دانلود مقاله کاربردهای داده کاوی در کتابخانه ها و موسسات دانشگاهی

بخشی از مقاله

چکیده:
کتابخانه ها و موسسات آموزشی با مشکل مدیریت کارآمد بار سنگین داده ها که دائما نیز در حال افزایش است روبرو می باشند. نرم افزارهای کامپیوتری بکار گرفته شده برای این منظور، غالبا فقط برای پرس و جوهای معمولی و پشتیبانی از مسائل مدیریتی و برنامه ریزی کوتاه مدت اداری جوابگو هستند. در حالیکه در عمق درون این حجم داده ها، الگوها و روابط بسیار جالبی میان پارامترهای مختلف بصورت پنهان باقی میماند. داده کاوی یکی از پیشرفتهای اخیر در حوزه کامپیوتر برای اکتشاف عمیق داده هاست. داده کاوی از اطلاعات پنهانی که برای برنامه ریزیهای استراتژیک و طولانی مدت میتواند حیاتی باشد پرده برداری میکند. تبیین مشخصه های اساسی فراینده داده کاوی و کشف کاربردهای ممکن آن در کتابداری و موسسات دانشگاهی اهداف اصلی این مقاله را شکل میدهند.

مقدمه
در دنیای بشدت رقابتی امروز، اطلاعات بعنوان یکی از فاکتورهای تولیدی مهم پدیدار شده است. در نتیجه تلاش برای استخراج اطلاعات از داده ها توجه بسیاری از افراد دخیل در صنعت اطلاعات و حوزه های وابسته را به خود جلب نموده است.
حجم بالای داده های دائما در حال رشد در همه حوزه ها و نیز تنوع آنها به شکل داده متنی، اعداد، گرافیکها، نقشه ها، عکسها، تصاویر ماهواره ای و عکسهای گرفته شده با اشعه ایکس نمایانگر پیچیدگی کار تبدیل داده ها به اطلاعات است. علاوه بر این، تفاوت وسیع در فرآیندهای تولید داده مثل روش آنالوگ مبتنی بر کاغذ و روش دیجیتالی مبتنی بر کامپیوتر، مزید بر علت شده است. استراتژیها و فنون متعددی برای گردآوری، ذخیره، سازماندهی و مدیریت کارآمد داده های موجود و رسیدن به نتایج معنی دار بکار گرفته شده اند. بعلاوه، عملکرد مناسب ابرداده[1] که داده ای درباره داده است در عمل عالی بنظر میرسد.

پیشرفتهای حاصله در علم اطلاع رسانی و تکنولوژی اطلاعات، فنون و ابزارهای جدیدی برای غلبه بر رشد مستمر و تنوع بانکهای اطلاعاتی تامین می کنند. این پیشرفتها هم در بعد سخت افزاری و هم نرم افزاری حاصل شده اند. ریزپردازنده های سریع، ابزارهای ذخیره داده های انبوه پیوسته و غیر پیوسته، اسکنرها، چاپگرها و دیگر ابزارهای جانبی نمایانگر پیشرفتهای حوزه سخت افزار هستند. پیشرفتهای حاصل در نظامهای مدیریت بانک اطلاعات در طی چهار دهه گذشته نمایانگر تلاشهای بخش نرم افزاری است. این تلاشها در بخش نرم افزار را میتوان بعنوان یک حرکت پیشرونده از ایجاد یک بانک اطلاعات ساده تا شبکه ها و بانکهای اطلاعاتی رابطه ای و سلسله مراتبی برای پاسخگویی به نیاز روزافزون سازماندهی و بازیابی اطلاعات ملاحظه نمود. بدین منظور در هر دوره، نظامهای مدیریت بانک اطلاعاتی[2] مناسب سازگار با نرم افزار سیستم عامل و سخت افزار رایج گسترش یافته اند. در این رابطه میتوان از محصولاتی مانند، Dbase-IV, Unify, Sybase, Oracle و غیره نام برد.

