pensarlo come DWMS (Data Warehouse Management System) perché è stato pensato solo con questo scopo: di conseguenza alcune caratteristiche non possono essere confrontate direttamente con un DBMS. Per esempio sebbene a livello logico divida le tabelle di uno star schema, nel momento in cui poniamo un'interrogazione, essa viene eseguita su un'enorme tabella denormalizzata formata dall'unione dei record della fact table espansi in tutte le loro dimensioni (non ci sarà quindi solo l'identificativo del cliente, ma tutti i suoi dati ripetuti per ogni ordine esso abbia fatto). SAS Warehouse è stato concepito solo nell'ambito del data warehouse, mentre gli altri prodotti qui esaminati sono pensati ancora come DBMS, perciò devono essere in grado di soddisfare dapprima le esigenze di OLTP e poi eventualmente anche quelle di data warehousing che spesso in quest'ambito è pensato solo come VLDB (Very Large Data Base). 5.5.5.1 Cosa gestisce • bit-map index, • ricerca parallela contemporanea su più indici e più tabelle, • metadati, • summarization table. 5.5.5.2 Cosa non gestisce • OLAP è disponibile solo con un modulo a parte, • Data Mining è disponibile solo con un modulo a parte. 5.6 La prova di Miner DataTM Ho avuto modo di provare nell'ambito del data mining Miner DataTM di IBMTM che, dalla documentazione analizzata, sembra essere uno degli strumenti più avanzati. La prima impressione che ne ho ricavato è che molto probabilmente siamo ancora lontani dalla definizione di uno standard in questo campo. Sebbene l'utilizzo di un data mine teoricamente sia rivolto ad un pubblico non specializzato praticamente questo strumento richiede buone conoscenze informatiche e ottime conoscenze statistiche in quanto sono necessari molti passaggi per definire quali siano i dati da analizzare e i risultati dell'analisi sono interpretabili solo da un pubblico esperto di analisti. Sebbene il data mining sia pensato come applicazione di un DSS in questo caso ci troviamo davanti ad un applicativo che richiede personale esperto per un utilizzo al massimo delle potenzialità e flessibilità che offre perciò ritorniamo alla delega delle decisione agli analisti piuttosto che ai manager. Di fatto Miner DataTM sembra essere un ottimo strumento per analisti i quali redigono i loro rapporti e li consegnano ai manager: siamo ancora lontani da un utilizzo user friendly. L'unico modo di rendere semplice l'uso di questo strumento è quello di 36 predeterminare alcuni tipi di analisi che vengono ripetute spesso, ma questo ne limita notevolmente la flessibilità . 6 Conclusioni Qualsiasi sia lo strumento che useremo nella creazione di un data warehouse, tutti i motori hanno in comune un prezzo molto elevato se rapportato ai prezzi a cui siamo abituati con le applicazioni nel mercato dei PC. A questo prezzo bisogna aggiungere gli anni-uomo necessari alla messa a punto dei database che forniscono i dati e la creazione del data warehouse comprensivo di un'interfaccia user friendly. Il prezzo e la necessità di manipolare grandi quantità di dati fanno s`i che solo aziende con un elevato fatturato siano interessate ad applicazioni di data warehousing. L'introduzione di un data warehouse in azienda implica necessariamente anche un'educazione dei manager al suo uso e quindi un cambio di mentalità e di strategia. Questo è forse uno degli scogli più duri da affrontare soprattutto nel nord-est del nostro paese dove il buon andamento delle aziende medio piccole è legato al ``fiuto'' dei dirigenti che spesso si sentono ``spodestati'' dall'avvento delle nuove tecnologie. Il data warehouse vorrebbe essere anche un repository dell'esperienza manageriale per poter mantenere l'azienda sempre su una fascia alta del mercato, anche quando il manager che ha ``fiuto'' non può più dirigere l'azienda e questo sembra essere un fattore duro da accettare. L'introduzione di un data warehouse cambia molti aspetti della vita aziendale: innanzitutto occorre porre più attenzione a come vengono inseriti i dati nei database, perché ora lo scopo non è più solo quello di ottenere una fattura; poi permette ai manager di effettuare nuovi metodi d'indagine e quindi analizzare anche le fasi lavorative con nuovi strumenti. Tutto ciò fa s`i che sia soprattutto la mentalità a dover cambiare quando si decide di investire in un DSS. Un DSS permette di provare con rapporti precisi e dettagliati ciò che è stato ``fiutato'' dal manager ed è un ottimo strumento per gli analisti che non si devono più affidare a lente ricerche nei gestionali. Un data warehouse non è solo utile nel campo economico, ma può essere applicato ad ogni settore di un'azienda: può ad esempio raccogliere tutti i progetti esistenti ed ordinarli secondo varie chiavi di ricerca oppure contenere i cicli lavorativi dei singoli pezzi per analizzare le migliori strategie di produzione e cos`i via. Un data warehouse è sempre strettamente legato alla singola azienda ed è molto difficile se non impossibile crearne uno per una categoria di aziende, questo