数据挖掘十大经典算法(第八章)

数据挖掘十大经典算法(第八章)
数据挖掘十大经典算法(第八章)

Chapter8

k NN:k-Nearest Neighbors

Michael Steinbach and Pang-Ning Tan

Contents

8.1Introduction (151)

8.2Description of the Algorithm (152)

8.2.1High-Level Description (152)

8.2.2Issues (153)

8.2.3Software Implementations (155)

8.3Examples (155)

8.4Advanced Topics (157)

8.5Exercises (158)

Acknowledgments (159)

References (159)

8.1Introduction

One of the simplest and rather trivial classi?ers is the Rote classi?er,which memorizes the entire training data and performs classi?cation only if the attributes of the test object exactly match the attributes of one of the training objects.An obvious problem with this approach is that many test records will not be classi?ed because they do not exactly match any of the training records.Another issue arises when two or more training records have the same attributes but different class labels.

A more sophisticated approach,k-nearest neighbor(k NN)classi?cation[10,11,21],?nds a group of k objects in the training set that are closest to the test object,and bases the assignment of a label on the predominance of a particular class in this neighborhood.This addresses the issue that,in many data sets,it is unlikely that one object will exactly match another,as well as the fact that con?icting information about the class of an object may be provided by the objects closest to it.There are several key elements of this approach:(i)the set of labeled objects to be used for evaluating a test object’s class,1(ii)a distance or similarity metric that can be used to compute

This need not be the entire training set.

151

152kNN:k-Nearest Neighbors

the closeness of objects,(iii)the value of k,the number of nearest neighbors,and(iv) the method used to determine the class of the target object based on the classes and distances of the k nearest neighbors.In its simplest form,k NN can involve assigning an object the class of its nearest neighbor or of the majority of its nearest neighbors, but a variety of enhancements are possible and are discussed below.

More generally,k NN is a special case of instance-based learning[1].This includes case-based reasoning[3],which deals with symbolic data.The k NN approach is also an example of a lazy learning technique,that is,a technique that waits until the query arrives to generalize beyond the training data.

Although k NN classi?cation is a classi?cation technique that is easy to understand and implement,it performs well in many situations.In particular,a well-known result by Cover and Hart[6]shows that the classi?cation error2of the nearest neighbor rule is bounded above by twice the optimal Bayes error3under certain reasonable assump-tions.Furthermore,the error of the general k NN method asymptotically approaches that of the Bayes error and can be used to approximate it.

Also,because of its simplicity,k NN is easy to modify for more complicated classi?-cation problems.For instance,k NN is particularly well-suited for multimodal classes4 as well as applications in which an object can have many class labels.To illustrate the last point,for the assignment of functions to genes based on microarray expression pro?les,some researchers found that k NN outperformed a support vector machine (SVM)approach,which is a much more sophisticated classi?cation scheme[17]. The remainder of this chapter describes the basic k NN algorithm,including vari-ous issues that affect both classi?cation and computational performance.Pointers are given to implementations of k NN,and examples of using the Weka machine learn-ing package to perform nearest neighbor classi?cation are also provided.Advanced techniques are discussed brie?y and this chapter concludes with a few exercises. 8.2Description of the Algorithm

8.2.1High-Level Description

Algorithm8.1provides a high-level summary of the nearest-neighbor classi?cation method.Given a training set D and a test object z,which is a vector of attribute values and has an unknown class label,the algorithm computes the distance(or similarity)

2The classi?cation error of a classi?er is the percentage of instances it incorrectly classi?es.

3The Bayes error is the classi?cation error of a Bayes classi?er,that is,a classi?er that knows the underlying probability distribution of the data with respect to class,and assigns each data point to the class with the highest probability density for that point.For more detail,see[9].

4With multimodal classes,objects of a particular class label are concentrated in several distinct areas of the data space,not just one.In statistical terms,the probability density function for the class does not have a single“bump”like a Gaussian,but rather,has a number of peaks.

8.2Description of the Algorithm 153

Algorithm 8.1Basic k NN Algorithm

Input :D ,the set of training objects,the test object,z ,which is a vector of

attribute values,and L ,the set of classes used to label the objects

Output :c z ∈L ,the class of z foreach object y ∈D do

|Compute d (z ,y ),the distance between z and y ;end

Select N ?D ,the set (neighborhood)of k closest training objects for z ;c z =argmax v ∈L

y ∈N I (v =class (c y ));where I (·)is an indicator function that returns the value 1if its argument is true and 0otherwise.between z and all the training objects to determine its nearest-neighbor list.It then assigns a class to z by taking the class of the majority of neighboring objects.Ties are broken in an unspeci?ed manner,for example,randomly or by taking the most frequent class in the training set.

The storage complexity of the algorithm is O (n ),where n is the number of training objects.The time complexity is also O (n ),since the distance needs to be computed between the target and each training object.However,there is no time taken for the construction of the classi?cation model,for example,a decision tree or sepa-rating hyperplane.Thus,k NN is different from most other classi?cation techniques which have moderately to quite expensive model-building stages,but very inexpensive O (constant )classi?cation steps.

