大数据案例分析

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⼤数据案例分析

⼀、⼤数据分析在商业上的应⽤

1、体育赛事预测

世界杯期间,⾕歌、百度、微软和⾼盛等公司都推出了⽐赛结果预测平台。百度预测结果最为亮眼,预测全程64场⽐赛,准确率为67%,进⼊淘汰赛后准确率为94%。现在互联⽹公司取代章鱼保罗试⽔赛事预测也意味着未来的体育赛事会被⼤数据预测所掌控。“在百度对世界杯的预测中,我们⼀共考虑了团队实⼒、主场优势、最近表现、世界杯整体表现和博彩公司的赔率等五个因素,这些数据的来源基本都是互联⽹,随后我们再利⽤⼀个由搜索专家设计的机器学习模型来对这些数据进⾏汇总和分析,进⽽做出预测结果。”---百度北京⼤数据实验室的负责⼈张桐

2、股票市场预测

去年英国华威商学院和美国波⼠顿⼤学物理系的研究发现,⽤户通过⾕歌搜索的⾦融关键词或许可以⾦融市场的⾛向,相应的投资战略收益⾼达326%。此前则有专家尝试通过Twitter博⽂情绪来预测股市波动。

理论上来讲股市预测更加适合美国。中国股票市场⽆法做到双向盈利,只有股票涨才能盈利,这会吸引⼀些游资利⽤信息不对称等情况⼈为改变股票市场规律,因此中国股市没有相对稳定的规律则很难被预测,且⼀些对结果产⽣决定性影响的变量数据根本⽆法被监控。

⽬前,美国已经有许多对冲基⾦采⽤⼤数据技术进⾏投资,并且收获甚丰。中国的中证⼴发百度百发100指数基⾦(下称百发100),上线四个多⽉以来已上涨68%。

和传统量化投资类似,⼤数据投资也是依靠模型,但模型⾥的数据变量⼏何倍地增加了,在原有的⾦融结构化数据基础上,增加了社交⾔论、地理信息、卫星监测等⾮结构化数据,并且将这些⾮结构化数据进⾏量化,从⽽让模型可以吸收。

由于⼤数据模型对成本要求极⾼,业内⼈⼠认为,⼤数据将成为共享平台化的服务,数据和技术相当于⾷材和锅,基⾦经理和分析师可以通过平台制作⾃⼰的策略。

3、市场物价预测

CPI表征已经发⽣的物价浮动情况,但统计局数据并不权威。但⼤数据则可能帮助⼈们了解未来物价⾛向,提前预知通货膨胀或经济危机。最典型的案例莫过于马云通过阿⾥B2B⼤数据提前知晓亚洲⾦融危机,当然这是阿⾥数据团队的功劳。

4、⽤户⾏为预测

基于⽤户搜索⾏为、浏览⾏为、评论历史和个⼈资料等数据,互联⽹业务可以洞察消费者的整体需求,进⽽进⾏针对性的产品⽣产、改进和营销。《纸牌屋》 选择演员和剧情、百度基于⽤户喜好进⾏精准⼴告营销、阿⾥根据天猫⽤户特征包下⽣产线定制产品、亚马逊预测⽤户点击⾏为提前发货均是受益于互联⽹⽤户⾏为 预测。

购买前的⾏为信息,可以深度地反映出潜在客户的购买⼼理和购买意向:例如,客户 A 连续浏览了 5 款电视机,其中 4 款来⾃国内品牌 S,1 款来⾃国外品牌 T;4 款为 LED 技术,1 款为 LCD 技术;5 款的价格分别为 4599 元、5199 元、5499 元、5999 元、7999 元;这些⾏为某种程度上反映了客户 A 对品牌认可度及倾向性,如偏向国产品牌、中等价位的 LED 电视。⽽客户 B 连续浏览了 6 款电视机,其中 2 款是国外品牌 T,2 款是另⼀国外品牌 V,2 款是国产品牌 S;4 款为 LED 技术,2 款为 LCD 技术;6 款的价格分别为 5999 元、7999 元、8300 元、9200 元、9999 元、11050 元;类似地,这些⾏为某种程度上反映了客户 B 对品牌认可度及倾向性,如偏向进⼝品牌、⾼价位的 LED 电视等。

5、⼈体健康预测

中医可以通过望闻问切⼿段发现⼀些⼈体内隐藏的慢性病,甚⾄看体质便可知晓⼀个⼈将来可能会出现什么症状。⼈体体征变化有⼀定规律,⽽慢性病发⽣前⼈体已经会有⼀些持续性异常。理论上来说,如果⼤数据掌握了这样的异常情况,便可以进⾏慢性病预测。