داده کاوی یکی از پیشرفتهای اخیر در راستای فن آوریهای مدیریت داده هاست. داده کاوی مجموعه ای از فنون است که به شخص امکان میدهد تا ورای داده پردازی معمولی حرکت کند و به استخراج اطلاعاتی که در انبوه داده ها مخفی و یا پنهان است کمک می کند. انگیزه برای گسترش داده کاوی بطور عمده از دنیای تجارت در دهه 1990 پدید آمد. مثلا داده کاوی در حوزه بازاریابی، بدلیل پیوستگی غیرقابل انتظاری که بین پروفایل یک مشتری و الگوی خرید او ایجاد میکند اهمیتی خاص دارد. (Barry and Linoff, 1997)

تحلیل رکوردهای حجیم نگهداری سخت افزارهای صنعتی، داده های هواشناسی و دیدن کانالهای تلوزیونی از دیگر کاربردهای آن است. در حوزه مدیریت کتابخانه کاربرد داده کاوی بعنوان فرایند ماخذ کاوی[3] نامگذاری شده است. این مقاله به کاربردهای داده کاوی در مدیریت کتابخانه ها و موسسات آموزشی می پردازد. در ابتدا به چند سیستم سازماندهی داده ها که ارتباط نزدیکی به داده کاوی دارند می پردازد؛ سپس عناصر داده ای توصیف میشوند و درپایان چگونگی بکارگیری داده کاوی در کتابخانه ها و موسسات آموزشی مورد بحث قرار گرفته و مسائل عملی مرتبط در نظر گرفته می شوند.

پیشرفت در تکنولوژیهای داده پردازی
سازمانهای بزرگ و چند- مکانه مثل بانکها، دفاتر هواپیمایی و فروشگاههای زنجیره ای با حجم زیادی از داده ها که ناشی از عملکرد روزانه آنهاست روبرو هستند. بطور سنتی چنین داده هایی به دو دسته تقسیم شده اند:
1. رکوردهای اصلی [4]
2. رکوردهای عملیاتی[5]

فرض بر این است که رکوردهای اصلی حاوی اطلاعات پایه هستند که معمولا چندان تغییر نمی کنند در حالیکه رکوردهای عملیاتی با توجه به طبیعت عملیات تجاری حتی بطور ساعتی تغییر خواهند کرد.
سیستمهای مدیریت پایگاه داده[6] مناسب برای پیوند دادن این دو مجموعه اطلاعاتی و تهیه گزارشهای استاندارد جهت کنترل فعالیتها گسترش یافتند. سیستم اطلاعات مدیریت رایج برای پشتیبانی عملیات و سرویس دهی به چند کاربر در سطوح مختلف سازمان مبتنی بر این نظریه است.
بمنظور کمک به تصمیم گیری راهبردی، نظریه تاسیس بانک اطلاعات رکوردهای اصلی به نظریه سازماندهی دیتا مارت[7] و انبار داده ها[8] تغییر یافت. استخراج اطلاعات از رکوردهای عملیاتی یا پایگاههای اطلاعات عملیاتی و سازماندهی آن برای تحلیل استاندارد یا زمانی فلسفه اولیه و اصولی چنین پیشرفتهایی است. گرچه، دیتا مارت و انبار داده ها از نظر هدف و ساختار با هم متفاوتند. (Inmon, 1998)

دیتامارت
دیتا مارت اغلب کوچک است و بر یک موضوع یا دپارتمان خاص متمرکز است. بنابراین پاسخگوی یک نیاز داخلی است. طرح بانک اطلاعات برای یک دیتامارت حول ساختار اتصال ستاره ای ساخته شده است که بهینه برای نیازهای کاربران دپارتمان است. دیتامارت معمولا با ابزارهای کامپیوتری که انعطاف پذیری تحلیل را تامین میکنند اما ممکن است برای سازماندهی حجم بالای داده ها مناسب نباشند؛ نیرومند میشود. رکوردهای ذخیره شده در دیتامارتها بخوبی نمایه شده اند.

یک دیتامارت در صورتیکه داده ها را از منابع داده ای بسیار سازماندهی شده مثل انبار داده ها بگیرد؛ دیتامارت وابسته نامیده میشود. مسلما دیتامارتهای وابسته از لحاظ ساختاری و معماری منطقی هستند. منبع دیتامارتهای وابسته تکنولوژِی بانک اطلاعات دپارتمانی است. دیتامارتهای مستقل ثابت نیستندو از لحاظ معماری بسیار با هم متفاوتند. این مساله هنگام یکپارچه سازی دیتامارتهای مستقل، مشکل ایجاد میکند. بنابراین با یکپارچه سازی ساده دیتامارتها یک انبار داده ایجاد نخواهد شد.
دیتامارت اساسا برای اهداف تاکتیکی طراحی شده است و هدفش تامین یک نیازتجاری فوری است.

