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1.1 理解大数据

1.1.3 大数据概述

step_0 大数据定义

【《大数据算法设计分析》】：
通常来讲大数据（Big Data），指无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。

对这段定义的理解重点在加粗的两处：
（1）“一定时间范围内”：这半句话其实揭示了一个事实，即很多大数据问题不是无法求解，而是无法在有限时间内高效的求解！ ==> 若非要上升到理论视角，那就是NP问题的讨论。
（2）“信息资产”：之所以那么多公司、机构和研究者投入精力去做大数据方向的理论研究和工程实践，不就是因为需要熔炼这些数据去获取价值嘛？说白了还是太史公的那句话：“天下熙熙皆为利来…”，因此大家在学习大数据相关知识和技术的时候，有必要多问自己一句：“这个技术/工具/知识能够帮助我在处理大数据的时候产生价值吗？”，方便及时止损。

step_1 大数据特性（4V），老生常谈的话题，有兴趣的话自己可以去翻看一下相关文献资料。
<1> Volume（大量）
<2> Velocity（高速）
<3> Variety（多样）
<4> Value（低价值密度）

step_2 几个需要提前理解概念（与数据库相关）
<1> 联机事务处理OLTP（On-Line Transaction Processing）
<2> 联机分析处理OLAP（On-Line Analytical Processing）
<3> 数据仓库DW（Data Warehouse）
<4> ETL（Extral——抽取，Transform——清洗转换，Load——加载）

此处我们给出几个学习链接（[1]~[7]）供大家自学，仅需要记住：
（1）OLTP 是传统的关系型数据库的主要应用，事务处理，效率优先。
（2）OLAP 主要针对于数据的分析汇总操作，是数据仓库系统的主要应用，支持复杂的分析操作，侧重决策支持，并且提供直观易懂的查询结果。
（3）数据仓库 是为数据分析准备的“预制菜”存放地，为更高层次的数据分析提供原料。
（4）数据仓库的主要工作可以简单概括为：针对具体业务的建模和对应模型的ETL实现。
（5）以上概念的提出和对应业务的软件实现其实是业务需要的结果，是一个逐渐演进的过程。

【注】建议大家去看看微信公众号“特大号”对数据仓库的理解，通俗易懂的漫画，我比较喜欢里面的猫猫，我们借用一下人家描述ETL的图，侵删。

1.1.4 更多思考

最后有问题需要大家自己去寻找答案：
【Q1】数据仓库、数据湖、湖仓一体，究竟有什么区别？
【Q2】在《Hadoop权威指南》的P5（第一章 初识Hadoop）有一个观点 “大数据胜于好算法”

但是后来“吴恩达表示AI要转向小数据”，2023年大模型概念又出现了…请问咱们应该如何看待以上观点？
【浅显回答】大数据本身的价值含量不高，所以在使用前需要“提纯”，而高质量的数据集才是真正对分析和预测有益的。

【Q3】大数据计算的挑战和研究的问题有哪些？（偏理论向的问题，摘自《大数据算法设计分析》）
【A3】大数据计算面临的4个子问题：
（1）具有求解给定问题的高可用数据吗？
（2）若高可用数据存在，给定问题是可以计算的吗？
（3）若给定问题可以计算，那此问题的计算难吗？即：需要判定是否能在期望时间内求出问题的解？
（4）以上条件满足时，应该如何求解问题？即：合理设计求解给定问题的算法？

这些子问题的对应回答如下：

（1）大数据计算和应用亟需建立大数据可用性理论和相关算法。

（2）传统计算复杂性理论不适用于大数据计算。
<1> 计算模型是大数据计算复杂性理论的基础，现有传统模型不能基准刻画大数据计算：
i) 无法描述亚时间线性算法。
ii) 不能描述I/O复杂性和通信复杂性。
<2> 大量大数据问的计算复杂性问题未能有效解决。
i) 如何判定计算问题的难易？
ii) 如何判定难解问题是否可近似求解？
iii) 如何判断问题是否可并行求解？
iv) 问题的复杂性分类？空间计算复杂性？ …

（3）传统的多项式时间算法不适于求解大数据计算问题。
<1>多项式算法执行时间长。
<2>数据密集型计算问题（e.g. 数据查询/挖掘/分析）具有多项式时间或者更高的计算复杂性。

（4）传统计算技术难以满足大数据计算需求：
<1> 传统高性能计算机系统是基于计算密集型计算需求设计的，不适用于分布式计算（不好蹭并行计算）。
<2> 云计算系统存在网络通信瓶颈（包括有线和无线的计算机网络和通信网络）。
<3> 需要面向大数据计算提供合适的计算软件框架。 ==> 这点工业界远远走在学术界前面。

综合以上描述，给出大数据研究的科学问题：
（1）建立能够准确描述大数据的计算模型。
（2）分析大数据计算问题空间的计算复杂性结构。
（3）确定大数据计算问题的固有复杂性。
（4）探索求解大数据计算问题的算法设计方法学。
（5）设计与分析求解大数据计算问题的高效算法。 => 有限资源做更多的事情，小马拉大车
（6）探索面向应用的大数据计算理论与方法。 => 交叉领域的应用
（7）探索大数据获取的理论与技术。 => 无价值数据最小化和有价值数据最大化，获取高可用数据
（8）探索大数据存储的理论与方法。 => 分布式存储，分布式数据库（体量/效率/安全/性能/能耗）
（9）探索大数据可用性的理论和方法。 => 评估、自动修复、近似计算
（10）研究支持大数据计算的计算机软硬件系统。 => 各种框架、生态和工具软件

参考文献和资料

[1] OLTP、OLAP介绍
[2] OLAP和OLTP的区别是什么？
[3] 数据库 与 数据仓库的本质区别是什么？（一）
[4] 数据库 与 数据仓库的本质区别是什么？（二）
[5] 秒懂数仓的前世今生：DBMS、DW、OLTP、OLAP到底是啥？（上篇）
[6] 秒懂数仓的前世今生：DBMS、DW、OLTP、OLAP到底是啥？（下篇）
[7] 数据仓库、数据湖、湖仓一体，究竟有什么区别？
[8] Small Data Challenges in Big Data Era: A Survey of Recent Progress on Unsupervised and Semi-Supervised Methods, Guo-Jun Qi, Senior Member, IEEE, and Jiebo Luo, Fellow, IEEE.