Типы данных в data science

SQL (Structured Query Language, язык структурированных запросов) является основным средством управления и обращения с запросами к данным, хранящимся в базах данных. Также иногда встречаются структурированные данные, которые достаточно трудно сохранить в традиционной реляционной базе данных (один из примеров — иерархические данные, например генеалогическое дерево).
Впрочем, мир не состоит из структурированных данных; просто это представление удобно для человека и машин. Чаще реальные данные хранятся в неструктурированном виде. Неструктурированные данные трудно подогнать под конкретную модель данных, потому что их содержимое зависит от контекста или имеет переменный характер. Один из примеров неструктурированных данных — обычные сообщения электронной почты:

Хотя сообщение содержит структурированные элементы (отправитель, заголовок, тело), одни и те же задачи могут решаться множеством разных способов, например, существует бесчисленное количество вариантов упоминания конкретного человека в сообщениях. Проблема дополнительно усложняется существованием тысяч языков и диалектов.
Сообщение электронной почты, написанное человеком (наподобие показанного выше), также является идеальным примером данных на естественном языке.
Данные на естественном языке составляют особую разновидность неструктурированных данных; обработка таких данных достаточно сложна, потому что она требует знания как лингвистики, так и специальных методов data science.
Сообщество обработки данных на естественном языке добилось успеха в области распознавания сущностей, распознавания тематических областей, обобщения, завершения текста и анализа эмоциональной окраски, но модели, адаптированные для одной предметной области, плохо обобщаются для других областей. Даже самые современные методы не смогут расшифровать смысл произвольного фрагмента текста. И этот факт вряд ли кого-то удивит: у людей также возникают проблемы с восприятием естественного языка. Он неоднозначен по своей природе. Сама концепция смысла выглядит спорно. Два человека слушают один разговор; вынесут ли они одинаковый смысл из него? Даже смысл отдельных слов может изменяться в зависимости от настроения говорящего.
К машинным данным относится информация, автоматически генерируемая компьютером, процессом, приложением или устройством без вмешательства человека. Машинные данные становятся одним из основных источников информации, и ситуация вряд ли изменится. Wikibon предсказывает, что рыночная стоимость промышленного Интернета (термин, предложенный компанией Frost&Sullivan для обозначения совокупности сложного физического оборудования с сетевыми датчиками и программным обеспечением) к 2020 году составит приблизительно 540 миллиардов долларов. По оценкам IDC (International Data Corporation), количество узлов сети к 2020 году в 26 раз превысит численность населения. Эта сеть часто называется Интернетом вещей.
Анализ машинных данных из-за их громадных объемов и скоростей сильно зависит от инструментов с высокой масштабируемостью. К примерам машинных данных относятся журналы веб-серверов, записи детализации звонков, журналы сетевых событий и телеметрии:

Машинные данные на рисунке выше хорошо укладываются в структуру классической базы данных. Это не лучший формат для данных с высокой степенью связности или «сетевых» данных, в которых достаточно значимую роль играют отношения между сущностями.
Термин «графовые данные» может сбить с толку, потому что любые данные могут быть представлены в виде графа. Под «графом» в данном случае имеется в виду понятие графа из математической теории графов — математическая структура для моделирования попарных отношений между объектами. Вкратце, в графовых, или сетевых, данных особое внимание уделяется связям или смежности объектов. Графовые структуры данных используют узлы, ребра и свойства для представления и хранения графических данных. Графовые данные естественным образом подходят для представления социальных сетей, а их структура позволяет вычислять такие специфические метрики, как влияние участников и кратчайший путь между двумя людьми.
Примеры графовых данных встречаются на многих веб-сайтах социальных сетей. Например, в LinkedIn можно увидеть, кого вы знаете в той или иной компании. Ваш список читателей в Твиттере также является примером графовых данных. Сила и мощь связанных данных проявляется при анализе нескольких перекрывающихся графов, построенных на одних и тех же узлах. Например, представьте, что ребра обозначают «друзей» на Facebook. А теперь возьмем другой граф с теми же людьми, но связывающий коллег по бизнесу через LinkedIn, и третий граф, основанный на интересе к фильмам на Netflix. Наложение этих трех графов позволит получить ответы на многие интересные вопросы.
Для хранения графовых данных используются графовые базы данных, а для построения запросов к ним — такие специализированные языки запросов, как SPARQL.
Работа с графовыми данными создает специфические проблемы, причем для компьютера эта задача становится еще сложнее.
Аудио, видео и графика — типы данных, ставящие непростые задачи перед специалистом data science. Задачи, тривиальные с точки зрения человека (например, распознавание объекта на картинке), оказываются сложными для компьютера. В 2014 году компания MLBAM (Major League Baseball Advanced Media) объявила, что объем записываемых видеоматериалов для одного бейсбольного матча будет увеличен приблизительно до 7 Тбайт с целью проведения оперативного анализа. Высокоскоростные камеры на стадионах записывают движения мяча и спортсменов для того, например, чтобы вычислять в реальном времени траекторию движения защитника.
Недавно компании DeepMind удалось создать алгоритм, который способен обучаться играть в видеоигры. Алгоритм получает на входе содержимое экрана и учится интерпретировать эти данные в сложном процессе глубокого обучения. Это замечательное достижение, и компания Google приобрела DeepMind для разработки искусственного интеллекта. Алгоритм обучения получает данные, генерируемые компьютерной игрой, т. е. потоковые данные.
Потоковые данные могут принимать почти любую из перечисленных форм, однако у них имеется одно дополнительное свойство. Данные поступают в систему при возникновении некоторых событий, а не загружаются в хранилище данных большими массивами. И хотя формально они не являются отдельной разновидностью данных, мы выделяем их в особую категорию, потому что вам придется приспособить свой рабочий процесс для работы с потоковой информацией.
Примерами потоковых данных могут служить раздел «Что происходит?» в Твиттере, прямые трансляции спортивных и музыкальных мероприятий и данные биржевых котировок.