6、疾病疫情预测

基于⼈们的搜索情况、购物⾏为预测⼤⾯积疫情爆发的可能性,最经典的“流感预测”便属于此类。如果来⾃某个区域的“流感”、“板蓝根”搜索需求越来越多,⾃然可以推测该处有流感趋势。Google成功预测冬季流感:2009年,Google通过分析5000万条美国⼈最频繁检索的词汇,将之和美国疾病中⼼在2003年到2008年间季节性流感传播时期的数据进⾏⽐较,并建⽴⼀个特定的数学模型。最终google成功预测了2009冬季流感的传播甚⾄可以具体到特定的地区和州。

7、灾害灾难预测

⽓象预测是最典型的灾难灾害预测。地震、洪涝、⾼温、暴⾬这些⾃然灾害如果可以利⽤⼤数据能⼒进⾏更加提前的预测和告知便有助于减灾防灾救灾赈灾。 与过往不同的是,过去的数据收集⽅式存在着死⾓、成本⾼等问题,物联⽹时代可以借助廉价的传感器摄像头和⽆线通信⽹络,进⾏实时的数据监控收集,再利⽤⼤ 数据预测分析,做到更精准的⾃然灾害预测。

8、环境变迁预测

除了进⾏短时间微观的天⽓、灾害预测之外,还可以进⾏更加长期和宏观的环境和⽣态变迁预测。森林和农⽥⾯积缩⼩、野⽣动物植物濒危、海岸线上升,温 室效应这些问题是地球⾯临的“慢性问题“。如果⼈类知道越多地球⽣态系统以及天⽓形态变化数据,就越容易模型化未来环境的变迁,进⽽阻⽌不好的转变发⽣。 ⽽⼤数据帮助⼈类收集、储存和挖掘更多的地球数据,同时还提供了预测的⼯具。

9、交通⾏为预测

基于⽤户和车辆的LBS定位数据,分析⼈车出⾏的个体和群体特征,进⾏交通⾏为的预测。交通部门可预测不同时点不同道路的车流量进⾏智能的车辆调度,或应⽤潮汐车道;⽤户则可以根据预测结果选择拥堵⼏率更低的道路。

百度基于地图应⽤的LBS预测涵盖范围更⼴。春运期间预测⼈们的迁徙趋势指导⽕车线路和航线的设置,节假⽇预测景点的⼈流量指导⼈们的景区选择,平时还有百度热⼒图来告诉⽤户城市商圈、动物园等地点的⼈流情况,指导⽤户出⾏选择和商家的选点选址。多尔⼽夫的团队利⽤机器学习算法来创造路上⾏⼈的模型。⽆⼈驾驶汽车⾏驶的每⼀英⾥路程的情况都会被记录下来,汽车电脑就会保持这些数据, 并分析各种不同的对象在不同的环境中如何表现。有些司机的⾏为可能会被设置为固定变量(如“绿灯亮,汽车⾏”),但是汽车电脑不会死搬硬套这种逻辑,⽽是 从实际的司机⾏为中进⾏学习。 这样⼀来,跟在⼀辆垃圾运输卡车后⾯⾏驶的汽车,如果卡车停⽌⾏进,那么汽车可能会选择变道绕过去,⽽不是也跟着停下来。⾕歌已建⽴了70万英⾥的⾏驶数据,这有助于⾕歌汽车根据⾃⼰的学习经验来调整⾃⼰的⾏为。

10、能源消耗预测

加州电⽹系统运营中⼼管理着加州超过80%的电⽹,向3500万⽤户每年输送2.89亿兆⽡电⼒,电⼒线长度超过25000英⾥。该中⼼采⽤了 Space-Time Insight的软件进⾏智能管理,综合分析来⾃包括天⽓、传感器、计量设备等各种数据源的海量数据,预测各地的能源需求变化,进⾏智能电能调度,平衡全 ⽹的电⼒供应和需求,并对潜在危机做出快速响应。中国智能电⽹业已在尝试类似⼤数据预测应⽤。 ⼆、⼤数据分析种类

按照数据分析的实时性,分为实时数据分析和离线数据分析两种。

实时数据分析⼀般⽤于⾦融、移动和互联⽹B2C等产品,往往要求在数秒内返回上亿⾏数据的分析,从⽽达到不影响⽤户体验的⽬的。要满⾜这样的需求, 可以采⽤精⼼设计的传统关系型数据库组成并⾏处理集群,或者采⽤⼀些内存计算平台,或者采⽤HDD的架构,这些⽆疑都需要⽐较⾼的软硬件成本。⽬前⽐较新 的海量数据实时分析⼯具有EMC的Greenplum、SAP的HANA等。

对于⼤多数反馈时间要求不是那么严苛的应⽤,⽐如离线统计分析、机器学习、搜索引擎的反向索引计算、推荐引擎的计算等,应采⽤离线分析的⽅式,通过 数据采集⼯具将⽇志数据导⼊专⽤的分析平台。但⾯对海量数据,传统的ETL⼯具往往彻底失效,主要原因是数据格式转换的开销太⼤,在性能上⽆法满⾜海量数 据的采集需求。互联⽹企业的海量数据采集⼯具,有Facebook开源的Scribe、LinkedIn开源的Kafka、淘宝开源的 Timetunnel、Hadoop的Chukwa等,均可以满⾜每秒数百MB的⽇志数据采集和传输需求,并将这些数据上载到Hadoop中央系统上。

