商業(yè)智能下數(shù)據(jù)庫(kù)課程與可視化技術(shù)融合初探

鐘琪　朱順安

［摘 要］面對(duì)日益龐大的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，企業(yè)已經(jīng)不滿足于僅僅對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，更希望海量數(shù)據(jù)以一種更加直觀、易懂的圖表形式呈現(xiàn)，生成商業(yè)智能解決方案，幫助決策者分析和推斷。而今高等院校數(shù)據(jù)庫(kù)課程的教學(xué)方式已無法滿足市場(chǎng)最新發(fā)展需求。將數(shù)據(jù)可視化技術(shù)和工具融入數(shù)據(jù)庫(kù)課程教學(xué)，能夠使學(xué)生掌握更豐富、更多維度的數(shù)據(jù)展示、交互方式，提升實(shí)踐能力，為商業(yè)智能發(fā)展助力。

［關(guān)鍵詞］數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)據(jù)可視化；商業(yè)智能；課程教學(xué)

［中圖分類號(hào)］ G642.3 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）04-0028-03

商業(yè)智能是指用現(xiàn)代的存儲(chǔ)、處理、挖掘、展現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以實(shí)現(xiàn)商業(yè)價(jià)值。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理成為迫切需要，數(shù)據(jù)分析師成為統(tǒng)計(jì)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)的熱門職業(yè)之一，其崗位供不應(yīng)求。數(shù)據(jù)分析師的崗位職責(zé)是對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘，從而得到有利的信息以推動(dòng)生產(chǎn)，利用分析的結(jié)果預(yù)測(cè)出將來會(huì)發(fā)生某種事件的可能性，幫助決策者找到產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的方向。

一、高等院校數(shù)據(jù)庫(kù)課程教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是數(shù)據(jù)管理的技術(shù)，是計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)與應(yīng)用系統(tǒng)的核心技術(shù)和重要基礎(chǔ)[1]。運(yùn)用好數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)能夠確保計(jì)算機(jī)信息處理過程中的大量數(shù)據(jù)得到有效組織和共享。高等院校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)和對(duì)數(shù)據(jù)依賴度高的專業(yè)普遍會(huì)開設(shè)此課程，其覆蓋面廣。現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)課程主要涵蓋數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、SQL語言、數(shù)據(jù)庫(kù)安全性、數(shù)據(jù)庫(kù)完整性、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)理論、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，學(xué)生掌握了數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的基本原理和應(yīng)用技術(shù)后，結(jié)合當(dāng)今網(wǎng)站建設(shè)技術(shù)、軟件工程知識(shí)可設(shè)計(jì)出功能完善的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)。其教學(xué)內(nèi)容一般是以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)即二維表的存儲(chǔ)方式為主線。實(shí)驗(yàn)操作的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件以MySQL、Oracle、SQL Server居多，需用SQL語言包括DDL（數(shù)據(jù)定義語言）、DML（數(shù)據(jù)操縱語言）、DCL（數(shù)據(jù)控制語言）三種類型的語言，完成基本的操作命令，并輔以存儲(chǔ)過程、觸發(fā)器等過程化SQL語言的實(shí)踐操作。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)是以關(guān)系二維表的形式，常借助客戶端軟件（如SQL Developer、Navicat等）展示基本表或視圖中的數(shù)據(jù)。但此方式下的數(shù)據(jù)僅表示為數(shù)值或字符的形式，一行數(shù)據(jù)為一條記錄，看不出數(shù)據(jù)局部與全局的比例關(guān)系，無法進(jìn)行大小值的比較，更無法得知數(shù)據(jù)的趨勢(shì)變化，不便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和觀察。

近幾年，數(shù)據(jù)的形式更為多變（有圖像、音頻、視頻等），數(shù)據(jù)量也呈指數(shù)式增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在處理海量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)時(shí)暴露出許多管理、并發(fā)、擴(kuò)展等方面的問題，于是非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（Not Only SQL、 NoSQL）迅速發(fā)展，它在非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，部分高等院校的數(shù)據(jù)庫(kù)系列課程增設(shè)了非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容[2-3]。此時(shí)，學(xué)生對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀、易懂、易于查找分析的可視化展現(xiàn)技能的需求更加迫切，而目前數(shù)據(jù)庫(kù)課程教學(xué)大綱未涵蓋此方面的內(nèi)容。