perché è intimamente legato alle strategie di marketing e produzione della stessa e perciò unico. Le aziende che desiderano utilizzarlo devono considerare anche la nascita di un nuovo ruolo aziendale: il Data Warehouse Administrator che si deve occupare di mantenere il data warehouse e la sua interfaccia aggiornati con le esigenze dell'impresa. I metodi di progettazione di un data warehouse possono tornare utili anche nella piccola impresa dove, sebbene non si voglia investire in computer molto potenti e DBMS costosi, sono comunque utili dei semplici strumenti di analisi. Poiché il numero di record coinvolti in questo ambito è certamente più limitato, risultano sufficienti anche i PC con le applicazioni del calibro di MS AccessTM se basate su schemi ben progettati. Le tecniche su cui si basa la progettazione di un data warehouse dal mio punto di vista sono un ottimo strumento di test sulla funzionalità e bontà di un database. Se la base di dati è ben progettata e contiene dati ``puliti'' risulta facile creare degli schemi di data warehouse e popolarlo. Penso che nel giro di pochi anni i data warehouse cominceranno sempre più a diffondersi (magari sotto nomi fantasiosi di strumenti che fanno analisi di vario tipo, ma che usano questa tecnologia come motore) specialmente laddove si abbia a che fare con molti clienti. In questo periodo infatti sembrano ``andare di moda'' i cosiddetti CRM (Customer Relationship Management) con i quali si cerca di annotare qualsiasi particolare riguardi un cliente in modo da farlo sentire più a suo agio quando chiama l'azienda. 37 6.1 Codice di creazione tabelle Di seguito viene riportato il codice SQL utilizzato per la definizione delle tabelle del data warehouse. 6.1.1 Creazione della tabella Agenti CREATE TABLE agenti ( id_agente INTEGER NOT NULL, cognome VARCHAR (30) NOT NULL, nome VARCHAR(30), titolo VARCHAR(15), ditta VARCHAR(30), via VARCHAR(60), cap VARCHAR(8), citta VARCHAR(30), nazione VARCHAR(3), telefono VARCHAR(20), telex VARCHAR(20), fax VARCHAR(20), commissione DOUBLE, note VARCHAR(70), partitaiva VARCHAR (20), codicefiscale VARCHAR(20), PRIMARY KEY (id_agente) ) 6.1.2 Creazione della tabella Cat_camere CREATE TABLE cat_camere ( tipo_camera VARCHAR(4) NOT NULL, descrizione VARCHAR(100), PRIMARY KEY (tipo_camera) ) 6.1.3 Creazione della tabella Clienti CREATE TABLE clienti ( id_cliente INTEGER NOT NULL, nome VARCHAR(30), cognome VARCHAR (30) NOT NULL, titolo VARCHAR(15), lingua VARCHAR(20), ditta VARCHAR(30), gruppo VARCHAR(30), via VARCHAR(60), cap VARCHAR(8), citta VARCHAR(30), nazione VARCHAR(3), telefono VARCHAR(20), telex VARCHAR(20), fax VARCHAR(20), note VARCHAR(70), datanascita DATE, stanzapreferita VARCHAR(20), chiprenota VARCHAR(30), chipaga VARCHAR(30), luogonascita VARCHAR(30), tipodocumento VARCHAR(3), nr_documento VARCHAR(20), luogodocumento VARCHAR(20), partitaiva VARCHAR (20), sesso CHARACTER(1), PRIMARY KEY (id_cliente) ) 38 6.1.4 Creazione della tabella Hotel CREATE TABLE hotel ( id_hotel SMALLINT NOT NULL, nome VARCHAR(40), proprietario VARCHAR(30), via VARCHAR(40), cap VARCHAR(8), citta VARCHAR(30), nazione VARCHAR(3), telefono VARCHAR(20), telex VARCHAR(20), fax VARCHAR(20), camere SMALLINT, letti SMALLINT, personale SMALLINT, cambioasciugamani SMALLINT, cambiolenzuola SMALLINT, comm_agente DOUBLE, warning_1 SMALLINT, warning_group SMALLINT, PRIMARY KEY (id_hotel) ) 6.1.5 Creazione della tabella Tempo CREATE TABLE tempo ( data DATE NOT NULL, giornosettimana VARCHAR(9) NOT NULL, numgiornomese SMALLINT NOT NULL, numgiornoanno SMALLINT NOT NULL, numsettimana SMALLINT NOT NULL, mese VARCHAR(9) NOT NULL, anno SMALLINT NOT NULL, nummese SMALLINT NOT NULL, festivita SMALLINT, infrasettimanale SMALLINT, week_end SMALLINT NOT NULL, stagione VARCHAR(10), evento VARCHAR(50), PRIMARY KEY (data) ) 6.1.6 Creazione della tabella Prenotazioni CREATE TABLE prenotazioni ( id_cliente INTEGER NOT NULL, tipo_camera VARCHAR(3) NOT NULL, data DATE NOT NULL, arrivo DATE NOT NULL, partenza DATE NOT NULL, id_agente INTEGER NOT NULL, id_hotel SMALLINT NOT NULL, adulti SMALLINT, bambini SMALLINT, commissione SMALLINT, conto DOUBLE, sconto SMALLINT, datacancellazione DATE, motivocancell SMALLINT, PRIMARY KEY (id_cliente, tipo_camera, data, arrivo, partenza, id_agente, id_hotel), FOREIGN KEY (id_cliente) REFERENCES clienti (id_cliente), FOREIGN KEY (tipo_camera) REFERENCES cat_camere (tipo_camera), FOREIGN KEY (data) REFERENCES tempo (data), FOREIGN KEY (arrivo) REFERENCES tempo (data), FOREIGN KEY (partenza) REFERENCES tempo (data), FOREIGN KEY (id_agente) REFERENCES agenti (id_agente), FOREIGN KEY (id_hotel) REFERENCES hotel (id_hotel), FOREIGN KEY (motivocancell) REFERENCES motivicanc (motivocancell) ) 39 6.2 Codice di importazione dati Di seguito viene riportato il codice SQL utilizzato per l'importazione dei dati dal database gestionale alle tabelle del data warehouse. 