انبار داده ها
یک انبار داده کاملا " متفاوت از دیتامارت است. سازماندهی انبارهای داده بگونه ایست که کلیه موضوعات حول فعالیتهای کاری سازمان را می پوشاند. انبار داده نمایانگر یک تسهیلات مرکزی است.
برخلاف دیتامارت که در آن داده ها به شکل خلاصه تر و متراکم تر وجود دارند، یک انبار داده ، داده ها را در یک سطح نامتراکم ذخیره می کند. ساختار داده ها در یک انبار داده یک ساختار لزوما" هنجار شده است. بدین معنی که ساختار و محتوای داده ها در انبار داده منعکس کننده ویژگیهای دپارتمانهای عضو نیست. داده ها در انبار داده از نظر حجم و شکل کاملا" متفاوت از داده ها در دیتامارت هستند. دیتامارت ممکن است شامل حجم زیادی از داده های قدیمی و گذشته نگر باشد. داده ها در انبار داده اغلب بصورت نسبتا" سبک نمایه میشوند. (به بیان دیگر در عمق کمتر).
انبار داده برای اهداف برنامه ریزی بلندمدت و راهبردی طراحی میشوند. در نتیجه انبار داده برخلاف سیستم عملیات که کاربرمدار است متمرکز بر اقلام است. ساختار یک انبارداده مشخصات زیر را نشان میدهد:

وابستگی به زمان:
رکوردها بر اساس یک برچسب زمانی نگهداری میشوند. وابستگی زمانی حاصل در ایجاد صفحات زمانی مفید است که درک ترتیب زمانی وقایع را تسهیل میکند.

غیر فرار بودن[9]:
رکوردهای داده در انبار داده ها هرگز بطور مستقیم روزآمد نمیشوند. برای هر تغییری در ابتدا داده های عملیاتی روزآمد میشوند و سپس بگونه ای مقتضی به انبار داده منتقل میشوند. این مساله ثبات داده ها را برای استفاده های وسیعتر تضمین میکند.

تمرکز موضوعی:
داده ها از بانکهای اطلاعاتی عملیاتی بصورت گزینشی به انبار داده منتقل میشوند. این استراتژی به ایجاد یک انبار داده بر اساس یک مطلب یا موضوع خاص کمک میکند و بنابراین کاوش انبار داده ها برای پرس و جوهای موضوعی با سرعت بیشتری انجام میشود.

یکپارچگی:
داده ها بگونه ای کامل سازماندهی شده اند تا با حذف موارد تکراری و چند عنوانه یکپارچگی رکوردها حفظ شود ؛ به ایجاد ارجاع های متقابل کارآمد بین رکوردها کمک نموده و ارجاع دهی را تسهیل نماید.

واضح است که انبار داده اساسا" برای پرس و جوهای پشتیبان تصمیم گیری ساخته شده است. بر این اساس سازماندهی وعملیات انبار داده چنان طراحی شده اند تا نیازهای اطلاعاتی روزمره یا معمولی را پاسخگو باشند. بدلیل حجم بسیار بالای چنین پایگاه اطلاعاتی یک سیستم کامپیوتری پیشرفته برای عملیات انبارسازی داده ها لازم است. همچنین یک بانک اطلاعات مجزا شامل ابرداده که مشخصه هایی نظیر نوع، فرمت، مکان و پدیدآورندگان داده های ذخیره شده در یک انبار داده ها را توصیف میکند نیز برای کمک به کاربران و مدیران داده ها ساخته میشود. مشخص شد که انبار داده بدلیل اندازه و تنوعش، اگر مبتکرانه پردازش شود میتواند به تولید اطلاعاتی منجر شود که در وهله اول آشکار نیستند. با انتخاب متناسب داده ها، بکار گرفتن فنون مختلف غربال کردن و تفسیر زمینه ای [10]، داده ذخیره شده میتوانست منجر به کشف الگوها یا رابطه هایی شود که بینش نویی به تصمیم گیرنده دهد. این مساله نظریه توسعه عملیات داده کاوی را به موازات معدن کاوی بروز داد. ذکر این نکته لازم است که داده کاوی در اصل لزوما" نیاز به سازماندهی یک انبار داده ندارد. حال به داده کاوی می پردازیم.

