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1 Datenbanken und Informationssysteme - Data Warehouse, Data Mining, Business Intelligence - Prof. Dr. K. Huckert, Projektgruppe Praxisorientierte Informatik,

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1 1 Datenbanken und Informationssysteme - Data Warehouse, Data Mining, Business Intelligence - Prof. Dr. K. Huckert, Projektgruppe Praxisorientierte Informatik, Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes

2 2 Datenbanken und Informationssysteme Inhalt: 1. Einführende Bemerkungen 2. Praxisbeispiel eines Data Warehouse 3. Grundlagen Data Warehouse 4. OLAP und SQL 5. Data Warehouse-Architektur 6. Praktikum 7. Data Mining 8. Praktikum

3 3 Datenbanken und Informationssysteme Literatur: Azevedo, Pedro/Brosius, Gerhard/Dehnert, Stefan/Neumann, Berthold/Scheerer, Benjamin: Business Intelligence und Reporting mit dem SQL Server Microsoft Press 2006 Chamoni, Peter/Gluchowski, Peter (Hrsg.): Analytische Informationssysteme. Springer 3. Auflage 2006 Kemper, Hans-Georg/Mehanna, Walid/Unger, Carsten: Business Intelligence. Vieweg 2. Auflage 2006 Lusti, Markus: Data Warehousing und Data Mining: - Eine Einführung in entscheidungsunterstützende Systeme-. Springer 2. Auflage 2002 Sattler, Kai-Uwe/Saake, Gunter: Data-Warehouse-Technologien. Vorlesungsskript im WS 2006/2007,Internet-Quelle: Fakultaet_IA/ipim/dbis/dwt/dwt-1.pdf bis dwt-11.pdf Vossen, Gottfried: Datenbanksysteme: - Datenintegration und –analyse -, Manuskripte zum Fernstudium Allgemeine Informatik, Koblenz 2.Auflage 2005

4 4 Datenbanken und Informationssysteme Einführende Bemerkungen

5 5 Datenbanken und Informationssysteme Definition Informationsintegration: Unter Informationsintegration (Datenintegration) versteht man das Zusammenführen von Daten und Inhalten aus verschiedenen Quellen und Anwendungen zu einer einheitlichen Menge. Beispiele: ProduktdatenmanagementFührungsinformationssystem -CAD-Daten- Plandaten -Marketinginformationen- operative Daten aus Vertrieb, -ERP-Daten Produktion, Finanzwesen - externe Daten (volkswirtschaftl. Daten, Branchendaten) Daten sind unterschiedlich repräsentiert (Darstellungsform, Dateien, Datenbanken, unterschiedliche Hardware)

6 6 Datenbanken und Informationssysteme Problematik Informationsintegration: Semantik Redundanz Heterogenität

7 7 Datenbanken und Informationssysteme Formen von Datenintegration Virtuelle Systeme Materialisierte Systeme

8 8 Datenbanken und Informationssysteme Virtuelles System (anfrageorientierte Integration)

9 9 Datenbanken und Informationssysteme Erläuterungen: Wrapper: Programm, das die Quelldaten in ein gemeinsames Datenmodell verpackt. Wirkungsweise ist die Informationsextraktion in ein bestimmtes Muster. Integrator: Programm, das unter Verwendung von Metadateninformationen, die unterschiedlichen Quelldaten zusammenführt. Stellt in der Regel auch Mechanismen zum Suchen, Lesen, Schreiben, Verdichten, Visualieren etc. bereit. Anstelle eines zentralen Integrators kann auch ein Mediator verwendet werden. Ein Mediator kombiniert und restrukturiert Daten, die vom Wrapper geliefert wird. Beispielsweise für bestimmte Clienten für bestimmte Anwendungen. Techniken: Eigenentwicklungen, ODBC (JDBC), XML etc.

10 10 Datenbanken und Informationssysteme Materialisierte Systeme Unterschied zum virtuellen System: Es wird ein separater, integrierter Datenbestand dauerhaft (materialisiert) aufgebaut. Unterklassifikation materialisierte Systeme: Universelles Datenbanksystem: Daten werden in einem weiteren Datenbanksystem materialisiert. Neben klassischen Daten häufig auch Bild-, Text- und Videodaten (XML-Daten). Datenlager (Data Warehouse): Daten werden aus den gegebenen Quellen aufbereitet (selektiert, aggregiert), um dann für statistische Auswertungen und Analysen verwendet zu werden. Vor allem für Decision Support Systeme von Interesse.

11 11 Datenbanken und Informationssysteme Materialisiertes System

12 12 Datenbanken und Informationssysteme Beispiel: Suchmaschinen Web

13 13 Datenbanken und Informationssysteme Praxisbeispiel eines Data Warehouses der LARS Data GmbH

14 14 Data Warehouse - Verwendungszweck Auswertung der Kennzahlen des Betriebes, Berichte, Analysen alle Kenngrößen schnell und umfassend überblicken Informationen topdown analysieren (Gesamtsumme -> Beleg) Abweichungen/ Aufälligkeiten erkennen Zusammenhänge/ Regeln/ Trends erkennnen Chancen und Risiken erkennen Anwender: Management, Controlling,...

15 15 Data Warehouse Data Warehouse Architektur Operative Systeme Extraktionstools DTS, Bodi,... Relationale Datenstrukturen (Tabellen) Multidimensionale Datenstrukturen (Cubes) Reporting, Analysen

16 16 Multidimensionale Datenstrukturen DatumArtikelnrKundennrMengeWert Dimension Zeit Hierachie Monat: Jahr ->Quartal -> Monat -> Tag Dimension Zeit Hierachie Woche: Jahr -> Woche -> Tag Dimension Produkt Hierarchie: Hauptgruppe -> Untergruppe -> Artikel Dimension Kunde Hierachie Kundengruppe -> Kunde Gegenstand der Analyse/ Betrachtung: Mengen, Werte Betrachtung aus multidimensionaler Sicht (Dimensionen) Hierarchische Strukturen innerhalb der Dimensionen Verdichtung der Werte für jede beliebige Elementkombination aus jeder Hierarchie, Beispiele Stückzahl Artikel X in 2003 an Kunden Müller Wert Warengruppe A im Monat 02/2003 für Kundengruppe XYZ Stückzahl Artikel 4711 am an Kunde 123 Gesamtwert aller verkaufter Waren in 2002 und 2003 Faktentabelle Verkauf

17 17 Data Warehouse im Pressevertrieb Die LaRS Data GmbH hat eine effiziente Data Warehouse Lösung für den Pressevertrieb entwickelt Das Produkt ist bisher bei 15 Pressegrossisten produktiv Ergänzend hat LaRS Data im Auftrag des Bundesverbandes Presse Grosso eine zentrale webbasierte Lösung realisiert Die standardisierten Strukturen und Verfahren sind auf andere Branchen direkt portierbar.

18 18 Data Warehouse im Pressevertrieb Presse Großhändler –bezieht Presseprodukte: Zeitschriften, Zeitungen von den Verlagen –beliefert Einzelhändler: Kioske, Tankstellen, Märkte,... –ist Alleinauslieferer an die Einzelhändler in seinem Presse-Grosso- Gebiet –hat Dispositionsrecht: Er entscheidet über das Sortiment beim Einzelhändler –hat Remissionspflicht: Nicht verkaufte Ware nimmt er vom Einzelhändler zurück Ziele –effiziente marktorientierte Verteilung der Produkte –Minimierung der Remissionen bei nur geringen entgangenen Verkäufen Das Presse-Grosso-Informationssystem der LaRS Data GmbH bildet diesen Pressevertrieb in einer Business Intelligence Lösung ab.

19 19 Datenmodell Ca. 100 Kennzahlen des Pressevertriebs: Lieferungen, Remissionen, Verkauf, Umsatz, Quoten, … Untergruppe (190) Objekt (6.000) Heftfolge ( ) EVT-Jahr (3) EVT-Quartal 12 EVT-Woche (150) EVT-Datum (1100) Geschäftsart (10) Untergruppe (50) Kunde (3000) 25 weitere Dimensionen Zeitdimensionen Verlage Erscheinungsweisen Nullverkäufe Ausverkäufe Kundenbetreuer Öffnungszeiten Schließzeiten,... Granulat: Millionen Datensätze Hauptgruppe (25)

20 20 Kennzahlen Kennzahlen im Presse-Grosso-Informationssystem, u.a. Liefermengen: Hauptlieferung, Nachlieferung, Lieferberichtigungen, Remissionen Umsätze: Verlage, Grossist, Einzelhändler Roherlös, Nettowarenwert SQR-Remission, Soll-Remission Quoten: Remissionsquote, Nachlieferquote, Ausverkaufsquote,... Anzahl eingeschalteter Einzelhändler, Anzahl Heftfolgen,... Durchschnitte: durchschnittliche Mengen und Werte pro EH, pro Woche, pro Heftfolge Mengen und Werte bezogen auf soziodemografische Daten: Einwohner, Männer, Frauen, Haushalte für jede Kombination von Dimensions-Elementen abrufbar

21 21 Beispielauswertungen, Hardcopy 1

22 22 Beispielauswertungen, Hardcopy 2

23 23 Beispielauswertungen, Hardcopy 3

24 24 Nutzenpotentiale Kontrolle und Optimierung der Dispositionsverfahren Argumentation in Verhandlungen/ Gesprächen mit Verlagen Unterstützung der Außendienstmitarbeiter und der Kundenbetreuer in der Kundenberatung Auffälligkeiten bei Reklamationen (Qualitätsmanagement) Optimierungspotentiale bei Nullverkäufen, Ausverkäufen Tendenzen der Geschäftsentwicklung Ablösung bisheriger individueller Controlling-Berichte

25 25 Datenbanken und Informationssysteme Weitere Beispiele für betriebswirtschaftliche Anwendungen

26 26 Datenbanken und Informationssysteme Informationsbereitstellung - Kennzahlen für die Abwicklung von Geschäftsprozessen im Bereich Planung, Forecasting, Budgetierung Anwender: Führungskräfte, Controlling Formen der Bereitstellung –Query-Ansätze (frei definierte Anfragen) –Reporting (vordefinierte Berichte) –Redaktionell aufbereitete, personalisierte Informationen Analyse (Business Intelligence) –Detaillierte Analyse der Daten zur Untersuchung von Abweichungen oder Auffälligkeiten

27 27 Datenbanken und Informationssysteme Weiteres kommerzielles Einsatzbeispiel Wal-Mart (Marktführer amerikanischer Einzelhandel) 2003: 300 TB Bis zu Anfragen pro Tag Sehr hoher Detaillierungsgrad (Artikelumsätze, Lagerbestand, Kundenverhalten) Standortanalysen Untersuchung von Marketing-Aktionen Auswertung von Kundenbefragungen Basis für Warenkorbanalyse, Kundenklassifizierung

28 28 Datenbanken und Informationssysteme Beispiele für wissenschaftliche und technische Anwendungen

29 29 Datenbanken und Informationssysteme Wissenschaftliche Anwendungen Beispiel: Project Earth Observing System (Klima- und Umweltforschung) –täglich 1,9 TB meteorologischer Daten –Aufbereitung und Analyse mit statistischen Methoden Technische Anwendungen: Öffentlicher Bereich: Umweltdaten (Wasseranalysen)

30 30 Datenbanken und Informationssysteme

31 31 Datenbanken und Informationssysteme Zusammenfassung Kennzeichen Data Warehouse (Quelle: Wikipedia) Integration von Daten aus unterschiedlich strukturierten und verteilten Datenbeständen, um eine globale Sicht auf die Quelldaten und damit übergreifende Auswertungen zu ermöglichen Ermittlung verborgener Zusammenhänge zwischen Daten durch Data Mining Schnelle und flexible Verfügbarkeit von Berichten, Statistiken und Kennzahlen, um z. B. Zusammenhänge zwischen Markt und Leistungsangebot erkennen zu können Umfassende Information über Geschäftsobjekte und Zusammenhänge Transparenz im Zeitablauf zu Geschäftsprozessen, Kosten und Ressourceneinsatz

32 32 Datenbanken und Informationssysteme Aufgaben: 1. Welche Anwendungen kann man sich vorstellen, bei denen eine Integration eine Rolle spielt? 2.Vorteile/Nachteile Virtualisierung und Materialisierung. 3. Wie würden Sie den Begriff Data Warehouse charakterisieren? 4. Lesen Sie in der Wikipedia den Artikel Data Warehouse 5. Versandhandel Riemenschneider (aus Bachelor-Vorlesung Datenbanken). Einsatz in 10 Filialen, die international agieren. Man konstruiere inhaltlich ein mögliches Data Warehouse.