按照⼤数据的数据量,分为内存级别、BI级别、海量级别三种。

这⾥的内存级别指的是数据量不超过集群的内存最⼤值。不要⼩看今天内存的容量,Facebook缓存在内存的Memcached中的数据⾼达 320TB,⽽⽬前的PC服务器,内存也可以超过百GB。因此可以采⽤⼀些内存数据库,将热点数据常驻内存之中,从⽽取得⾮常快速的分析能⼒,⾮常适合实 时分析业务。图1是⼀种实际可⾏的MongoDB分析架构。

图1 ⽤于实时分析的MongoDB架构MongoDB⼤集群⽬前存在⼀些稳定性问题,会发⽣周期性的写堵塞和主从同步失效,但仍不失为⼀种潜⼒⼗⾜的可以⽤于⾼速数据分析的NoSQL。

此外,⽬前⼤多数服务⼚商都已经推出了带4GB以上SSD的解决⽅案,利⽤内存+SSD,也可以轻易达到内存分析的性能。随着SSD的发展,内存数据分析必然能得到更加⼴泛的应⽤。BI级别指的是那些对于内存来说太⼤的数据量,但⼀般可以将其放⼊传统的BI产品和专门设计的BI数据库之中进⾏分析。⽬前主流的BI产品都有⽀持TB级以上的数据分析⽅案。种类繁多。

海量级别指的是对于数据库和BI产品已经完全失效或者成本过⾼的数据量。海量数据级别的优秀企业级产品也有很多,但基于软硬件的成本原因,⽬前⼤多 数互联⽹企业采⽤Hadoop的HDFS分布式⽂件系统来存储数据,并使⽤MapReduce进⾏分析。本⽂稍后将主要介绍Hadoop上基于 MapReduce的⼀个多维数据分析平台。

三、⼤数据分析⼀般过程

3.1 采集⼤数据的采集是指利⽤多个数据库来接收发⾃客户端(Web、App或者传感器形式等)的 数据,并且⽤户可以通过这些数据库来进⾏简单的查询和处理⼯作。⽐如,电商会使⽤传统的关系型数据库MySQL和Oracle等来存储每⼀笔事务数据,除 此之外,Redis和MongoDB这样的NoSQL数据库也常⽤于数据的采集。在⼤数据的采集过程中,其主要特点和挑战是并发数⾼,因为同时有可能会有成千上万的⽤户 来进⾏访问和操作,⽐如⽕车票售票⽹站和淘宝,它们并发的访问量在峰值时达到上百万,所以需要在采集端部署⼤量数据库才能⽀撑。并且如何在这些数据库之间 进⾏负载均衡和分⽚的确是需要深⼊的思考和设计。3.2 导⼊/预处理虽然采集端本⾝会有很多数据库,但是如果要对这些海量数据进⾏有效的分析,还是应该将这 些来⾃前端的数据导⼊到⼀个集中的⼤型分布式数据库,或者分布式存储集群,并且可以在导⼊基础上做⼀些简单的清洗和预处理⼯作。也有⼀些⽤户会在导⼊时使 ⽤来⾃Twitter的Storm来对数据进⾏流式计算,来满⾜部分业务的实时计算需求。导⼊与预处理过程的特点和挑战主要是导⼊的数据量⼤,每秒钟的导⼊量经常会达到百兆,甚⾄千兆级别。3.3 统计/分析统计与分析主要利⽤分布式数据库,或者分布式计算集群来对存储于其内的海量数据进⾏普通 的分析和分类汇总等,以满⾜⼤多数常见的分析需求,在这⽅⾯,⼀些实时性需求会⽤到EMC的GreenPlum、Oracle的Exadata,以及基于 MySQL的列式存储Infobright等,⽽⼀些批处理,或者基于半结构化数据的需求可以使⽤Hadoop。统计与分析这部分的主要特点和挑战是分析涉及的数据量⼤,其对系统资源,特别是I/O会有极⼤的占⽤。3.4 挖掘与前⾯统计和分析过程不同的是,数据挖掘⼀般没有什么预先设定好的主题,主要是在现有数 据上⾯进⾏基于各种算法的计算,从⽽起到预测(Predict)的效果,从⽽实现⼀些⾼级别数据分析的需求。⽐较典型算法有⽤于聚类的Kmeans、⽤于 统计学习的SVM和⽤于分类的NaiveBayes,主要使⽤的⼯具有Hadoop的Mahout等。该过程的特点和挑战主要是⽤于挖掘的算法很复杂,并 且计算涉及的数据量和计算量都很⼤,常⽤数据挖掘算法都以单线程为主。