عناصر داده کاوی
توصیف و کمک به پیش بینی دو کارکرد اصلی داده کاوی هستند. تحلیل داده مربوط به مشخصه های انتخابی متغیرها؛ از گذاشته و حال، و درک الگو مثالی از تحلیل توصیفی است. برآورد ارزش آینده یک متغیر و طرح ریزی کردن روند مثالی از توانایی پیشگویانه داده کاوی است.
برای عملی شدن هریک از دو کارکرد فوق الذکر داده کاوی، چند گام ابتدایی اما مهم باید اجرا شوند که از این قرارند:

1. انتخاب داده ها
2. پاک سازی داد ها
3. غنی سازی داده ها
4. کد گذاری داده ها

با دارا بودن هدف کلی در مطالعه، انتخاب مجموعه داده های اصلی برای تحلیل، اولین ضرورت است. رکوردهای لازم میتواند از انبار داده ها و یا بانک اطلاعاتی عملیاتی استخراج شود. این رکوردهای داده جمع آوری شده؛ اغلب از آنچه آلودگی داده ها نامگذاری شده است رنج می برند و بنابراین لازم است پاکسازی شوند تا از یکدستی فرمت (شکلی) آنها اطمینان حاصل شود، موارد تکراری حذف شده و کنترل سازگاری دامنه بعمل آید. ممکن است داده های گردآوری شده از جنبه های خاصی ناقص یا ناکافی باشند. در این صورت داده های مشخصی باید گردآوری شوند تا بانک اطلاعات اصلی را تکمیل کنند. منابع مناسب برای این منظور باید شناسایی شوند. این فرایند مرحله غنی سازی داده ها را تکمیل میکند. یک سیستم کدگذاری مناسب معمولا" جهت انتقال داده ها به فرم ساختار-بندی شده جدید؛ متناسب برای عملیات داده کاوی تعبیه میشود .

فنون داده کاوی
ممکن است متوجه شده باشید که فنون داده کاوی یک گروه نامتجانس را شکل میدهند چرا که هر تکنیکی که بتواند بینش جدیدی از داده ها را استخراج کند میتواند داده کاوی به حساب آید. برخی از ابزارهای رایج بکار گرفته شده تحت عنوان داده کاوی عبارتند از: (Adriaans and Zantinge, 2003)

ابزارهای پرس و جو[11]: ابزارهای متداول زبان پرس و جوی ساختاربندی شده[12]در ابتدا برای انجام تحلیلهای اولیه بکار گرفته شدند که می تواند مسیرهایی برای تفحص بیشتر نشان دهد.

فنون آماری: مشخصات اصلی داده ها لازمست با کاربرد انواع مختلفی از تحلیلهای آماری شامل جدول بندی ساده[13] و متقاطع[14] داده ها و محاسبه پارامترهای آماری مهم بدست آید.

مصور سازی: با نمایش داده ها در قالب نمودارها و عکسها مانند نمودار پراکندگی؛ گروه بندی داده ها در خوشه های متناسب تسهیل میشود. استنباط عمیق تر ممکن است با بکارگیری تکنیکهای گرافیکی پیشرفته حاصل شود.

پردازش تحلیلی پیوسته[15]: از آنجا که مجموعه داده ها ممکن است روابط چندین بعدی داشته باشند، روشهای متعددی برای ترکیب کردن آنها وجود دارد. ابزارهای پردازش تحلیلی پیوسته به ذخیره چنین ترکیباتی کمک میکند و ابزارهای ابتدا-انتها[16]ی پیوسته برای انجام پرس و جو ایجاد میکند. اما این ابزارها هیچ دانش جدیدی ایجاد نمی کنند.

یادگیری مبتنی بر مورد: این تکنیک مشخصات گروههای داده ها را تحلیل میکند و به پیش بینی هر نهاد واقع شده در همسایگی شان کمک میکند. الگوریتمهایی که استراتژی یادگیری تعاملی را برای کاوش در یک فضای چندین بعدی بکار میگیرند برای این منظور مفیدند.

درختان تصمیم گیری: این تکنیک بخشهای مختلف فهرست پاسخهای موفق داده شده مربوط به یک پرس و جو را بازیابی می کند و به این ترتیب به ارزیابی صحیح گزینه های مختلف کمک میکند.