33 33 Datenbanken und Informationssysteme Lösung zu 1. Produktdatenbanksysteme /Umsätze, Käufe in Internetshops, Umsätze Filialsysteme, firmenübergreifende Anwendungen (z.B. interne + externe Daten) wie Verbandslösungen, Entscheidungsunterstützungssysteme im Umweltbereich Lösung zu 2. Vorteile Virtualisierung: kein weiteres DB-System erforderlich Vorteile Materialisierung: Antwortzeiten sind besser, Aktualisierung billiger als ständige Neuzusammenstellung

34 34 Datenbanken und Informationssysteme Lösung zu 3. Zusammenfassung Kennzeichen Data Warehouse Integration von Daten aus unterschiedlich strukturierten und verteilten Datenbeständen, um eine globale Sicht auf die Quelldaten und damit übergreifende Auswertungen zu ermöglichen Ermittlung verborgener Zusammenhänge zwischen Daten durch Data Mining (Entscheidungsunterstützung) Schnelle und flexible Verfügbarkeit von Berichten, Statistiken und Kennzahlen, um z. B. Zusammenhänge zwischen Markt und Leistungsangebot erkennen zu können Umfassende Information über Geschäftsobjekte und Zusammenhänge Transparenz im Zeitablauf zu Geschäftsprozessen, Kosten und Ressourceneinsatz

35 35 Datenbanken und Informationssysteme Lösung zu 5. Wichtig!! Zuerst überlegen, welche Auswertungen sinnvoll sind!! D.h. welche betriebswirtschaftlichen Kennzahlen sind interessant Gesamtumsatz, Regionumsatz, Quartalsumsatz, Jahresumsatz/Region/Unterregion, Artikelumsatz/Region/Zeit, Artikelgruppenumsatz, Kundenumsatz, Kundengruppe, Top 10 – Listen, Flop- Listen, Saisonlisten

36 36 Datenbanken und Informationssysteme Lösung zu 5. (Unterscheidung Fakten zu Dimensionen) FaktenDimension FilialeGebiet (Total/Land/Region/Stadt) LandZeit ( Jahr/Quartal/Monat/Woche/Datum) BestellnummerArtikel (Gesamt/Hauptgruppe/Untergruppe/Artikel) BestelldatumKunden (Großhandel/Einzelhandel) (Lieferdatum) Kundennummer Kundenname Postleitzahl (Kundentyp) (Geschlecht) Artikelnummer Artikelbezeichnung Artikelkategorie Einzelpreis Menge Bestellwert (Beurteilung, Note)

37 37 Datenbanken und Informationssysteme Grundlagen Data Warehouse

38 38 Charakteristika operativer und dispositiver Daten

39 39 Datenbanken und Informationssysteme Begriff OLTP/Data Warehouse OLTP = OnLine Transactional Processing Klassische operative Informationssysteme (z.B. ERP-Systeme) - Erfassung und Verwaltung von Daten - Transaktionale Verarbeitung: kurze Lese-/Schreibzugriffe auf wenige Datensätze - Verarbeitung durch jeweilige Fachabteilung Data Warehouse - Analyse im Mittelpunkt - lange Lesetransaktionen auf vielen Datensätzen - Integration, Konsolidierung und Aggregation der Daten

40 40 Datenbanken und Informationssysteme

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42 42 Datenbanken und Informationssysteme Definition Begriff Data Warehouse A data warehouse is a subject-oriented, integrated, time-variant, nonvolatile collection of data in support of management´s decision-making process. (Inmon (1996), S. 33) Ein Data-Warehouse ist eine themenorientierte, integrierte, chronologisierte und persistente Sammlung von Daten, um das Management bei seinen Entscheidungsprozessen zu unterstützen.

43 43 Datenbanken und Informationssysteme Charakteristika Begriff Data Warehouse subject-oriented (Themenorientierung): Die Auswahl der in das Data-Warehouse zu übernehmenden Daten geschieht nach bestimmten Datenobjekten (Produkt, Kunde, Firma,...), die für die Analysen von Kennzahlen für Entscheidungsprozesse relevant sind, nicht hingegen nach operativen Prozessen. integrated (Vereinheitlichung): Im Data-Warehouse werden die in verschiedenen (operativen) Quellsystemen in meist heterogenen Strukturen vorliegenden ausgewählten Daten in vereinheitlichter Form gehalten. (interne und externe Quellen) time-variant (Zeitorientierung): Analysen über zeitliche Veränderungen und Entwicklungen sollen im Data-Warehouse ermöglicht werden; daher ist die langfristige Speicherung der Daten im Data-Warehouse nötig (Einführung der Dimension "Zeit"). Keine Änderungen der Daten im Data Warehouse. nonvolatile (Beständigkeit): Daten werden dauerhaft (nicht-flüchtig) gespeichert.

44 44 Datenbanken und Informationssysteme Weitere Begriffe: Data-Warehouse-Prozess: alle Schritte der Datenbeschaffung (Extraktion, Transformation, Laden), des Speicherns und der Analyse Data Mart –externe Teilsicht auf das Data Warehouse –durch Kopieren –anwendungsspezifisch

45 45 Datenbanken und Informationssysteme

46 46 Datenbanken und Informationssysteme

47 47 Datenbanken und Informationssysteme Definition Business Intelligence (nach Kemper et al.) Unter Business Intelligence (BI) wird ein integrierter, unternehmensspezifischer, IT-basierter Gesamtansatz zur betrieblichen Entscheidungsunterstützung verstanden. BI-Werkzeuge dienen ausschließlich der Entwicklung von BI-Anwendungen BI-Anwendungssysteme bilden Teilaspekte des BI- Gesamtansatzes ab.

48 48 Einsatzfeld von BI- Anwendungssystemen

49 49 Datenbanken und Informationssysteme

50 50 Datenbanken und Informationssysteme Historische Wurzeln 60er Jahre: MIS (Management Information System) - verdichtete extrakte kleiner Datenbestände - Aufbereitung statischer (vorgeplanter Berichte) - Mainframe 80er Jahre: EIS (Executive Information System), DSS (Decision Support System) - Berichtsgeneratoren - Einführung von Hierarchieebenen für Auswertung von Kennzahlen (Roll-up, Drill-down) - Modellierungskomponenten (Planungssprachen) - Client/Server, GUI 1992: Einführung Data Warehouse-Begriff durch W.H. Inmon 1993: Definition des Begriffes OLAP durch E.F.Codd

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52 52 Datenbanken und Informationssysteme OLAP (OnLine Analytical Processing) Der OLAP-Begriff wurde 1993 von Edgar F. Codd geprägt. Er formulierte zunächst 12 Regeln, die er bis zuletzt auf 18 Regeln erweitert hat. Diese Evaluierungsregeln stellten die erste Anforderungsliste an ein OLAP-System dar. Zwar werden diese Regeln noch gern aufgeführt, aber ihre Bedeutung für die Bewertung eines OLAP-Systems kann heute nicht mehr als besonders hoch eingestuft werden. Dies liegt im Besonderen an ihrer stark anwendungsbezogenen Ausrichtung und ihren teils umstrittenen Regeln.

53 53 Datenbanken und Informationssysteme Grundregeln von Codd: Multidimensionale konzeptionelle Sicht auf die Daten (wichtigstes Kriterium für OLAP) Transparenz (klare Trennung zwischen Benutzerschnittstelle und der zu Grunde liegenden Architektur) Zugriffsmöglichkeiten (Bezug der Basisdaten aus externen oder operationalen Datenbeständen) Konsistente Leistungsfähigkeit der Berichterstattung (möglichst schnelle Reportingfunktionalität) Client-Server-Architektur (auf den Verwendungszweck optimierte Lastverteilung) Generische Dimensionalität (alle Dimensionen in ihrer Struktur und Funktionalität einheitlich) Dynamische Handhabung dünn besetzter Matrizen (dynamische Speicherstrukturanpassung) Mehrbenutzerunterstützung Unbeschränkte kreuzdimensionale dimensionsübergreifende Operationen Intuitive Datenanalyse (direkte Navigation innerhalb der Datenwürfel) Flexibles Berichtswesen (Ergebnisse im Report frei anordnungsbar) Unbegrenzte Anzahl von Dimensionen und Konsolidierungsebenen (15 bis 20 Dimensionen mit beliebig vielen Aggregationsstufen)

54 54 Datenbanken und Informationssysteme Einige Anmerkungen (1): (Multidimensionale konzeptionelle Sicht auf die Daten) Entscheidungsrelevante Zahlengrößen müssen sich am mentalen Unternehmensbild betrieblicher Fach- und Führungskräfte orientieren und damit multidimensionaler Natur sein. Beispiel: Umsätze oder Kosten müssen sich entlang unterschiedlicher Dimensionen wie Zeit, Sparte, Produkt etc. aufgliedern lassen.

55 55 Datenbanken und Informationssysteme Einige Anmerkungen (2): (dünnbesetzte Matrizen) Nicht jedes Dimensionselement geht mit allen anderen Dimensionselementen eine Verbindung ein. Beispiel: Nicht jedes Produkt wird in jedem Land angeboten. Resultat: Andere Formen der Datenspeicherung (aus der Theorie dünnbesetzter Matrizen)

56 56 Datenbanken und Informationssysteme Einige Anmerkungen (3): ( Unbeschränkte kreuzdimensionale dimensionsübergreifende Operationen) Über die verschiedenen Dimensionen hinweg werden Operationen für eine ausgereifte Datenanalyse benötigt, z.B. zur Kennzahlenberechnung. Neben der reinen Aggregation von Elementen innerhalb einer Dimension müssen Verfahren zur Verfügung stehen, die zur beliebigen Verknüpfung der Datenelemente innerhalb und zwischen Würfeln zur Verfügung stehen. Dies bedeutet eine vollständige, integrierte Datenmanipulationssprache (DML) Hinweis MDX (wird später kurz erläutert)

57 57 Datenbanken und Informationssysteme FASMI-Regeln nach Pendse und Creeth stellten sie unter dem Akronym FASMI Fast Analysis of Shared Multidimensional Information fünf herstellerunabhängige Evaluierungsregeln auf, um damit das OLAP- Konzept zu beschreiben. Fast: Abfragen sollen durchschnittlich fünf Sekunden dauern dürfen. Dabei sollen einfache Abfragen nicht länger als eine Sekunde und nur wenige, komplexere Abfragen bis zu 20 Sekunden Verarbeitungszeit beanspruchen. Analysis: Ein OLAP-System soll jegliche benötigte Logik bewältigen können. Dabei soll die Definition einer komplexeren Analyseabfrage durch den Anwender mit wenig Programmieraufwand zu realisieren sein. Shared: Ein OLAP-System soll für den Mehrbenutzerbetrieb ausgelegt sein. Dies bedingt eine Verfügbarkeit geeigneter Zugriffsschutzmechanismen. Multidimensional: Als Hauptkriterium fordern Pendse und Creeth eine mehrdimensionale Strukturierung der Daten mit voller Unterstützung der Dimensionshierarchien. Information: Bei der Analyse sollen einem Anwender alle benötigten Daten transparent zur Verfügung stehen. Eine Analyse darf nicht durch Beschränkungen des OLAP-Systems beeinflusst werden.

58 58 Datenbanken und Informationssysteme Anforderungen an OLAP-Werkzeuge Darstellung von Daten in aggregierter und summierter Form z.B. Gesamtverkaufszahl eines Produktes in einem Quartal in einem bestimmten Ort Grad der Aggregation kann variiert werden z.B. Zeit über Tage, Woche, Monat, Quartal, Jahr mehrdimensionale Sicht z.B. Verkäufe pro Produkt, pro Stadt, pro Quartal interaktive Abfragen im Sekundenbereich Analyse umfangreicher Datenbestände (Terrabyte)

59 59 Datenbanken und Informationssysteme Exkurs:EXCEL

60 60 Datenbanken und Informationssysteme Umsatzdaten sollen nach verschiedenen Merkmalen ausgewertet und verdichtet werden. (EXCEL/SQL) Livedemonstration Für Übung: Auf P steht EXCEL-Tabelle, Verzeichnis VORLESUNGSUNTERLAGEN, Bereich DATENBANKEN UND INFORMATIONSSYSTEME,Datei AUFTRAGSDATEN.XLS, auf dem Bereich PI_MASTER ist entsprechende Datenbank verfügbar. Vorteile/Nachteile ??