6.2.1 Importazione dati nella tabella Agenti INSERT INTO agenti ( id_agente, cognome, nome, titolo, ditta, via, nazione, cap, citta, telefono, telex, fax, note, commissione, partitaiva) SELECT nummer, name, vorname, titel, firma,strasse1 & strasse2 AS via, land, plz, ort, telefon, telex, telefax, notiz1, provision, partitaiva FROM gaestest WHERE memo="T" OR memo="S"; 6.2.2 Importazione dati nella tabella Cat_camere INSERT INTO cat_camere ( tipo_camera, descrizione ) SELECT nr, lang & lang1 & lang2 & lang3 FROM gkat; 6.2.3 Importazione dati nella tabella Clienti INSERT INTO clienti ( id_cliente, titolo, lingua, cognome, nome, ditta, via,nazione, cap, citta, telefono, telex, fax, note, gruppo,datanascita, stanzapreferita, chiprenota, chipaga,luogonascita, tipodocumento, nr_documento, partitaiva, luogodocumento, sesso ) SELECT nummer, anrede, sprache, name, vorname, firma, strasse1 & strasse2 AS via, land, plz, ort, telefon, telex, telefax, notiz1, gruppe, gebdat, wunschzi, kontakt1, kontakt2, birthplace, doctype, docnr, partitaiva, docplace, sex FROM gaestest WHERE ISNULL(memo) OR memo="C" OR memo="G" 6.2.4 Importazione dati nella tabella Hotel INSERT INTO hotel ( id_hotel, nome, proprietario, via, nazione, cap, citta, telefono, camere, letti, personale, fax, cambioasciugamani, cambiolenzuola, comm_agente, warning_1, warning_group ) SELECT hotelid, firma, owner, strasse, land, plz, ort, telefon, zimmer, betten, personal, telegramm, rh, rw, s6 + s5 AS comm_agente, irooms, grooms FROM gfirm; 6.2.5 Importazione dati nella tabella Tempo INSERT INTO tempo ( data, giornosettimana, mese, anno, numgiornomese, numgiornoanno, numsettimana, nummese , week_end ) SELECT data, giorno, mese, anno, numgiornomese, numgiornoanno, settimanaanno, nummese, IIF((giorno="Sabato") OR (giorno="Domenica"),1,0) FROM [Tempo Excel]; 6.2.6 Aggiornamento della tabella Tempo UPDATE tempo, events SET evento = event WHERE events.datum=tempo.data; 40 6.2.7 Importazione dati nella tabella Prenotazioni INSERT INTO prenotazioni ( id_cliente, tipo_camera, data, arrivo, partenza, id_agente, id_hotel, adulti, bambini, commissione, conto) SELECT gastnr AS id_cliente, kat AS tipo_camera, MIN(IIF(ISNULL(am),an,am)) AS data, an AS arrivo, MAX(ab) AS partenza, VAL(IIF(ISNULL(travel), IIF(ISNULL(source),0,source),travel)) AS id_agente, 1 AS hotelid, SUM(erw) AS adulti, SUM(kin) AS bambini, MAX(IIF(ISNULL(travel), IIF(ISNULL(source),0,sourcepct),travelpct)) AS commissione, SUM(preis+fix+extras+fb) AS conto FROM agenti, cat_camere, clienti, tempo, gauf WHERE gastnr=id_cliente AND kat=tipo_camera AND an=data AND VAL(IIF(ISNULL(travel),IIF(ISNULL(source),0,source),travel) = id_agente GROUP BY gastnr, kat, VAL(IIF(ISNULL(travel),IIF(ISNULL(source),0,source),travel)), an HAVING SUM(preis+fix+extras+fb)>=10000; 6.3 Codice dei test 6.3.1 Semplici test sullo star schema La prima query conta il numero di prenotazioni avvenute tramite agenti di viaggi ogni anno per vedere con quale agente di viaggi stipulare i migliori contratti. SELECT cognome, nome, COUNT(prenotazioni.id_agente) as nr_prenotazioni, anno FROM tempo INNER JOIN (agenti INNER JOIN PRENOTAZIONI ON agenti.id_agente = prenotazioni.id_agente) ON tempo.data = prenotazioni.arrivo WHERE prenotazioni.id_agente>0 GROUP BY prenotazioni.id_agente, cognome, nome, anno ORDER BY anno DESC , COUNT(prenotazioni.id_agente) DESC; La seconda determina quale sia il miglior cliente degli ultimi 5 anni. SELECT cognome, nome, SUM(conto) AS sumofconto FROM prenotazioni INNER JOIN clienti ON prenotazioni.id_cliente = clienti.id_cliente GROUP BY cognome, nome ORDER BY SUM(conto) DESC; L'ultima determina quali siano le entrate di ogni mese ed ogni anno per determinare quali siano i mesi che attirano più clienti. SELECT anno, nummese, SUM(conto) AS reddito FROM prenotazioni JOIN tempo ON arrivo=tempo.data GROUP BY ROLLUP (anno, nummese) ORDER BY anno, nummese 41 INDICE GENERALE 1 L'ambiente del Data Warehouse .....................................................................................................................................................................1 1.1 Definizione di Data Warehouse ...........................................................................................................................................................2 1.2 La struttura di un Data Warehouse ....................................................................................................................................................3 1.3 L'orientazione al soggetto.....................................................................................................................................................................4 1.4 Multidimensional DBMS e Data Warehouse .....................................................................................................................................5 2 Data Warehouse e tecnologia ...........................................................................................................................................................................7 2.1 Il Data Warehouse distribuito .............................................................................................................................................................8 2.2 Applicazioni del Data Warehouse .....................................................................................................................................................10 2.3 On-Line Analytical Processing ..........................................................................................................................................................11 2.4 Fast Analysis of Shared Multidimensional Information.................................................................................................................11 2.5 Capire il concetto di multidimensionalità.........................................................................................................................................12 3 Data Mining .....................................................................................................................................................................................................12 3.1 Ambiente del Data Mining .................................................................................................................................................................14 3.2 Modelli di Data Mining.......................................................................................................................................................................15 3.3 Funzioni del Data Mining...................................................................................................................................................................15 4 La progettazione del Data Warehouse ..........................................................................................................................................................16 4.1 Progetto di un Data Warehouse.........................................................................................................................................................16 4.2 Data Warehouse e modelli di dati......................................................................................................................................................17 4.3 Normalizzazione e denormalizzazione ..............................................................................................................................................19 4.4 Integrazione dei dati ...........................................................................................................................................................................21 4.5 La granularità in un Data Warehouse..............................................................................................................................................23 5 Lo Yield Management per una catena di hotel ............................................................................................................................................28 5.1 Esperienza di data warehouse............................................................................................................................................................28 5.2 La base di dati di partenza .................................................................................................................................................................29 5.3 Lo schema proposto ............................................................................................................................................................................30 5.4 Gli strumenti utilizzati........................................................................................................................................................................33 5.5 Gli strumenti sul mercato...................................................................................................................................................................34 5.6 La prova di Miner DataTM ..................................................................................................................................................................36 6 Conclusioni.......................................................................................................................................................................................................37 6.1 Codice di creazione tabelle .................................................................................................................................................................38 6.2 Codice di importazione dati ...............................................................................................................................................................40 6.3 Codice dei test ......................................................................................................................................................................................41 42