大数据分析基础——维度模型

Posted 2023-03-22

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维度模型的概念出自于数据仓库领域，是数据仓库建设中的一种数据建模方法。维度模型主要由事实表和维度表这两个基本要素构成。

维度是度量的环境，用来反映业务的一类属性 ， 这类属性的集合构成一个维度 ， 也可以称为实体对象。 维度属于一个数据域，如地理维度(其中包括国家、地区、 省以及城市等级别的内容)、时间维度(其中包括年、季、月、周、日等级别的内容)。

维度是维度建模的基础和灵魂。在维度建模中，将度量称为“事实” ， 将环境描述为“维度”，维度是用于分析事实所需要的多样环境。例如， 在分析交易过程时，可以通过买家、卖家、商品和时间等维度描述交易发生的环境。

维度所包含的表示维度的列，称为维度属性。维度属性是查询约束条件、分组和报表标签生成的基本来源，是数据易用性的关键。

事实表是维度模型的基本表，每个数据仓库都包含一个或者多个事实数据表。事实数据表可能包含业务销售数据，如销售商品所产生的数据，与软件中实际表概念一样。

事实表作为数据仓库维度建模的核心，紧紧围绕着业务过程来设计，通过获取描述业务过程的度量来表达业务过程，包含了引用的维度和与业务过程有关的度量。

事实表中一条记录所表达的业务细节程度被称为粒度。通常粒度可以通过两种方式来表述:一种是维度属性组合所表示的细节程度:一种是所表示的具体业务含义。

作为度量业务过程的事实，一般为整型或浮点型的十进制数值，有可加性、半可加性和不可加性三种类型。

相对维度来说，通常事实表要细长，行的增加速度也比维度表快的多，维度表正好相反。

事实表有三种类型 :

原子指标和度量含义相同，基于某一业务事件行为下的度量，是业务定义中不可 再拆分的指标，具有明确业务含义的名词 ，如支付金额。

事实表和维度交叉汇聚的点，度量和维度构成OLAP的主要概念，这里面对于在事实表或者一个多维立方体里面存放的数值型的、连续的字段，就是度量。

维度表是事实表不可分割的部分。维度表是进入事实表的入口。丰富的维度属性给出了丰富的分析切割能力。维度给用户提供了使用数据仓库的接口。最好的属性是文本的和离散的。属性应该是真正的文字而不应是一些编码简写符号。应该通过用更为详细的文本属性取代编码，力求最大限度地减少编码在维度表中的使用。

维度表和事实表二者的融合也就是“维度模型”，“维度模型”一般采用“星型模式”或者“雪花模式”，“雪花模式”可以看作是“星型模式”的拓展，表现为在维度表中，某个维度属性可能还存在更细粒度的属性描述，即维度表的层级关系。

维度属性也可以存储到事实表中，这种存储到事实表中的维度列被称为“退化维度”。与其他存储在维表中的维度一样 ，退化维度也可以用来进行事实表的过滤查询、实现聚合操作等。

下表显示的是一个维度（“城市”）和两个指标（“会话数”和“每次会话浏览页数”）。

维度中的一些描述属性以层次方式或一对多的方式相互关联，可以被理解为包含连续主从关系的属性层次。比如商品类目的最低级别是叶子类目，叶子类目属于二级类目，二级类目属于一级类目。在属性的层次结构中进行钻取是数据钻取的方法之一。

当属性层次被实例化为一系列维度，而不是单一的维度时，被称为雪花模式。

大多数联机事务处理系统( OLTP)的底层数据结构在设计时采用此种规范化技术，通过规范化处理将重复属性移至其自身所属的表中，删除冗余数据。

将维度的属性层次合并到单个维度中的操作称为反规范化。分析系 统的主要目的是用于数据分析和统计，如何更方便用户进行统计分析决 定了分析系统的优劣。采用雪花模式，用户在统计分析的过程中需要 大 量的关联操作，使用复杂度高，同时查询性能很差;而采用反规范化处 理，则方便、易用且性能好。

数据仓库总线架构的重要基石之一就是一致性维度。在针对不同数 据域进行迭代构建或并行构建时，存在很多需求是对于不同数据域的业 务过程或者同 一数据域的不同业务过程合并在 一起观察。比如对于日志数据域，统计了商品维度的最近一天的 PV 和 UV; 对于交易数据域， 统计了商品维度的最近一天的下单MV。现在将不同数据域的商品的 事实合并在一起进行数据探查 ，如计算转化率等，称为交叉探查。

我们先来看数据仓库的定义:数据仓库是一个面向主题的、 集成的 、 非易失的且随时间变化的数据集合，用来支持管理人员的决策。

数据由面向应用的操作型环境进人数据仓库后，需要进行数据 集成。将面向应用的数据转换为面向主题的数据仓库数据，本身就是一种集成。

具体体现在如下几个方面:

表级别的整合，有两种表现形式。

水平拆分
维度通常可以按照类别或类型进行细分。由于维度分类的不同而存在特殊的维度属性，可以通过水平拆分的方式解决此问题。

在设计过程中需要重点考虑以下三个原则。

根据数据模型设计思想，在对维度进行水平拆分时，主要考虑如下两个依据。

垂直拆分
在维度设计内容中，我们提到维度是维度建模的基础和灵魂，维度 属性的丰富程度直接决定了数据仓库的能力。在进行维度设计时，依据 维度设计的原则，尽可能丰富维度属性，同时进行反规范化处理。

某些维度属性的来源表产出时间较早，而某些维度属性的来 源 表产出时间较晚;或者某些维度属性的热度高、使用频繁，而某些维度属性的热度低、较少使用 ; 或者某些维度属性经常变化，而某些维度属性比较稳定。在“水平拆分”中提到的模型设计的三个原则同样适合解决此问题。

出于扩展性、产出时间、易用性等方面的考虑，设计 主从维度。主 维表存放稳定 、 产出时间早、热度高的属性;从维表存放变化较快、产 出时间晚、热度低的属性。

参考
《The Data Warehouse Toolkit-The Complete Guide to Dimensional Modeling》
《Google Analytics》
《大数据之路》

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