61 61 Datenbanken und Informationssysteme Pivottabellen Eine Pivot-Tabelle stellt aufgrund der verwendeten Aggregierung in den Datenfeldern die Ausgangsdaten in verdichteter, zusammengefasster Form dar. Das ist zwar mit Informationsverlust verbunden, aber andererseits ist genau das der Nutzen einer Pivot-Tabelle. Sie ist ein Hilfsmittel, um große Datenmengen auf überschaubare Größen zu reduzieren und einfache Auswertungen durchzuführen Eine Pivot-Tabelle besteht aus mehreren Bereichen, von denen jeder beliebige Felder (Spaltenüberschriften) der Originaldaten aufnehmen kann. Typischerweise werden die erforderlichen Felder bei Erstellung der Pivot- Tabelle aus einer Liste ausgewählt und mit der Maus in den gewünschten Bereich gezogen.

62 62 Datenbanken und Informationssysteme

63 63 Datenbanken und Informationssysteme Zeilenfelder Ein hierher gezogenes Feld bewirkt, dass die Ausgangsdaten nach diesem Feld gruppiert werden. Für jeden verschiedenen Feldinhalt, der in den Ausgangsdaten vorkommt, wird eine Zeile in der Pivot-Tabelle angelegt. Werden zwei Felder als Zeilenfelder ausgewählt, dann werden innerhalb jeder zum 1. Feld gehörigen Gruppe alle Gruppen, die zum 2. Feld gehören, in der Pivot-Tabelle dargestellt. Bei mehr als zwei Zeilenfeldern setzt sich diese Aufteilung entsprechend für alle Felder fort. Die Reihenfolge der Zeilenfelder ist relevant und wird vom Benutzer sinnvollerweise so gewählt, dass das Ergebnis möglichst übersichtlich ist. Spaltenfelder Bewirken analog wie Zeilenfelder eine Gruppierung; die verschiedenen Inhalte eines Spaltenfeldes werden jedoch nicht in Zeilen sondern in Spalten dargestellt. Verwendet der Benutzer zugleich Zeilen- und Spaltenfelder, hat er eine Kreuztabelle erstellt.Kreuztabelle Datenfelder Bestimmen, was im Schnittpunkt von Zeilen und Spalten dargestellt wird. Für jedes Datenfeld wird mittels einer Aggregationsfunktion (wie z. B. "Summe" oder "Anzahl der Datensätze") bewirkt, dass in jeder Zelle der Pivot- Tabelle genau ein Wert eingetragen wird, auch wenn es viele Datensätze gibt, die Mitglied in den zu der Zelle gehörigen Gruppen sind. Werden mehrere Datenfelder gewählt, kann der Benutzer entscheiden, ob die verschiedenen Datenfelder nebeneinander in Spalten oder untereinander in Zeilen dargestellt werden sollen (exakt wie für Spalten- und Zeilenfelder). Es kann auch dasselbe Feld mehrfach als Datenfeld verwendet werden (sinnvollerweise mit unterschiedlicher Aggregationsfunktion). Aggregationsfunktion Seitenfelder Erlauben eine Filterung, d. h. eine Einschränkung der Pivot-Tabelle auf jene Datensätze der Ausgangsmenge, die in den gewählten Seitenfeldern bestimmte Werte aufweisen.

64 64 Datenbanken und Informationssysteme Die verschiedenen Typen von Feldern einer Pivot- Tabelle entsprechen bestimmten Teilen einer SQL- Abfrage: Zeilen- und Spaltenfelder von Pivot-Tabellen entsprechen Feldern in der GROUP-BY-Klausel. Datenfelder entsprechen Ausdrücken im Select-Teil des SQL-Befehls. Diese Ausdrücke enthalten notwendigerweise Aggregationsfunktionen wie z. B. die Summenfunktion.Aggregationsfunktionen Seitenfelder entsprechen einfachen Bedingungen in der WHERE-Klausel des SQL-Befehls.

65 65 Datenbanken und Informationssysteme Durch Doppelklick auf eine Zelle in einer Pivot-Tabelle werden Gruppen ein- und ausgeblendet ("Drill-down" und "Roll-up"), um mehr oder weniger Details darzustellen. Gehört die Zelle zu einem Datenfeld, werden nach dem Doppelklick alle einzelnen Datensätze aus den Originaldaten, die in die Berechnung dieser Zelle einflossen, auf einem separaten Tabellenblatt dargestellt. Pivot-Tabellen können nur für die Abfrage, nicht zur Änderung von Daten verwendet werden. Die Einträge einer Pivot-Tabelle sind entweder schreibgeschützt oder eine Änderung wirkt sich nicht auf die zugrundeliegenden Originaldaten aus.

66 66 Datenbanken und Informationssysteme Übungsblatt Pivot-Tabellen 1.Erzeugen Sie mit Hilfe von EXCEL mit der Datei AUFTRAGSDATEN.XLS folgende Pivottabellen a.eine Umsatztabelle nach Ländern b.Eine Umsatztabelle ohne Hessen und Rheinlandpfalz ceine entsprechende Graphik d.eine Umsatztabelle nach Ländern und Vk-Weg e.eine Tabelle nach Vk-Weg und Ländern f.wo liegen die Unterschiede zwischen c und d g.eine Tabelle nach Länder, Vk-Weg und Kategorie h.welches Land hat den größten Umsatz i.welche fünf Länder haben größte Umsatzwerte j.welches ist der größte Umsatz im Land mit dem größten Umsatz k.welche Länder liegen maximal 20% vom maximalen Umsatz entfernt 2.Wie lauten die entsprechenden SQL-Befehle 3. Unterschiede Tabellenkalkulation SQL

67 67 Datenbanken und Informationssysteme Unterschiede SQL vs. Tabellenkalkulation Datenbankabfrageprogramme sind i. A. flexibler als Pivot- Tabellen, d. h. mit SQL können mehr Fragestellungen beantwortet werden. Die Abfrageprogramme bieten jedoch typischerweise weniger Möglichkeiten zur ansprechenden Aufbereitung der Ergebnisse und sind weniger komfortabel zu bedienen. Viele Programme können Datensätze nicht als Kreuztabelle ausgeben und spezielle Formatierungen sind nur in Handarbeit (d. h. ohne Assistenten und Steuerelemente) oder gar nicht möglich.

68 68 Datenbanken und Informationssysteme --Folgende Fragestellungen sind in der Auftragsdatenbank von Interesse: --1. Ermittle nach Ländern innerhalb der verschiedenen Preiskategorien die Bruttoumsätze ---Erste Lösung SELECT Land, Preis, SUM(Brutto) FROM Auftragsdaten Group By Land, Preis ORDER By Land --Zweite Lösung --die Forderung der Ausgabe einer Zeile pro Land und Kategorie soll --fallengelassen werden. Es soll pro Land eine Zeile mit der --Preiskategorie Hoch, Mittel, Niedrig erzeugt werden. --(Kreuz- oder Pivottabelle) -- Lösung über CASE-Anweisung SELECT Land, sum (case (preis) when 'Hoch' then Brutto else 0 end) as [HOCH], sum (case (preis) when 'Mittel' then Brutto else 0 end) as [MITTEL], sum (case (preis) when 'Niedrig' then Brutto else 0 end) as [NIEDRIG] FROM Auftragsdaten GROUP BY LAND ORDER BY Land

69 69 Datenbanken und Informationssysteme --Dritte Lösung über PIVOT SELECT Land, [HOCH], [MITTEL], [NIEDRIG] FROM (SELECT LAND, PREIS, Brutto from Dbo.Auftragsdaten) AS p PIVOT ( SUM (BRUTTO) FOR PREIS IN ( [HOCH], [MITTEL], [NIEDRIG] ) ) AS pvt ORDER BY LAND --Entpivotisierung über UNPIVOT --Vierte Lösung über Cursor

70 70 Datenbanken und Informationssysteme

71 71 Datenbanken und Informationssysteme Klassifikation Geschäftsdaten - Katalogdaten (z.B. Produktdaten, in der Regel statisch) - Operative Daten (Verkäufe, ändern sich laufend) Umsetzung in OLAP: Katalogdaten Dimensionen (multidimensional) (Zeit, Ort, Produkt) Operative Daten Fakten, jedes Faktum ist durch ein Maß (z.B. Verkaufsmenge) gekennzeichnet

72 72 Datenbanken und Informationssysteme Definition Dimension Symbolisches, diskretes Attribut, das die Auswahl, Zusammenfassung und Navigation eines Faktums (z.B. Umsatz, Absatzmenge) erlaubt (Dimensionsbeispiele Region, Produkt, Periode) Definition Fakt Aggregierbares, meist numerisches und kontinuierliches Attribut, das die mehrdimensionale Messung eines betrieblichen Erfolgskriterium erlaubt (z.B. Gewinn, Kosten, Deckungsbeitrag)

73 73 Multidimensionale Datenstrukturen DatumArtikelnrKundennrMengeWert Dimension Zeit Hierachie Monat: Jahr ->Quartal -> Monat -> Tag Dimension Zeit Hierachie Woche: Jahr -> Woche -> Tag Dimension Produkt Hierarchie: Hauptgruppe -> Untergruppe -> Artikel Dimension Kunde Hierachie Kundengruppe -> Kunde Gegenstand der Analyse/ Betrachtung: Mengen, Werte Betrachtung aus multidimensionaler Sicht (Dimensionen) Hierarchische Strukturen innerhalb der Dimensionen Verdichtung der Werte für jede beliebige Elementkombination aus jeder Hierarchie, Beispiele Stückzahl Artikel X in 2003 an Kunden Müller Wert Warengruppe A im Monat 02/2003 für Kundengruppe XYZ Stückzahl Artikel 4711 am an Kunde 123 Gesamtwert aller verkaufter Waren in 2002 und 2003 Faktentabelle Verkauf

74 74 Datenbanken und Informationssysteme Beispiel: Datenlager Verkäufe Dimension(en): Quartal, Produkt, Ort x, y, z Fakt(Maß): Verkäufe Dimension und Fakt(Maß) lassen sich in einem dreidimensionalen Würfel (Data Cube, Datenwürfel darstellen). Dimensionen werden in Dimensionstabellen (hier Quartal, Produkt,Ort), Fakten (hier Verkäufe ergänzt um beschreibende Dimensionselemente) in einer Faktentabelle(n) gespeichert.

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76 76 Datenbanken und Informationssysteme Erläuterung: Verkäufe ( 4 Quartale, 4 Produkte, 4 Orte), 64 Zellen möglich Inhalt der Zelle ist adressierbar z.B. durch Verkäufe ( 2, Seife, Denver) = 65 Würfel ist mit vielen Regeln auswertbar

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78 78 Datenbanken und Informationssysteme Mögliche Auswertungen Projektion (Quartal x Produkt), liefert Verkäufe über alle Orte summiert Projektion (Quartal x Ort), liefert Verkäufe über Produkte Projektion (Quartal), liefert Verkäufe über Produkte und Orte Projektion (Ort) liefert Verkäufe Quartale und Produkte Gesamtverkaufszahlen entsteht durch Kollabieren des Würfels Jede Projektion wird als ROLL-UP bezeichnet. Bei 3D-Würfeln existieren 8 Aggregationen. In SQL-3 kann mit einem CUBE-Operator alle ROLL-UPs simultan berechnet werden.

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80 80 Datenbanken und Informationssysteme Operationen auf Würfeln: ROLL-UP (Projektion, Reduktion der Dimension), in SQL Elimination von Attributen in einer GROUP BY-Klausel DRILL-DOWN (Summen können detailliert werden, komplementär zu Roll-Up)

81 81 Datenbanken und Informationssysteme

82 82 Datenbanken und Informationssysteme SLICE-AND-DICE - Slice: entspricht der relationalen Projektion, schneidet aus Würfel Scheiben - Dice: entspricht der relationalen Selektion, schneidet Teilwürfel heraus

83 83 Datenbanken und Informationssysteme

84 84 Datenbanken und Informationssysteme PIVOTING (Drehen des Würfels durch Vertauschen der Dimensionen, Daten können durch unterschiedliche Perspektiven betrachtet werden) RANKINGS (bildet Ranglisten z.B. Top 10)

85 85 Datenbanken und Informationssysteme

86 86 Datenbanken und Informationssysteme Schemaformen in Data Warehouses Werte der Measures (Maße) sind in einer Faktentabelle gespeichert Elementwerte jeder Dimension werden in einer Tabelle vorgehalten. Diese Tabellen werden als Dimensionstabellen bezeichnet Primärschlüssel jeder Dimensionstabelle erscheint als Fremdschlüssel in der Faktentabelle. Technik der relationalen Datenbanken findet Anwendung

87 87 Datenbanken und Informationssysteme Dimensionstabellen haben folgende Aufgabe: 1.Beschreibung der Fakten, um sinnvolle Aussagen entstehen zu lassen 2.In ihr sind Suchkriterien festgelegt, nach denen Fakten sinnvoll auswertbar sind 3.Sie definieren Hierarchien, entlang derer die Verdichtungsstufen für die Auswertungen festgelegt werden können.