二、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)和工具

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)[4]。它涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域，成為研究數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問題的綜合技術(shù)。數(shù)據(jù)可視化過程可分為以下7個(gè)步驟 [5]：（1）獲取。收集包括數(shù)據(jù)庫(kù)的表、文字記錄、網(wǎng)絡(luò)上的源文件、錄像記錄等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的獲取有時(shí)會(huì)采取網(wǎng)頁(yè)抓取的方式， 需用一定的網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)。（2）分析。根據(jù)數(shù)據(jù)的語義構(gòu)造一個(gè)結(jié)構(gòu)分類圖，并按不同的分類排序。（3）過濾。刪除冗余數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、清洗，保留感興趣、有價(jià)值的數(shù)據(jù)。（4）挖掘。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)或數(shù)據(jù)挖掘中的方法，挖掘數(shù)據(jù)背后潛在的規(guī)律。（5）表述。選擇一種視覺模型如條形圖、餅狀圖、列表或樹狀結(jié)構(gòu)圖等進(jìn)行展示。（6）修飾。優(yōu)化基本的表述方法，使它變得更加清晰、視覺化、直觀化。（7）交互。增加方法來操作數(shù)據(jù)或控制其可見的特性，實(shí)現(xiàn)交互選擇性。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)可視化的詳細(xì)流程逐漸“黑箱化”，先進(jìn)的可視化工具可幫助實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)獲取到圖形輸出的“一條龍”服務(wù)。企業(yè)原始數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)處理的主要對(duì)象， 最終是以報(bào)表的形式提供給用戶及決策者的。企業(yè)通常使用可視化的報(bào)表設(shè)計(jì)器來簡(jiǎn)化報(bào)表設(shè)計(jì)，目的是提高軟件開發(fā)的效率和可重用性。因此，數(shù)據(jù)可視化過程中的第2步到第7步都可以在報(bào)表設(shè)計(jì)器中完成。筆者在教學(xué)改革中選用了FineReport報(bào)表生成器作為可視化軟件。FineReport是一款集數(shù)據(jù)展示（報(bào)表）和數(shù)據(jù)錄入（表單）功能于一身、用來輔助軟件開發(fā)的工具軟件，具有界面操作方便、支持主流的B/S架構(gòu)與傳統(tǒng)的C/S架構(gòu)、部署方式靈活等特點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)企業(yè)主流的報(bào)表生成器軟件之一。配置FineReport軟件對(duì)設(shè)備性能要求不高，普通的PC機(jī)即可。考慮到FineReport獨(dú)立部署的應(yīng)用場(chǎng)景，在機(jī)器上還需配置tomcat應(yīng)用服務(wù)器，此配置對(duì)于高等院校普通機(jī)房的條件來說都是可行的。

三、數(shù)據(jù)庫(kù)課程與可視化技術(shù)融合的教學(xué)改革

（一）教學(xué)大綱修訂

數(shù)據(jù)庫(kù)課程教學(xué)需注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，因此，廈門理工學(xué)院相關(guān)專業(yè)開設(shè)了數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用課程和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用編程實(shí)踐課程，前者為理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的專業(yè)必修課，后者為數(shù)據(jù)庫(kù)課程的課程設(shè)計(jì)。學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)流程和軟件開發(fā)知識(shí)對(duì)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與平臺(tái)開發(fā)。筆者在數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革中，將原來的數(shù)據(jù)庫(kù)編程章節(jié)的理論教學(xué)調(diào)整為線上自學(xué)，空出來的課時(shí)在原實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用場(chǎng)景下增設(shè)了關(guān)于FineReport核心功能的3個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)交互式表格、餅狀圖和柱狀圖3種重要的報(bào)表數(shù)據(jù)可視化方式；而在數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用編程實(shí)踐課程教學(xué)改革中則設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)界面部分的任務(wù)要求，在原有二維表增刪改查的基礎(chǔ)上加入了FineReport的報(bào)表數(shù)據(jù)分析展示。

（二）教學(xué)內(nèi)容改革實(shí)施方案

1.在數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用課程中增設(shè)教學(xué)重點(diǎn)