88 88 Datenbanken und Informationssysteme Beispiel: Versandhandel (operatives System) 1. Relation Kunden (Kunden_Nr, Name,.., PLZ,.....,Wert) 2. Relation Artikel (Artikel_Nr, Bezeichnung, Kategorie, Me, Bestand, Preis) 3. Relation Bestellungen (Bestell_Nr, Kunden_Nr, Bestelldatum, Lieferdatum, Betrag, Bemerkung) 4. Relation Bestelldaten (Bestell_Nr, Artikel_Nr, Anzahl) 5. Relation Mengeneinheiten (Me, Beschreibung) (ER-Diagramm siehe Teil 1 der Vorlesung)

89 89 Datenbanken und Informationssysteme Tansformation operatives System in Data-Warehouse (!!!!!!!) 1. Überflüssige operative Daten weglassen (z.B. Bestand in Artikel, Bemerkung in Bestellung) 2. Integration von Zeitdimensionen (Aufnahme hierarchischer Zeitkategorien, Jahr, Quartal, Monat, Kalenderwoche) 3. Definition von Ableitungen (Ableitungen sind einfache Vorberechnungen wie Betrag = Menge * Einzelpreis, eine Verdichtung – zum Beispiel zeitliche oder geographische Aggregation - oder eine Umgruppierung) 4. Einsparung von Verbundoperationen (hier Verbund Bestellung und Bestelldaten)

90 90 Datenbanken und Informationssysteme Data Warehouse Versandhandel Typische Fragestellungen: Welcher Umsatz wurde in den verschiedenen Kategorien pro Monat des Jahres 2006 mit weiblichen Kunden aus den verschiedenen Wohnorten erzielt? Wie hat sich der Umsatz mit einem bestimmten Kunden über einen gewissen Zeitraum entwickelt? Dimensionen: Bestellung (Bestell-Nr, Datum, Kunde…) Artikel (Artikel_Nr, Bezeichnung, Kategorie, Preis) Kunde (Kunden_Nr, Name, Anrede, Wohnort) Zeit (Bestelldatum, Monat, Quartal, Jahr) Faktentabelle: Bestell_Nr, Artikel_Nr, Kunden_Nr, Bestelldatum mit den Measures Anzahl und Gesamtpreis

91 91 Datenbanken und Informationssysteme Bild nicht aktuell !

92 92 Datenbanken und Informationssysteme

93 93 Datenbanken und Informationssysteme

94 94 Datenbanken und Informationssysteme Erläuterung zum Star-Schema 1.Jede Dimensionstabelle ist durch einen Schlüssel und beschreibende Attribute gekennzeichnet 2.Normalisierung wird in der Regel vernachlässigt 3.Die Schlüssel der einzelnen Dimensionen finden sich in der Faktentabelle wieder (referentielle Integrität), diese bilden in ihrer Gesamtheit den Primärschlüssel in der Faktentabelle 4.Faktentabelle enthält weiterhin die Maße

95 95 Datenbanken und Informationssysteme

96 96 Datenbanken und Informationssysteme Problem: Zwischen Dimensionstabellen und Faktentabelle besteht eine 1:n –Beziehung (Primärschlüssel in Dimensionstabelle und dem Fremdschlüssel in der Faktentabelle). Faktentabelle kann daher nur mit solchen Dimensionen verbunden werden, für die sie auch Fremdschlüsselwerte enthält. Was geschieht, wenn zwei Maße nur mit einem Teil denselben Dimensionen verbunden sind, zum anderen Teil nicht?

97 97 Datenbanken und Informationssysteme Beispiel (Chamoni/Gluchowski, S. 202) Datawarehouse für Marketing und Controlling Galaxie-Schema (vgl. nächste Folie)

98 98 Datenbanken und Informationssysteme

99 99 Datenbanken und Informationssysteme Vorteile Star-Schema und Varianten 1.Einfache und daher intuitive Datenmodelle 2.Geringe Anzahl physischer Data Warehouse-Tabellen 3.Geringe Anzahl Join-Operationen 4.Geringer Aufwand im Rahmen der Data Warehouse-Wartung Nachteile 1.Verschlechtertes Antwortzeitverhalten bei sehr großen Dimensionstabellen 2.Redundanz innerhalb der Dimensionstabellen durch das mehrmalige Festhalten identischer Fakten 3.Ein Problem des Sternschemas ist, dass Daten in den Dimensionstabellen über einen langen Zeitraum hinweg einen Bezug auf Daten in den Faktentabellen haben. Über die Zeit hinweg können aber auch Änderungen der Dimensionsdaten notwendig werden. Diese Änderungen dürfen sich aber in der Regel nicht auf Daten vor der Änderung auswirken. Wenn sich beispielsweise der Verkäufer für eine Produktgruppe ändert, dann darf der jeweilige Eintrag in der Dimensionstabelle nicht einfach überschrieben werden. Stattdessen muss ein neuer Eintrag generiert werden, da sonst die Verkaufszahlen des vorherigen Verkäufers nicht mehr feststellbar wären. Ein Konzept zur Vermeidung solcher Konflikte sind Slowly Changing Dimensions. (Quelle: Wikipedia)

100 100 Datenbanken und Informationssysteme Schneeflocken-Schema

101 101 Datenbanken und Informationssysteme

102 102 Datenbanken und Informationssysteme Vorige Abbildung heißt Schneeflocken-Schema modifizieren Star-Schema aus verschiedenen Gründen entsteht durch Attribut-Hierarchien entsteht durch Normalisierung (3.Normalform) Normalisierung von n:m Beziehungen durch explizite Verbindungstabellen (Sternschema bildet n:m- Beziehungen nicht explizit durch Verbindungstabellen ab, Faktentabelle enthält viel Redundanz)

103 103 Datenbanken und Informationssysteme

104 104 Datenbanken und Informationssysteme Aufgaben: 1. Lesen Sie in der Wikipedia die Artikel zu Data Warehouse, Data Mart, OLAP, CUBE, Sternschema, Schneeflockenschema. 2.Was versteht man unter einem Datenwürfel und warum ist eine Würfelsicht auf Daten im Zusammenhang mit OLAP angemessen? 3. Welche Operationen werden auf Datenwürfeln ausgeführt? 4.Was versteht man unter einer Fakten- und was unter einer Dimensionstabelle? 5.Was versteht man unter einem Stern- und was unter einem Schneeflockenschema.

105 105 Datenbanken und Informationssysteme Aufgabe 6: Erstellen Sie aus dem folgendem ERM-Datenmodell (nächste Folie), das ein operatives System beschreibt, ein Sternschema für ein Data Warehouseprojekt. Ein Verkaufsleiter will Zeit-, Produkt-, Kunden-, Verkäufer- und Regionalvergleiche erstellen. Ausserdem möchte er wissen, ob das Kreditlimit, das Alter des Kunden oder der Zivilstand den Absatz beeinflussen. a. Tragen Sie die Fakten, Dimensionen und Kategorien (Dimensionsattribute) in ein Anforderungsdiagramm ein. b.Ordnen Sie die Dimensionstabellen um die Faktentabelle an und definieren Sie deren Beziehungen. c.Welche betriebswirtschaftlichen Fragestellungen sind von Interesse Aufgabe 7: Eigener Ausdruck (vgl. S:\DBS Master\Übungsaufgabe Modellierung Datawarehouse.doc bzw. P:\ )

106 106 Datenbanken und Informationssysteme 1: enthält2: ist enthalten 3: beinhaltet4: haben 5: gehört

107 107 Datenbanken und Informationssysteme Lösungen: 2. Ein Datenwürfel beschreibt den funktionalen Zusammenhang zwischen beispielsweise 3 Dimensionen und einem Fakt (Faktum) in der Form eines Würfels, der durch die Dimensionen aufgespannt wird und bei welchem jeder Zelle ein Wert eines Faktums zugeordnet wird. Diese anschauliche Darstellung (Sicht), trägt der Unterscheidung zwischen Dimensionen und Fakten Rechnung, die im Rahmen von OLAP benötigt wird. 3.Roll-Ups, Drill-Downs, Slice and Dice, Pivotisierung/ Rotation, Rankings. Roll-Ups sind Gruppierungen entlang der Dimensionen, Drill-Downs sind Degruppierungen. Slice and Dice dient der Selektion von Teilwürfeln, z.B. der Selektion horizontaler oder vertikaler Ebenen (2D-Projektionen oder einzelner Zellen, Rankings bilden Ranglisten z.B. Top 10. Pivoting bedeutet ein Drehen des Würfels durch Vertauschen der Dimensionen, Daten können durch unterschiedliche Perspektiven betrachtet werden.

108 108 Datenbanken und Informationssysteme Lösungen: 4. Eine Dimensionstabelle enthält die Attribute (und die zugehörigen Werte) einer einzelnen Dimension, die in einem OLAP-Zusammenhang von Bedeutung ist, z.B. Produktinformationen, Orts- und Zeitinformation. Eine Faktentabelle enthält Repräsentanten verschiedener Dimensionen (i.a. Schlüssel) und ordnet deren Kombination jeweils ein Faktum (Fakten) zu. 5. Bei einem Sternschema wird eine Faktentabelle zentral (als Mitte eines Stern) angeordnet, die zugehörigen Dimensionstabellen bilden die Strahlen des Sterns. Die Faktentabelle steht dabei über Fremdschlüsselbeziehungen mit den Dimensionstabellen in Beziehung. Die Dimensionstabellen sind i.a. nicht normalisiert (z.B. nicht in 3NF). Falls man die Dimensionstabellen normalisiert, geht man über zu einem Schneeflockenschema.

109 109 Datenbanken und Informationssysteme Lösung zur Aufgabe 6:

110 110 Datenbanken und Informationssysteme Sternenschema

111 111 Datenbanken und Informationssysteme Lösung zu Aufgabe 7:

112 112 Datenbanken und Informationssysteme OLAP /SQL/MDX

113 113 Datenbanken und Informationssysteme Implementierungsansätze OLAP-Operationen 1. SQL 3 (ROLLUP, CUBE, RANK, NTILE…..) 2. MDX 3. OLAP-Frontends (z.B. COGNOS, PANORAMA NOVAVIEW, EXCEL)

114 114 Datenbanken und Informationssysteme OLAP Operatoren von SQL:2003 (SQL3) ROLLUP-Operator - als Erweiterung der GROUP BY-Klausel realisiert Betrachte Zensus-Tabelle als Ausgangspunkt

115 115 Datenbanken und Informationssysteme

116 116 Datenbanken und Informationssysteme Select Bundesstaat, avg(Einkommen)as Durchschnittseinkommen From Zensus Group By Bundesstaat Ergebnis BundesstaatDurchschnittseinkommen FL35940,00 TX36085,71

117 117 Datenbanken und Informationssysteme ROLLUP erzeugte sogenannte Superaggregate für ausgewählte Gruppierungsspalten. Diese Supperaggregate sind eine Aggregation nach Dimensionen. Der ROLLUP-Operator eignet sich zum Generieren von Berichten, die Teilergebnisse und Gesamtwerte enthalten. Der ROLLUP-Operator generiert ein Resultset, das mit den vom CUBE-Operator generierten Resultsets vergleichbar ist. Unterschied Group By und Group By With Rollup durch nachstehendes Beispiel ersichtlich.

118 118 Datenbanken und Informationssysteme Select Bundesstaat, avg(Einkommen)as Durchschnittseinkommen From Zensus Group By Bundesstaat With Rollup Ergebnis : BundesstaatDurchschnittseinkommen FL35940,00 TX36085,71 NULL36000,00 Generiert also alle Gruppen einschliesslich Gesamtwert (Nullprojektion)

119 119 Datenbanken und Informationssysteme SELECT Bundesstaat, Landkreis, Ort, Count(*) as Bevölkerung, AVG(Einkommen) AS Durchschnittseinkommen FROM Zensus GROUP BY Bundesstaat, Landkreis, Ort Bundesstaat Landkreis Ort Bevölkerung Durchschnittseinkommen FL Dade NULL ,00 FLDadeHialeh ,00 FLDadeMiami ,00 FLOrangeOrlando ,00 FLOrangeTaft ,00 TXHarrisBaytown ,00 TXHarrisHouston ,00 TXTravis NULL ,00 TXTravisAustin ,00 Gesamtzahl Gruppen 9

120 120 Datenbanken und Informationssysteme Select Bundesstaat, Landkreis, Ort, Count(*) as Bevölkerung, AVG(Einkommen) AS Durchschnittseinkommen From Zensus Group By Bundesstaat, Landkreis, Ort WITH ROLLUP BundesstaatLandkreisOrtBevölkerungDurchschnittseinkommen FLDadeNULL ,00 (hier ist Ort = NULL) FLDadeHialeh ,00 FLDadeMiami ,00 FLDadeNULL ,33 (Projektion in zwei Dimensionen) FLOrangeOrlando ,00 FLOrangeTaft ,00 FLOrangeNULL ,00 FLNULLNULL ,00 (Projektion in eine Dimension) TXHarrisBaytown ,00 TXHarrisHouston ,00 TXHarrisNULL ,00 TXTravisNULL ,00 TXTravisAustin ,00 TXTravisNULL ,66 TXNULLNULL ,71 NULLNULLNULL ,00 (Projektion in keine Dimension) 16 Gruppen

121 121 Datenbanken und Informationssysteme Problematik Erzeugt gleiche Zeilen bei Ort = Null und bei der Projektion in zwei Dimensionen Hilfe über die Grouping-Funktion

122 122 Datenbanken und Informationssysteme GROUPING-Funktion Eine Aggregatfunktion, die die Ausgabe einer weiteren Spalte mit dem Wert 1 bewirkt, wenn die Zeile durch den CUBE- oder den ROLLUP-Operator hinzugefügt wird. Ist die Zeile nicht das Ergebnis des CUBE- oder ROLLUP-Operators, wird der Wert 0 ausgegeben. Die Gruppierung ist nur in der zu einer GROUP BY-Klausel zugeordneten Auswahlliste zulässig, die den CUBE- oder den ROLLUP-Operator enthält.

123 123 Datenbanken und Informationssysteme Syntax am Beispiel SELECT Bundesstaat, Landkreis, Ort, Count(*) as Bevölkerung, AVG(Einkommen)as Durchschnittseinkommen, GROUPING(Ort) AS 'Grouping' FROM Zensus GROUP BY Bundesstaat, Landkreis, Ort WITH ROLLUP

124 124 Datenbanken und Informationssysteme BundesstaatLandkreisOrtBevölkerungDurchschnittseinkommen Grouping FLDadeNULL ,00 0 FLDadeHialeh ,00 0 FLDadeMiami ,00 0 FLDadeNULL ,33 1 FLOrangeOrlando ,00 0 FLOrangeTaft ,00 0 FLOrangeNULL ,00 1 FLNULLNULL ,00 1 TXHarrisBaytown ,00 0 TXHarrisHouston ,00 0 TXHarrisNULL ,00 1 TXTravisNULL ,00 0 TXTravisAustin ,00 0 TXTravisNULL ,66 1 TXNULLNULL ,71 1 NULLNULLNULL , Gruppen (7 Gruppen durch Rollup generiert)

125 125 Datenbanken und Informationssysteme ROLLUP und COMPUTE BY-Befehl Select Bundesstaat, avg(Einkommen)as Durchschnittseinkommen From Zensus Group By Bundesstaat With Rollup Select Bundesstaat, Einkommen From Zensus ORDER BY Bundesstaat Compute AVG (Einkommen) BY Bundesstaat Das Resultset einer ROLLUP-Operation verfügt über einen vergleichbaren Funktionsumfang wie das Resultset, das von einer COMPUTE BY-Operation zurückgegeben wird. ROLLUP weist jedoch die folgenden Vorteile auf: ROLLUP gibt ein einzelnes Resultset zurück, während COMPUTE BY mehrere Resultsets zurückgibt, was die Komplexität von Anwendungscode erhöht. ROLLUP kann in einem Servercursor verwendet werden, COMPUTE BY hingegen nicht. Teilweise kann der Abfrageoptimierer effizientere Ausführungspläne für ROLLUP als für COMPUTE BY generieren.

126 126 Datenbanken und Informationssysteme CUBE-Operator Cube-Operator verallgemeinert ROLLUP-Operator, indem er ihn auf alle 2 d Aggregationen für d gegebene Dimensionen simultan anwendet. Die Realisation lautet: SELECT FROM WHERE GROUP BY WITH CUBE Hinweis: Für den CUBE-Befehl Verwendung einer anderen Faktentabelle, die keine Nullwerte enthält.

127 127 Datenbanken und Informationssysteme

128 128 Datenbanken und Informationssysteme SELECT Modell, Jahr, Farbe, SUM(Verkäufe) AS Verkäufe FROM Autoverkäufe GROUP BY Modell, Jahr, Farbe WITH CUBE Diese Formulierung ist die abkürzende Schreibweise für folgende Folgen von GROUP-BY-Befehlen

129 129 Datenbanken und Informationssysteme Select Modell, Jahr, Farbe, Verkäufe From Autoverkäufe UNION Select Modell, Jahr, Sum(Verkäufe) As Verkäufe From Autoverkäufe Group By (Modell, Jahr) UNION Select Modell, Jahr, Sum(Verkäufe) As Verkäufe From Autoverkäufe Group By (Modell, Farbe) UNION Select Modell, Jahr, Sum(Verkäufe) As Verkäufe From Autoverkäufe Group By (Jahr, Farbe) UNION Select Modell, Jahr, Sum(Verkäufe) As Verkäufe From Autoverkäufe Group By (Modell )

130 130 Datenbanken und Informationssysteme UNION Select Modell, Jahr, Sum(Verkäufe) As Verkäufe From Autoverkäufe Group By (Jahr) UNION Select Modell, Jahr, Sum(Verkäufe) As Verkäufe From Autoverkäufe Group By (Farbe) UNION Select Alle, Alle, Alle, sum (Verkäufe) As Verkäufe From Autoverkäufe

131 131 Datenbanken und Informationssysteme Hat die SELECT-Liste n Attribute der Kardinalität C 1,..., C n, so hat die resultierende Cube-Relation π (C i +1) mit i = 1,..,n Im Beispiel also: 3 * 4 * 4 = 48 Zeilen

132 132 Datenbanken und Informationssysteme Effiziente Speicherung von Faktentabellen (Bit-Map-Index) Betrachte Autoverkäufe: Unterstellt man, daß nur die Autos Chevy und Ford vorkommen, daß nur die Jahre 190,1991, 1992 existieren und nur die Farben rot, weiß, blau bei den Autos als Lackierung zulässig sind, so kann man z.B. das Tupel (Chevy, 1990, rot) durch folgenden Bit- Vektor darstellen: (1,0,1,0,0,1,0,0)

133 133 Datenbanken und Informationssysteme

134 134 Datenbanken und Informationssysteme SELECT * FROM Verkäufe WHERE Jahr = 1991 AND Farbe = Weiss Wird übersetzt in Boolesches UND der Spalten 4 und 7, liefert dann die Tupel-Identifier (TID) 5 und 14

135 135 Datenbanken und Informationssysteme Übungsaufgabe: Betrachte folgenden View aus Versandhandel Riemenschneider ERWEITERTE_BESTELLDATEN mit folgenden Spalten Bestell-Nr, Artikel_Nr, Kunde, Kategorie, Anzahl SQL Befehl: Create View Erweiterte_Bestelldaten AS SELECT Bestelldaten.Bestell_Nr, Bestelldaten.Artikel_Nr, Kunden.Kunden_Nr, Artikel.Kategorie, Bestelldaten.Anzahl FROM Bestelldaten, Artikel, Kunden, Bestellungen WHERE Bestelldaten.Artikel_Nr = Artikel.Artikel_Nr AND Kunden.Kunden_Nr = Bestellungen.Kunden_Nr AND Bestelldaten.Bestell_Nr = Bestellungen.Bestell_Nr

136 136 Datenbanken und Informationssysteme Aufgabe 1: Wie viele Artikel hat jeder Kunde bestellt? Aufgabe 2: Wie viele Artikel hat jeder Kunde und wie viele Artikel wurden insgesamt bestellt? Aufgabe 3: Wie viele Artikel hat jeder Kunde in den unterschiedlichen Kategorien bestellt. Aufgabe 4: Verdichtung nach allen Dimensionen

137 137 Datenbanken und Informationssysteme SELECT Kunden_nr, SUM (Anzahl) FROM Erweiterte_Bestelldaten GROUP BY Kunden_nr ORDER BY Kunden_nr SELECT Kunden_nr, SUM (Anzahl) FROM Erweiterte_Bestelldaten GROUP BY Kunden_nr WITH ROLLUP ORDER BY Kunden_nr

138 138 Datenbanken und Informationssysteme Select Kunden_nr, Kategorie, Artikel_Nr, Sum (anzahl) FROM Erweiterte_Bestelldaten Group By Kunden_nr, Kategorie, Artikel_Nr with Rollup ORDER BY Kunden_nr Select Kunden_nr, Kategorie, Artikel_Nr, Sum (anzahl) from Erweiterte_Bestelldaten Group By Kunden_nr, Kategorie, Artikel_Nr with cube ORDER BY Kunden_nr

139 139 Datenbanken und Informationssysteme Wiederholung (Auftragsdatenbank): 1. Wie ist der Umsatzwert für jedes Land in jedem Preissegment und in jeder Kategorie 2. Wieviele Zeilen produziert diese Abfrage 3. Wieviele Zeilen wird der Rollup-Operator produzieren (Begründung!!!) 4. Wieviele Zeilen wird der CUBE-Operator produzieren, eine Abschätzung (Obere Schranke) genügt!! (Begründung!!!)

140 140 Datenbanken und Informationssysteme Lösung 1.SELECT Land, Preis, Kategorie, ROW_NUMBER OVER (ORDER BY, Land, Preis, Kategorie) FROM Auftragsdaten GROUP BY Land, Preis, Kategorie Kardinalität von {(Land, Preis)} + Kardinalität von { (Land)} + 1 (Nullprojektion) = 126 3a Begründung: Kardinalität von {(Land, Preis)} = 21, Kardinalität von { (Land)} = Produktformel aus Vorlesung (siehe CUBE-Operator) 4a hier: 8*4*8 (Anzahl Länder = 7, Anzahl Preis = 3, Anzahl Kategorie = 7), also hier = 256 (exakt sind es 196 Zeilen)

141 141 Datenbanken und Informationssysteme Rangfolgefunktionen Rangfolgefunktionen ermöglichen die Rückgabe eines Rangfolgewertes für jede Zeile im Abfrageergebnis. 1.ROW_NUMBER (fügt dem Abfrageergebnis eine Spalte mit einer Zeilennummer hinzu) 2.RANK (Abfrageergebnis kann mit einer Rangspalte versehen werden) 3.DENSE_RANK 4.NTILE (Abfrageergebnissen können Gruppennummern hinzugefügt werden) Beispielsdaten: Auftragsdatenbank (3300 Zeilen)

142 142 Datenbanken und Informationssysteme ROW-NUMBER SELECT Land, Preis, SUM(Brutto) AS Umsatz, ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY SUM(BRUTTO) DESC) AS Rang FROM Auftragsdaten GROUP BY Land, Preis ORDER By Land SELECT Land, Preis, SUM(Brutto) AS Umsatz, ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY SUM(BRUTTO) DESC) AS Rang FROM Auftragsdaten GROUP BY Land, Preis ORDER By Rang

143 143 Datenbanken und Informationssysteme RANK/DENSE_RANK: ROW_NUMBER nummeriert fortlaufend, nicht geeignet wenn Werte gleich sind. RANK() nimmt ein Ranking vor. Sind Werte gleich, so erhalten sie den gleichen Rangplatz. Sind beispielsweise drei Werte gleich, so erhält das darauffolgende Element den Rangplatz, der um (3 +1) weitergeschaltet ist. DENSE_RANK schaltet bei vorstehendem Beispiel nur um 1 weiter. SELECT Datum, Land,Kategorie, Einheiten, Listenpreis, RANK() OVER (ORDER BY Listenpreis) AS Rang FROM Auftragsdaten SELECT Datum, Land, Kategorie, Einheiten, Listenpreis, DENSE_RANK() OVER (ORDER BY Listenpreis) AS Dense_Rang FROM Auftragsdaten