數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用課程的實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的30%，本次教學(xué)改革在原實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加入了FineReport的報(bào)表制作，使學(xué)生能在FineReport中熟練應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)表，完成數(shù)據(jù)的多種圖形化交互展示。FineReport通過整合多源數(shù)據(jù)，并支持跨數(shù)據(jù)庫(kù)跨數(shù)據(jù)表取數(shù)，還能用于復(fù)雜報(bào)表的展示。在FineReport中連接數(shù)據(jù)源后，可使用SQL語句查詢生成數(shù)據(jù)源，再通過類似Excel表格的設(shè)計(jì)器拖拽字段至單元格，即可將字段與單元格進(jìn)行綁定，完成二維表展示，然后通過樣式設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)置和圖表顯示設(shè)定制作成一張實(shí)時(shí)的圖形化報(bào)表。FineReport制作報(bào)表的流程如圖1所示。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案時(shí)，為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，筆者將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)定為圖書城這一應(yīng)用背景，要求對(duì)圖書城數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化統(tǒng)計(jì)分析，以解決相關(guān)實(shí)際問題。圖書城關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)包含Books、Customers、Purchases和Pricing4個(gè)表，分別記錄圖書城的圖書信息、客戶信息、購(gòu)買信息與書價(jià)信息。表2列出了每張表包含的屬性及完整性約束。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目１的任務(wù)為熟悉FineReport軟件菜單，了解cpt與frm這2種報(bào)表文件的不同之處。學(xué)生需將FineReport與Oracle或MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接，用SQL語句建立數(shù)據(jù)源，用動(dòng)態(tài)交互式表格展示圖書城所有圖書的詳細(xì)信息（包含價(jià)格信息，此處需用SQL語句完成Books和Pricing這2張表的連接查詢）。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2的任務(wù)是學(xué)習(xí)建立frm格式報(bào)表，用表格顯示圖書分類情況。在此之前，先用SQL語句統(tǒng)計(jì)各類圖書的數(shù)量，再完成數(shù)據(jù)與表格的綁定，并在frm格式報(bào)表上用餅狀圖展示各類圖書的占比。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目3要求用表格展示圖書城每年的銷售額情況，并動(dòng)態(tài)計(jì)算增長(zhǎng)率數(shù)據(jù)，再用柱狀圖展示以上銷售額的變化后分析銷售趨勢(shì)。通過上述3個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，學(xué)生可運(yùn)用FineReport報(bào)表生成器實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)交互式表格、餅狀圖和柱狀圖這3種可視化分析方法的掌握。

此外，由于報(bào)表設(shè)計(jì)器實(shí)驗(yàn)初次被納入課堂教學(xué)，沒有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書可參考，因此，學(xué)生往往這樣開展學(xué)習(xí)：通過FineReport軟件的教學(xué)視頻自學(xué)軟件操作，邊看邊做，鞏固知識(shí)點(diǎn)；做實(shí)驗(yàn)時(shí)常參考軟件的用戶說明書以找到所需資源；遇到問題時(shí)，除了請(qǐng)教老師，還會(huì)在FineReport論壇中找相似問題的解決方法，或在論壇中求助。通過上述方式，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、解決問題的能力都得到了鍛煉。

2.在數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用編程實(shí)踐課程設(shè)計(jì)中添加數(shù)據(jù)分析模塊的考核

用FineReport制成的報(bào)表為js、jsp和html代碼的集合，可獨(dú)立用來做數(shù)據(jù)分析，也可嵌入到其他應(yīng)用系統(tǒng)的前端代碼中作為界面的一部分，這樣可縮短前端開發(fā)時(shí)長(zhǎng)和降低代碼復(fù)雜度。因此，F(xiàn)ineReport設(shè)計(jì)出的報(bào)表通過獨(dú)立部署的方式可與應(yīng)用系統(tǒng)融為一體，以超鏈接的形式嵌入到前端界面中，作為網(wǎng)站數(shù)據(jù)展示的一部分?；诖?，可將報(bào)表分析融入數(shù)據(jù)庫(kù)的課程設(shè)計(jì)中。