144 144 Datenbanken und Informationssysteme NTILE fasst Datensätze zu einer vorgegebenen Anzahl von Gruppen zusammen (nach Möglichkeit gleichgrosse Gruppen). SELECT NTILE(10) OVER (ORDER BY Listenpreis) AS Gruppe, Datum, Land,Kategorie, Einheiten, Listenpreis FROM Auftragsdaten

145 145 Datenbanken und Informationssysteme MDX MultiDimensional eXpressions (MDX) ist eine spezielle Datenbanksprache für OLAP. Seit 1997 von Microsoft entwickelt, heute weitgehend als Standard etabliert. Leistungsumfang: 1. MDX hat Skripting-Funktionalität 2. MDX kann als Datenmanipulationssprache eingesetzt werden. 3. MDX kann als Datendefinitionssprache verwendet werden. 4. MDX-Funktionen (ca. 100)

146 146 Datenbanken und Informationssysteme Grundgerüst einer Abfrage Zeige im CUBE Aufträge für alle Länder in der Preiskategorie Hoch, Mittel, Niedrig die kumulierten Bruttoumsatzzahlen. MDX SELECT { ( [DIM Region]. [Land ] ) } ON ROWS, { ( [DIM Artikel]. [Preiskategorie]. [HOCH]: [DIM Artikel]. [Preiskategorie]. [NIEDRIG] ) } ON COLUMNS, FROM Aufträge WHERE [MEASURES].[BRUTTO]

147 147 Datenbanken und Informationssysteme MDX

148 148 Datenbanken und Informationssysteme OLAP-Tutorium

149 149 Datenbanken und Informationssysteme Praktische Übungen zu Data Warehousing Inhalte: Integration von Daten in eine SQL Server – Datenbank. Vorgehen bei der Erstellung eines Data Warehouse mittels Business Intelligence Development Studio. Erstellen eines Data Warehouse und Datenanalyse am Beispiel der Versandhandelsdatenbank und der Datenbank DW1fach.

150 150 Datenbanken und Informationssysteme Praktische Übungen zu Data Warehousing Datenintegration Verwendung von INSERT XML-Datei SQL-Server Verwendung von ODBC und MS-Access EXCEL-Tabelle SQL-Server BLOB (.doc,.wav,.bmp,.mp3,.ppt, ….) SQL-Server Verwendung von OLEDB, ADODB,.NET, …. Verwendung von SSIS( DTS-Import-Assistent)

151 151 Datenbanken und Informationssysteme Praktische Übungen zu Data Warehousing Datenintegration Übungsaufgabe 1: Datenintegration Übernehmen Sie die Daten der Datei Telefonliste.txt mittels ODBC in eine SQL-Server-Tabelle Telefonliste_xx der Datenbank PI_Master.

152 152 Datenbanken und Informationssysteme Praktische Übungen zu Data Warehousing Aufbau eines Data Warehouse und Datenanalyse Erstellen eines Data Warehouse für SQL Server mittels Business Intelligence Development Studio Neues Projekt anlegen Datenquellen definieren Datenquellensicht definieren Cube erstellen Anpassen des Cubes mittels des Cube-Designers Bereitstellen des Cubes Auswerten des Cubes mittels des Cube-Browsers.

153 153 Datenbanken und Informationssysteme Praktische Übungen zu Data Warehousing Aufbau eines Data Warehouse und Datenanalyse Der Cube wird in XML- und Binärdateien gespeichert. Über Management Studio werden die Rechte für den Zugriff auf den Cube vergeben. Ein Endanwender kann z.B. mittels EXCEL auf den Cube zugreifen und Datenanalysen durchführen.

154 154 Datenbanken und Informationssysteme Praktische Übungen zu Data Warehousing Aufbau eines Data Warehouse und Datenanalyse Data Warehouse für die Versandhandelsdatenbank Typische Fragestellungen: Welcher Umsatz wurde in den verschiedenen Kategorien pro Monat des Jahres 2006 mit weiblichen Kunden aus den verschiedenen Wohnorten erzielt? Wie hat sich der Umsatz mit einem bestimmten Kunden über einen gewissen Zeitraum entwickelt? Dimensionen: Artikel (Artikel_Nr, Bezeichnung, Kategorie, Preis) Kunde (Kunden_Nr, Name, Anrede, Wohnort) Zeit (Bestelldatum, Monat, Quartal, Jahr) Faktentabelle: Bestell_Nr, Artikel_Nr, Kunden_Nr, Bestelldatum und den Measures Anzahl und Gesamtpreis

155 155 Datenbanken und Informationssysteme Praktische Übungen zu Data Warehousing Aufbau eines Data Warehouse und Datenanalyse Data Warehouse für die Versandhandelsdatenbank Es ergibt sich offenbar ein Sternschema. Dabei basieren zwei Dimensionen auf Tabellen der relationalen Datenbank, die dritte wird bei der Realisierung als so genannte Serverzeitdimension erstellt. Die Faktentabelle wird mittels eines Joins über die Tabellen Bestelldaten, Bestellungen, Artikel, Kunden als Tabelle Fakten_Versandhandel erstellt.

156 156 Datenbanken und Informationssysteme Praktische Übungen zu Data Warehousing Aufbau eines Data Warehouse und Datenanalyse Data Warehouse für die Versandhandelsdatenbank create table Fakten_Versandhandel (Bestell_Nr int not null, Artikel_Nr int not null, Kunden_Nr int not null, Bestelldatum smalldatetime not null, Anzahl smallint not null, Gesamtpreis money not null) insert into Fakten_Versandhandel select bd.artikel_nr,bd.bestell_nr,k.kunden_nr,bestelldatum,anzahl, anzahl*preis from bestelldaten bd,bestellungen b,kunden k,artikel a where bd.bestell_nr=b.bestell_nr and b.kunden_nr=k.kunden_nr and bd.artikel_nr=a.artikel_nr

157 157 Datenbanken und Informationssysteme Praktische Übungen zu Data Warehousing Aufbau eines Data Warehouse und Datenanalyse Data Warehouse für die Versandhandelsdatenbank Vorführung der Implementierung des Data Warehouse für die Versandhandelsdatenbank mittels Business Intelligence Development Studio. Vorführung der Datenanalyse mittels Cube-Browser. Vorführung der Datenanalyse mittels EXCEL.

158 158 Datenbanken und Informationssysteme Praktische Übungen zu Data Warehousing Aufbau eines Data Warehouse und Datenanalyse Übungsaufgabe 2: Aufbau eines Data Warehouse für die Datenbank DW1fach Schritt 1: Machen Sie sich mit den Tabellen der Datenbank DW1fach vertraut. Sichten Sie die Tabellen. Identifizieren Sie die Primärschlüssel. Skizzieren Sie ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen den Tabellen aufzeigt.

159 159 Datenbanken und Informationssysteme Praktische Übungen zu Data Warehousing Aufbau eines Data Warehouse und Datenanalyse Übungsaufgabe 2: Aufbau eines Data Warehouse für die Datenbank DW1fach Schritt 2: Es soll ein Data Warehouse für DW1fach entworfen werden. Formulieren Sie typische Fragestellungen des Managements, die bei der Datenanalyse beantwortet werden sollen. Welche Dimensionen und Measures erscheinen Ihnen sinnvoll? Welche Faktentabelle(n) verwenden Sie? Welche Dimensionstabellen benutzen Sie, welche Attribute dieser Tabellen erscheinen für die zugehörige Dimension sinnvoll? Skizzieren Sie als Ergebnis Ihrer Überlegungen ein Schema, das Ihre Überlegungen widerspiegelt.

160 160 Datenbanken und Informationssysteme Praktische Übungen zu Data Warehousing Aufbau eines Data Warehouse und Datenanalyse Übungsaufgabe 2: Aufbau eines Data Warehouse für die Datenbank DW1fach Schritt 3: Das in Schritt 2 entworfene Data Warehouse soll implementiert werden. Implementieren Sie mittels Business Intelligence Development Studio ein Data Warehouse DW1fach_OLAPxx für DW1fach. Beantworten Sie einige typische Fragestellungen des Managements mit Hilfe des Cube-Browsers. Binden Sie den Cube in eine EXCEL-Tabelle ein und beantworten Sie einige typische Fragestellungen des Managements.

161 161 Datenbanken und Informationssysteme Praktische Übungen zu Data Warehousing Aufbau eines Data Warehouse und Datenanalyse Übungsaufgabe 2: Aufbau eines Data Warehouse für die Datenbank DW1fach Lösungen zu Schritt 2: Fragestellungen: Wie hat sich der Umsatz für die Warengruppe Wein in den Jahren 2004 und 2005 pro Region entwickelt? Wie verhält sich der Jahresumsatz pro Mitarbeiter in den Jahren 2004 und 2005 zu dem entsprechenden Jahresgehalt? Schema(Galaxie): Nächste Folie.

162 162

163 163 Datenbanken und Informationssysteme Data Warehouse- Architektur

164 164 Datenbanken und Informationssysteme 1. Anforderungen an Data Warehousing 2. Referenzarchitektur

165 165 Datenbanken und Informationssysteme Anforderungen des Data Warehousing - Unabhängigkeit zwischen Datenquellen und Analysesystem bezüglich Verfügbarkeit, Belastung, laufender Änderung - Dauerhafte Bereitstellung integrierter und abgeleiteter Daten - Mehrfachverwendung der bereitgestellten Daten - Möglichkeit der Durchführung prinzipiell beliebiger Auswertungen (Analysebedürfnisse der Nutzer)

166 166 Datenbanken und Informationssysteme Anforderungen des Data Warehousing - Unterstützung individueller Sichten (bzgl. Zeithorizont, Struktur) - Möglichkeit der Integration neuer Datenquellen - Automation der Abläufe - Eindeutigkeit über Datenstrukturen, Zugriffsberechtigungen und Prozesse - Ausrichtung an den Geschäftszielen des Unternehmens

167 167 Datenbanken und Informationssysteme Geschäftsziele: Welche Geschäftsziele verfolgt die Abteilung, die das Data Warehouse einsetzen will Welche Indikatoren messen den Erfolg der Abteilung Welche Risiken sind mit der Geschäftstätigkeit verbunden Welche Merkmale dienen der Früherkennung von Risiken Wie innovativ ist die Geschäftstätigkeit?

168 168 Datenbanken und Informationssysteme Analysebedürfnisse: Wie gross ist der Anteil der Routine- bzw. Ad hoc-Analysen? Wie gross ist der Anteil der historischen Auswertungen Welche Datenquellen haben die Abteilungen (informelle Quellen)

169 169 Datenbanken und Informationssysteme

170 170 Datenbanken und Informationssysteme Referenzarchitektur

171 171 Datenbanken und Informationssysteme Data-Warehouse-Manager - Zentrale Komponente eines Data Warehouse- Systems - Initiierung, Steuerung und Überwachung der einzelnen Prozesse - Initiierung des Datenbeschaffungsprozesses - in regelmäßigen Zeitabständen - bei Änderung einer Quelle - explizite Anforderung

172 172 Datenbanken und Informationssysteme Data-Warehouse-Manager - Nach Auslösen des Ladeprozesses: - Überwachung weiterer Schritte - Koordination der Reihenfolge der Verarbeitung - Fehlerfall - Dokumentation von Fehlern - Wiederanlaufmechanismen - Zugriff auf Metadaten aus dem Repository

173 173 Datenbanken und Informationssysteme Datenquellen - interne operative Daten - externe Daten (Internet, Branchendaten) Alle Daten, die in das Data Warehouse integriert werden müssen, unterliegen einem sogenannten Transformationsprozess (Schlagwort ETL mit E = Extract, T = Transformation, L = Loading). Der Transformationsprozess umfaßt dabei alle Aktivitäten zur Umwandlung der operativen Daten in betriebswirtschaftlich interpretierbare Daten. Dabei sind die nachstehenden Teilprozesse zu durchlaufen.

174 174 Datenbanken und Informationssysteme Transformation der operativen Daten

175 175 Datenbanken und Informationssysteme

176 176 Datenbanken und Informationssysteme Erste Transformationsschicht – Filterung

177 177 Datenbanken und Informationssysteme Bereinigung und Filterung dient der Befreiung der extrahierten Daten sowohl von syntaktischen und semantischen Mängeln. Unter syntaktischen Mängeln sind formelle Mängel in der codetechnischen Darstellung zu verstehen. Semantische Mängel betreffen Mängel in den betriebswirtschaftlichen Inhalten der Daten

178 178 Datenbanken und Informationssysteme

179 179 Datenbanken und Informationssysteme Harmonisierung Harmonisierung stellt die zweite Schicht der Transformation dar. Zwei Arten der Harmonisierung werden dabei unterschieden: 1.Syntaktische Harmonisierung 2.Betriebswirtschaftliche Harmonisierung Operative und externe Datenbestände weisen in der Regel eine hohe Heterogenität auf. Bei der syntaktischen Harmonisierung werden Schlüsseldisharmonien, Probleme unterschiedlicher Daten, Synonyme und Homonyme behandelt.

180 180 Datenbanken und Informationssysteme

181 181 Datenbanken und Informationssysteme

182 182 Datenbanken und Informationssysteme Schlüsseldisharmonien entstehen durch unterschiedliche operative Anwendungssysteme, die meistens historisch zu unterschiedlichen Zeitpunkten entwickelt wurden. Lösung für voriges Beispiel: Entwicklung einer Zuordnungstabelle, die für jeden Kunden einen neuen künstlichen Primärschlüssel generiert und die Primärschlüssel der operativen Systeme mitführt, sodass übergreifende Auswertungen möglich sind.

183 183 Datenbanken und Informationssysteme

184 184 Datenbanken und Informationssysteme Betriebswirtschaftliche Harmonisierung Hier werden die beiden Punkte Abgleich der betriebswirtschaftlichen Kennziffern sowie die Festlegung der gewünschten Granularität behandelt. Dies bedeutet Implementierung von Transformationsregeln, die das operative Datenmaterial in Bezug auf die betriebswirtschaftliche Bedeutung, die gebiets- und ressortspezifische Gültigkeit, die Währung oder die Periodenzuordnung in einheitliche Werte überführen.

185 185 Datenbanken und Informationssysteme Betriebswirtschaftliche Harmonisierung (Fortsetzung) Granularität Granularität (Maß für die Feinkörnigkeit eines Systems, bei DWH Zeitraumbezug) Beispiel: Sollen beispielsweise tagesaktuelle Werte auf Basis von Produkt- bzw. Kundengruppen die detailliertesten Daten eines DWH bilden, sind sämtliche Einzelbelege über Aggregationsmechanismen zu tagesaktuellen, produktgruppen- und kundengruppenspezifischen Werten zusammenzufassen.

186 186 Datenbanken und Informationssysteme Aggregation Die dritte Transformationsschicht ist die Aggregation (vgl. nächste Folie). In dieser Phase werden die gefilterten und harmonisierten Daten um Verdichtungsstrukturen erweitert. Dazu werden Dimensionshiearchietabellen entwickelt. Beispiele: 1.Kunde, Kundengruppe, Gesamt 2.Produkt, Produktuntergruppe, Produkthauptgruppe,Gesamt 3.Abteilungszugehörigkeit, Gesamt Generelle Problematik: Historische Änderungen z.B. Artikeländerungen, Kundennamenwechsel, Neue Abteilungen

187 187 Datenbanken und Informationssysteme

188 188 Datenbanken und Informationssysteme

189 189 Datenbanken und Informationssysteme Aktualisierungsproblematik 1.Echtzeit-Aktualisierung 2.Aktualisierung in periodischen Zeitabständen 3.Aktualisierung in Abhängigkeit der Änderungsquantität Vorteile/Nachteile

190 190 Datenbanken und Informationssysteme Überblick Integration Services im SQL Server 2005 (SSIS) Vorläufer DTS (Data Transformation Services) Verbindung zu operativen Systemen über OLE DB (ODBC, FTP) Implementierung von Workflowmodellen

191 191 Datenbanken und Informationssysteme Tools für Integration Services Import/Export-Assistent für Datenmigration DTSRun für Administratoren (Kommandozeilenmodus) DTSRunUI (Graphische Komponente) SQL-Agent zur zeitlichen Steuerung von Batch-Jobs

192 192 Datenbanken und Informationssysteme Abschlussfallstudie aus Kemper et al. S.72 Unterlagen als Kopie auf Laufwerk P, Manuskriptname Fallstudie BI.PDF

193 193 Datenbanken und Informationssysteme Data Mining

194 194 Datenbanken und Informationssysteme Unter Data-Mining versteht man die Anwendung von (statistisch-mathematischen) Methoden auf einen Datenbestand mit dem Ziel der Mustererkennung. Dabei finden insbesondere solche Methoden Anwendung, die hervorragende asymptotische Laufzeiten haben, weshalb Data-Mining oft im Zusammenhang mit großen Datenbeständen genannt wird. Gleichwohl ergeben sich durch den Verzicht auf Modellannahmen über den Datenentstehungsprozess auch bei kleinen Datenbeständen interessante Anwendungsmöglichkeiten. In Abgrenzung zum Knowledge Discovery in Databases findet beim Data Mining keine Bewertung der Ergebnisse statt, etwa auf Bekanntheit von Mustern oder Trivialitäten. Daher kann Data Mining als ein (zentraler) Baustein im Knowledge Discovery in Databases gesehen werden. Quelle: Wikipedia

195 195 Datenbanken und Informationssysteme Ziele von Data Mining Auswertung von Daten aus Data Warehouse mit dem Ziel des Entdeckens von neuen Zusammenhängen, Trends, Statistiken, Verhaltensmustern. Häufig weiß man am Anfang nicht, wonach man sucht Herausfinden nützlicher Informationen wie Kundenverhalten Klassifikation der Daten zum Zweck der Risikoabschätzung oder Entscheidungsfindung

196 196 Datenbanken und Informationssysteme Begriff Muster (Synonyma Vorbild, Pattern) Sprachmuster Warenmuster Kaufmuster Bildmuster Textmuster Verhaltensmuster Prozessmuster Problemmuster

197 197 Datenbanken und Informationssysteme

198 198 Datenbanken und Informationssysteme Anwendungen von Data Mining Direktmarketing - Mailing - Außendienst Kundenprofile - Erstellung von Kunden-Profilen - Top-Kunden-Analyse - Neukundengewinnung - Prävention von Kündigungen Handel - Warenkorbanalyse - E-Business

199 199 Datenbanken und Informationssysteme Anwendungen von Data Mining Finanz – und Versicherungswirtschaft - Risikoanalyse - Missbrauchsentdeckung

200 200 Datenbanken und Informationssysteme Data Mining ist Prozess, der in sechs Phasen verläuft und in dem verschiedene Methoden zum Einsatz kommen können. Grundlage des Prozesses sind die Daten im Data Warehouse.

201 201 Datenbanken und Informationssysteme

202 202 Datenbanken und Informationssysteme Typisches Beispiel Optimierung des Direktmailings für ein Produkt Schritt 1: Erstellung Produktprofils, Nutzung von Erfahrungen aus früheren Aktionen (Responsedatenbank), bei neuen Produkten Testaktion (z.B – 20000) repräsentativer Kunden. Schritt 2: Qualifizierung der Kundendatenbank auf Basis der Responsedatenbank. Die gesamte Kundendatenbank in verschiedene Kundensegmente (vgl. nächste Folie) unterteilt. Jedes Segment hat Responsepotential. Damit auch der Kunde. Schätzung über Responseverhalten. Sortierung der Kundensegmente nach Responsepotential. Leiter des Direktmailings muß Entscheidung treffen, welches Segment in Mailing- Aktion einbezogen wird.

203 203 Datenbanken und Informationssysteme Kundensegmente in der Kundendatenbank können beispielsweise durch folgende Segmentbeschreibung klassifiziert werden.

204 204 Datenbanken und Informationssysteme Benutzung Datensatz Die segmentierte Kundendatenbank dient nun als Eingabe für das Data Mining-Verfahren. Jeder qualifizierte Datensatz beschreibt einen Kunden, der angeschrieben werden soll. Typische Merkmale sind u.a.: Weitere Angaben sind Reaktionen auf Mailingaktionen.

205 205 Datenbanken und Informationssysteme Bewertung Ergebnisse Soll-Ist-Vergleich Responserate Kosten-Umsatz-Relation Deckungsbeitragsrechnung

206 206 Datenbanken und Informationssysteme Beispiel Versicherungen Fragestellungen: Charakterisierung Seniorenmarkt Änderung Kundenverhalten im Alter Charakterisierung von Vermittlern Untersuchung Zusammenhänge Autounfälle und dem Alter des Fahrers Diverse Anwendungen Vorhersage von Wirbelstürmen oder Erdbeben Analyse von Satellitenbildern

207 207 Datenbanken und Informationssysteme Klassifikation Problem: Kreditkartengesellschaft will Verfahren zur Risikoabschätzung bei der Vergabe von Kreditkarten an Neukunden entwickeln. Gesellschaft verfügt über großen Datenbestand von Kunden, deren Kreditwürdigkeit aus der Zahlungshistorie abgeleitet werden kann. Ziel: Herleitung einer Klassifikation für alle in Frage kommenden Personen bzw. potentielle Kunden, so daß diejenigen mit exzellenter bzw. guter Krediteinschätzung auf Antrag eine Kreditkarte erhalten.

208 208 Datenbanken und Informationssysteme Klassifikation Lösung: 1.Finde in der Datenbank Bedingungen für ein erstes Attribut, die die Wertemenge der Datenbank disjunkt zerlegt. 2.Überprüfe diese Einschätzung anhand der vorhandenen DB. Falls dies richtig ist, reicht diese Zerlegung bereits. 3.Ansonsten suche Bedingung für ein weiteres Attribut. 4.Iteriere, bis eine verläßliche Klassifikation gefunden wurde. Werbung nur an interessante Kunden. Was heißt interessant?

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210 210 Datenbanken und Informationssysteme E i n e mögliche Klassifikationsregel lautet: Eine Person ist kreditwürdig, falls sie den Hochschulabschluss Master besitzt und ein Jahreseinkommen von mehr als hat.

211 211 Datenbanken und Informationssysteme Klassifikationsaufgabe allgemein 1.Eine feste Anzahl von Klassen 2.Beispiele von Klasseninstanzen und deren Attributwerte (Trainings Set) Gesucht ist dann ein Profil für jede einzelne Klasse!

212 212 Datenbanken und Informationssysteme Algorithmen für Klassifikationsaufgaben Regressionsanalyse (siehe auch Wikipedia) Entscheidungsbaumverfahren Distanzbasierte Algorithmen Algorithmen für neuronale Netze

213 213 Datenbanken und Informationssysteme Regressionsanalyse

214 214 Datenbanken und Informationssysteme Ziel der Regressionsanalyse ist es, Beziehungen zwischen einer abhängigen und einer/mehrerer unabhängigen Variablen festzustellen. Einfache lineare Regression Die Daten (Datenbank) liegen in der Form (x i, y i ) (i = 1,2,..n) vor. Als Modell wählt man: Y i = a + b*x i + ε i a, b sind unbekannt, ε i heiß Störgröße.

215 215 Datenbanken und Informationssysteme Beispiel: xixi yiyi Nr.PreisAbsatzmenge

216 216 Datenbanken und Informationssysteme Vorgehensweise: Minimum-Quadrat-Methode oder Methode der kleinsten Quadrate. Man minimiert die summierten Quadrate der Residuen Hier: a = b= d.h. lineare Gleichung: y = x (lineare Regressionsgerade) Exkurs: EXCEL

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218 218 Datenbanken und Informationssysteme Übungsaufgabe Es seien die Absatzzahlen eines Produktes über 20 Monate in einer Datenbank festgehalten. Die folgende Tabelle enthalte die beobachteten Daten 1.Wie lauten die Prognosewerte für den Monat. Benutzen Sie die eingebaute Regressionsanalyse als auch das Modell auf Laufwerk P. 2.Wo versagt die Methode?? (Kritik)

219 219 Datenbanken und Informationssysteme ZeitMenge

220 220 Datenbanken und Informationssysteme Beispiele für Entscheidungsbäume

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229 229 Datenbanken und Informationssysteme Einfaches Modell zur Vorhersage des Studienerfolges mit Decision Trees 1.Erstellung des Mining-Modelles (z.B. mit DMX) 2.Training des Modelles 3.Modellvorhersagen treffen

230 230 Datenbanken und Informationssysteme Erstellung des Mining-Modelles (mit DMX) CREATE MINING MODEL Studienabschluss (MatNr Text Key, Geschlecht Text Discrete, Lebensalter Long Continuous, Elterneinkommen Long Continuous, Berufserfahrung Long Continuous Studienabschluss Long Discrete Predict) USING Microsoft_Decision_Trees

231 231 Datenbanken und Informationssysteme Modell trainieren INSERT INTO Studienabschluss (MatNr, Geschlecht, Lebensalter, Elterneinkommen, Berufserfahrung, Studienabschluss) OPEN QUERY (DM_Einf, SELECT * FROM STUDIENABSCHLÜSSE)

232 232 Datenbanken und Informationssysteme Modellvorhersage SELECT [Studienabschluss]. [Studienabschluss] PredictProbability ([Studienabschluss]. [Studienabschluss]) FROM [Studienabschluss] NATURAL PREDICTION JOIN OPENQUERY ([DM_EIN], SELECT [Geschlecht], [Lebensalter], [NoteSchulabschluss], [Elterneinkommen], [Berufserfahrung] FROM [dbo.][Studienabschlüsse] AS t )

233 233 Datenbanken und Informationssysteme Cluster-Bildung (Siehe auch Wikipedia Clusteranalyse) Unter Clusteranalyse versteht man ein strukturentdeckendes, multivariates Analyseverfahren zur Ermittlung von Gruppen (Clustern) von Objekten, deren Eigenschaften oder ihre Ausprägungen bestimmte Ähnlichkeiten oder Unähnlichkeiten aufweisen. Die Clusteranalyse ist mit der Klassifikation verwandt. Wesentlicher Unterschied zur Klassifikation ist, daß bei einer Clusteranalyse die Gruppen nicht vordefiniert sind, sondern erst bestimmt werden müssen. Es sind Ähnlichkeiten zu finden, die mit Hilfe bestimmter Charakteristika zu finden sind.