原來的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用編程實(shí)踐課程設(shè)計(jì)每周有30學(xué)時(shí)，要求學(xué)生以小組為單位完成某市房地產(chǎn)交易數(shù)據(jù)管理的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與平臺(tái)開發(fā)，包括需求分析、概念模型設(shè)計(jì)、邏輯模型設(shè)計(jì)、完整性設(shè)計(jì)、規(guī)范化設(shè)計(jì)、權(quán)限管理設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)SQL語言實(shí)施、界面設(shè)計(jì)8個(gè)部分，系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)用戶登錄及多個(gè)二維表的增刪改查功能。在完成以上任務(wù)的基礎(chǔ)上，本次教學(xué)改革刪減了部分表的數(shù)據(jù)操作界面，因考查的知識(shí)點(diǎn)重復(fù)，進(jìn)而增設(shè)了數(shù)據(jù)分析模塊，要求對(duì)房地產(chǎn)交易數(shù)據(jù)進(jìn)行交易面積、地區(qū)、經(jīng)紀(jì)公司、價(jià)格等多個(gè)維度的分析，利用FineReport報(bào)表生成器與數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接，生成各維度的動(dòng)態(tài)圖形，在網(wǎng)站中用左側(cè)菜單樹的方式鏈接顯示報(bào)表的可視化分析結(jié)果。

該課程設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)是從網(wǎng)站抓取而來，僅包含每次房地產(chǎn)交易的記錄，并不包含統(tǒng)計(jì)分析信息。學(xué)生將抓取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗后，按指定的屬性域?qū)氲皆O(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)庫(kù)基本表中，接著用SQL語句完成數(shù)據(jù)的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)后生成多個(gè)視圖，將視圖數(shù)據(jù)作為FineReport的數(shù)據(jù)源設(shè)計(jì)出報(bào)表。在最終成績(jī)的評(píng)定中，界面部分占30%，可視化分析占20%，二者屬于界面展示的重點(diǎn)考核內(nèi)容。

此課程設(shè)計(jì)可作為數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與可視化技術(shù)整合的鞏固和提升，完成該項(xiàng)任務(wù)后，學(xué)生能夠基本掌握數(shù)據(jù)獲取、存儲(chǔ)、分析及圖形展示方法，模擬演練整個(gè)數(shù)據(jù)可視化過程。

四、本次教學(xué)改革的初步成效

從學(xué)生的實(shí)驗(yàn)完成情況來看，95%的學(xué)生較好地完成了數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用課程的3個(gè)數(shù)據(jù)可視化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以熟練掌握FineReport軟件的基本操作，他們對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)SQL語句運(yùn)用的能力有了很好的提升。學(xué)生評(píng)價(jià)該門課程教學(xué)質(zhì)量的分?jǐn)?shù)也達(dá)到了97.76（總分100）。值得一提的是，筆者的授課班級(jí)有11名學(xué)生（共47名）通過了計(jì)算機(jī)三級(jí)（數(shù)據(jù)庫(kù)）的考試，這也是歷年之最，說明學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的學(xué)習(xí)有興趣并熟練掌握了課程知識(shí)。在以小組為單位的數(shù)據(jù)庫(kù)課程設(shè)計(jì)中有13個(gè)小組實(shí)現(xiàn)了對(duì)FineReport的獨(dú)立部署，將數(shù)據(jù)的可視化分析融入Javaweb的項(xiàng)目中，其中大概有1/3的小組設(shè)計(jì)出的數(shù)據(jù)報(bào)表界面友好美觀，達(dá)到了優(yōu)秀等級(jí)。有了一定的FineReport基本技能后，班級(jí)中有3名學(xué)生應(yīng)聘到數(shù)據(jù)分析公司實(shí)習(xí)，參與公司數(shù)據(jù)庫(kù)及報(bào)表設(shè)計(jì)工作，最終有2名學(xué)生被公司正式錄用；畢業(yè)后有另外３名學(xué)生也應(yīng)聘到數(shù)據(jù)分析師的崗位。從以上結(jié)果可看出，學(xué)生將FineReport的技能很好地運(yùn)用到了實(shí)際應(yīng)用中，也可看出本次教學(xué)改革對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力有較好的成效。

五、結(jié)語

本次教學(xué)改革與廈門理工學(xué)院建設(shè)應(yīng)用型本科高校、為產(chǎn)業(yè)服務(wù)的辦學(xué)理念相契合，通過完善學(xué)生的知識(shí)體系，提升其技能，使其更好地與企業(yè)需求接軌。但由于本專業(yè)目前開設(shè)的課程未涉及大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)，數(shù)據(jù)可視化分析的教學(xué)僅限于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)量少，因此尚未推廣到海量數(shù)據(jù)背景下非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)與可視化技術(shù)的融合，有一定的局限性，可作為今后改進(jìn)的方向。本文提出的數(shù)據(jù)庫(kù)課程與可視化技術(shù)融合的改革方向也可為其他高等院校同類課程的教學(xué)提供參考。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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