234 234 Datenbanken und Informationssysteme Beispiel: Gruppierung von Kunden (Ausschnitt)

235 235 Datenbanken und Informationssysteme Je nach Zielsetzung sind nur bestimmte Attribute interessant. Beispiel: Kampagne für Kinderkleider. Möglicher Cluster (Werbung nur Personen mit Kinder)

236 236 Datenbanken und Informationssysteme Fragen: 1. Was versteht man unter dem Bilden einer Klassifikation? 2. Welche Anwendungen sind für Klassifikationen denkbar? 3. Was versteht man unter dem Bilden von Clustern?

237 237 Datenbanken und Informationssysteme Assoziationsregeln Die Assoziationsanalyse bezeichnet die Suche nach starken Regeln. Diese daraus folgenden Assoziationsregeln beschreiben Korrelationen zwischen gemeinsam auftretenden Dingen. Der Zweck einer Assoziationsanalyse besteht also darin, Items (Elemente einer Menge, wie z.B. einzelne Artikel eines Warenkorbs) zu ermitteln, die das Auftreten anderer Items innerhalb einer Transaktion implizieren. Eine solcherart aufgedeckte Beziehung zwischen zwei oder mehr Items kann dann als Regel der Form Wenn Item(menge) A, dann Item(menge) B bzw. A B dargestellt werden.

238 238 Datenbanken und Informationssysteme Warenkorb-Tabelle

239 239 Datenbanken und Informationssysteme I:= {i 1, i 2,…,i m } sei eine Menge von Dingen oder Items Hier I := {Füller, Tinte, Heft, Seife,….} Transaktion T n I. (n = 1, 2, 3……) Hier T 3 = {Füller, Heft} Gegenstand der Analyse ist Datenbank D ={ T 1, T 2,…,T k }

240 240 Datenbanken und Informationssysteme Verdacht: Wenn Füller gekauft wird, dann auch Tinte. Wird auch Assoziationsregel genannt. Konsequenz: Plaziere beispielsweise in einem Kaufhausregal Füller neben Tinte oder mache gemeinsam Werbung für diese Dinge oder gib Kaufempfehlung (siehe Amazon). Assoziationsregeln werden auch in der Form R:LS RS geschrieben, d.h. in unserem bisherigen Beispiel - wenn linke Seite gekauft wird, dann auch rechte Seite -, wobei LS und RS disjunkte Mengen von Dingen sind. Assoziationsregeln schreibt man in der Form R: LS RS und es gilt LS, RS I sowie LS RS = { }

241 241 Datenbanken und Informationssysteme Definition von zwei Maßen 1. Support: (anschaulich Wichtigkeit einer Menge) Zu einer gegebenen Menge I von Dingen und gegebener Datenbank D von k Transaktionen sei J als Teilmenge von I eine Auswahl von Dingen. Der Support von J ist dann definiert als In Worten: Der Support von J gibt an, wieviel Prozent der Transaktionen J enthalten. Dieses Maß läßt sich sofort auf Assoziationsregeln übertragen.

242 242 Datenbanken und Informationssysteme Es gilt folgendes: Der Support einer Regel in der Form R: LS RS ist definiert als: Beispiel zur Berechnung Support-Regel R: Füller Tinte Besitzt den Support ¾, da die Teile Füller und Tinte in drei der vier Transaktionen vorkommen. Support(Füller) = 4/4, Support(Tinte) = ¾. Anmerkung: Hat eine Regel die Form R: LS RS und eine andere Regel R die Form LS RS, so gilt Supp(R) = Supp(R)

243 243 Datenbanken und Informationssysteme 2. Maß Confidence einer Regel (Stärke einer Regel) In Worten: Die Confidence einer Regel R: LS RS bezeichnet den Prozentsatz der Transaktionen, die RS umfassen, falls sie auch alle Elemente von LS enthalten. Die Confidence einer Regel deutet den Grad der Korrelation zwischen Verkäufen von Mengen von Dingen in der Datenbanken an. Konfidenz und Support sind mathematisch nicht unabhängig voneinander. Beispiel zur Berechnung Confidence Regel R: Füller Tinte Conf (R): = Supp({Füller, Tinte}) = ¾ / 4/4 = 0,75 / 1 = 0,75 Supp({Füller}) Dies bedeutet, daß der Grad der Korrelation relativ stark ist.

244 244 Datenbanken und Informationssysteme Beispiel: Gegeben sei eine Assoziationsregel Zahnbürste Zahncreme Support: Mit dem Support wird berechnet, welcher Anteil aller Transaktion für die Regel Zahnbürste Zahncreme gilt. Zur Berechnung wird die Anzahl der Transaktionen, in denen beide interessierenden Itemmengen vorkommen, durch die Anzahl aller Transaktionen geteilt. Confidence: Für welchen Anteil der Transaktionen, in den {Zahnbürste} vorkommt, kommt auch {Zahncreme} vor. Zur Berechnung der Confidence wird die Anzahl aller regelerfüllenden Transaktionen durch die Anzahl der Transaktionen, die {Zahnbürste} enthalten, geteilt. Lift: Angenommen 10% aller Kunden kaufen {Zahncreme}, aber 50% aller Kunden die {Zahnbürste} kaufen, kaufen auch {Zahncreme}. Dann hat die Regel einen 5- fachen Lift.

245 245 Datenbanken und Informationssysteme Weiteres Beispiel: Regel R: Bier Chips Ein Support dieser Regel von 0,8 bedeutet dann, daß in 80% der Transaktionen Bier und Chips gemeinsam vorkommen; unabhängig davon bedeutet eine Confidence von 0,5, daß die Hälfte der Leute, die Bier gekauft haben auch Chips dazu gekauft haben.

246 246 Datenbanken und Informationssysteme In der realen Anwendung wir meistens so vorgegangen, daß für einen Mindestens-Support sowie eine Minimalkonfidenz vorgibt und sich dann nur für Regeln interessiert, welche beide enthalten. Dies kann z.B. mit einem Apriori-Algorithmus geschehen (siehe folgende Folien). Beispiel: Gegeben sei ein Mindest-Support von 0,5 und eine Minimal-Confidence von 0,5. Wie sehen dann gültige Regeln aus? TIDGekaufte Teile 2001,2,3 1001,3 4001,4 5002,5,6

247 247 Datenbanken und Informationssysteme Lösung: Regel 1: 1 3 mit Support 2/4 = 0,5 und Confidence 2/3 = 0,67 Regel 2: 3 1 mit Support 2/4 = 0,5 und Confidence 2/2 = 1

248 248 Datenbanken und Informationssysteme Frage 1: Was versteht man unter einer Assoziationsregel Frage 2: Welche Maße verwenden Assoziationsregeln Frage 3: Geben Sie ein Beispiel an für eine Regel mit geringem Support aber hoher Konfidenz (denken Sie an gehobenen Lebensstil)

249 249 Datenbanken und Informationssysteme Frage: Wie können Assoziationsregel konstruiert werden. Apriori-Verfahren Voraussetzung (Eingabedaten): 1.Warenkorbtabelle, gebildet über einer festen Menge I 2.Ein geforderter Mindest-Support σ 3.Eine geforderte Mindestkonfidenz γ

250 250 Datenbanken und Informationssysteme Apriori-Verfahren (Fortsetzung) 1.Man finde so genannte häufige Mengen, d.h. Mengen J, die Teilmenge von I sind, deren Support Supp(J) > σ 2.Man erzeuge potenzielle Assoziationsregeln R durch Aufteilen einer jeden häufigen Menge J in zwei Mengen LS und RS, so dass J = LS vereinigt RS gilt, ferner LS geschnitten RS = {} und R: LS RS 3.Man berechne die Konfidenz einer jeden in Schritt 2 erzeugten Regel R und gebe diejenigen aus mit der Confidence con(R) > γ Grundproblem ist Schritt 1

251 251 Datenbanken und Informationssysteme Grundproblem: Wie ermittelt man häufige Mengen? 1. Ermittle Häufigkeit der Einermengen und teste ob Supp(Einermenge) > σ. Das Ergebnis sei eine Menge M. 2. Vergrößere schrittweise häufige Mengen, bis keine neuen Obermengen gefunden werden können

252 252 Datenbanken und Informationssysteme Warenkorb-Tabelle

253 253 Datenbanken und Informationssysteme Beispiel: Support σ >= 0,7, d.h. wir interessieren uns nur für Assoziationsregeln, deren auf beiden Regelseiten vorkommenden Teile in mindestens 70% der Transaktionen enthalten sind. Schritt 1: Ermittle Häufigkeiten der Menge I = {Füller, Tinte, Heft, Seife}. Ergebnis: Die Einermengen {Füller}, {Tinte} und {Heft} sind häufig, da diese Produkte in ¾ oder mehr der Transaktionen vorkommen. {Seife} ist nicht häufig, kommt nur in der Hälfte der Transaktionen vor. M = {{Füller}, {Tinte},{Heft} }

254 254 Datenbanken und Informationssysteme Schritt 2: Bilde Zweiermengen: {Füller, Tinte}, { Tinte, Heft}, { Füller, Heft} Häufig sind nur {Füller, Tinte}, { Füller, Heft} Bilde Dreiermengen {Füller, Tinte, Heft}, ist nicht häufig Es ergeben sich 4 potentielle Regeln 1.Füller Tinte 2.Tinte Füller 3.Füller Heft 4.Heft Füller

255 255 Datenbanken und Informationssysteme Schritt 3: Es sei = 0,8 gefordert, dies ist für jede Regel zu überprüfen. Conf(Regel 1) = 0,75 Conf(Regel 2) = 1 Conf(Regel 3) = 0,75 Conf(Regel 4) = 1 Dies bedeutet, daß Regel 2 und Regel 4 als Assoziationsregeln gelten.

256 256 Datenbanken und Informationssysteme Aufgabe: Man berechne mindestens eine Assoziationsregel, die in beiden Maßen mindestens 0,6 aufweisen

257 257 Lösung: Häufigkeit Einer- Mengen Allgemein (theoretische Überlegungen): 6 Einermengen, 15 Zweiermengen, 20 Dreiermengen Annahme zusätzlich: Anzahl >= 3 Reduktion auf 4 Einermengen d.h. nur 6 Zweiermengen und 4 Dreiermengen untersucht zu werden TIDItems 1Brot, Wurst 2Brot, Käse, Butter, Eier 3Wurst, Käse, Butter, Milch 4Brot, Wurst, Käse, Butter 5Brot, Wurst, Käse, Milch ItemAnzahl Brot4 Milch2 Wurst4 Butter3 Käse4 Eier1 ItemAnzahl Brot, Wurst3 Brot, Butter2 Brot, Käse3 Wurst, Butter2 Wurst, Käse3 Butter, Käse3

258 258 Regel Käse Wurst hat Maße Support = 0,6 und Confidence von 0,75 Regel {Wurst, Käse } Butter hat Support =0,4 und Confidence 0,67

259 259 Datenbanken und Informationssysteme Aufsatz von Microsoft zu Data Mining durcharbeiten (Laufwerk P)


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