8.2.2Issues

There are several key issues that affect the performance of k NN.One is the choice of k .This is illustrated in Figure 8.1,which shows an unlabeled test object,x ,and training objects that belong to either a “+”or “?”class.If k is too small,then the result can be sensitive to noise points.On the other hand,if k is too large,then the neighborhood may include too many points from other classes.An estimate of the best value for k can be obtained by cross-validation.However,it is important to point out that k =1may be able to perform other values of k ,particularly for small data sets,including those typically used in research or for class exercises.However,given enough samples,larger values of k are more resistant to noise.

Another issue is the approach to combining the class labels.The simplest method is to take a majority vote,but this can be a problem if the nearest neighbors vary widely in their distance and the closer neighbors more reliably indicate the class of the object.A more sophisticated approach,which is usually much less sensitive to the choice of k ,weights each object’s vote by its distance.Various choices are possible;for example,the weight factor is often taken to be the reciprocal of the squared distance:w i =1/d (y ,z )2.This amounts to replacing the last step of Algorithm 8.1with the

154

kNN:k-Nearest Neighbors ++

???????

????

??

???????+++X ++++++????????

?????????????+++++++++++X ?????????????????????+++++++++++

X (a) Neighborhood too

small.(b) Neighborhood just right.(c) Neighborhood too large.

Figure 8.1k -nearest neighbor classi?cation with small,medium,and large k .following:

Distance-Weighted V oting:c z =argmax v ∈L y ∈N w i ×I (v =class (c y ))(8.1)

The choice of the distance measure is another important https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,monly,Euclidean or Manhattan distance measures are used [21].For two points,x and y ,with n attributes,these distances are given by the following formulas:

d (x ,y )= n k =1

(x k ?y k )2Euclidean distance (8.2)

d (x ,y )= n k =1|x k ?y k |

Manhattan distance (8.3)

where x k and y k are the k th attributes (components)of x and y ,respectively.

Although these and various other measures can be used to compute the distance between two points,conceptually,the most desirable distance measure is one for which a smaller distance between two objects implies a greater likelihood of having the same class.Thus,for example,if k NN is being applied to classify documents,then it may be better to use the cosine measure rather than Euclidean distance.Note that k NN can also be used for data with categorical or mixed categorical and numerical attributes as long as a suitable distance measure can be de?ned [21].

Some distance measures can also be affected by the high dimensionality of the data.In particular,it is well known that the Euclidean distance measure becomes less discriminating as the number of attributes increases.Also,attributes may have to be scaled to prevent distance measures from being dominated by one of the attributes.For example,consider a data set where the height of a person varies from 1.5to 1.8m,

8.3Examples155 the weight of a person varies from90to300lb,and the income of a person varies from$10,000to$1,000,000.If a distance measure is used without scaling,the income attribute will dominate the computation of distance,and thus the assignment of class labels.

8.2.3Software Implementations

Algorithm8.1is easy to implement in almost any programming language.However, this section contains a short guide to some readily available implementations of this algorithm and its variants for those who would rather use an existing implementation. One of the most readily available k NN implementations can be found in Weka[26]. The main function of interest is IBk,which is basically Algorithm8.1.However,IBk also allows you to specify a couple of choices of distance weighting and the option to determine a value of k by using cross-validation.

Another popular nearest neighbor implementation is PEBLS(Parallel Exemplar-Based Learning System)[5,19]from the CMU Arti?cial Intelligence repository[20]. According to the site,“PEBLS(Parallel Exemplar-Based Learning System)is a nearest-neighbor learning system designed for applications where the instances have symbolic feature values.”

8.3Examples

In this section we provide a couple of examples of the use of k NN.For these examples, we will use the Weka package described in the previous section.Speci?cally,we used Weka3.5.6.

To begin,we applied k NN to the Iris data set that is available from the UCI Machine Learning Repository[2]and is also available as a sample data?le with Weka.This data set consists of150?owers split equally among three Iris species:Setosa,Versicolor, and Virginica.Each?ower is characterized by four measurements:petal length,petal width,sepal length,and sepal width.

The Iris data set was classi?ed using the IB1algorithm,which corresponds to the IBk algorithm with k=1.In other words,the algorithm looks at the closest neighbor, as computed using Euclidean distance from Equation8.2.The results are quite good, as the reader can see by examining the confusion matrix5given in Table8.1. However,further investigation shows that this is a quite easy data set to classify since the different species are relatively well separated in the data space.To illustrate, we show a plot of the data with respect to petal length and petal width in Figure8.2. There is some mixing between the Versicolor and Virginica species with respect to 5A confusion matrix tabulates how the actual classes of various data instances(rows)compare to their predicted classes(columns).

156kNN:k-Nearest Neighbors

TABLE 8.1

Confusion Matrix for Weka k NN

Classi?er IB1on the Iris Data Set

Actual/Predicted Setosa Versicolor Virginica Setosa

5000Versicolor

0473Virginica 0446

their petal lengths and widths,but otherwise the species are well separated.Since the other two variables,sepal width and sepal length,add little if any discriminating information,the performance seen with basic k NN approach is about the best that can be achieved with a k NN approach or,indeed,any other approach.

The second example uses the ionosphere data set from UCI.The data objects in this data set are radar signals sent into the ionosphere and the class value indicates whether or not the signal returned information on the structure of the ionosphere.There are 34attributes that describe the signal and 1class attribute.The IB1algorithm applied on the original data set gives an accuracy of 86.3%evaluated via tenfold cross-validation,while the same algorithm applied to the ?rst nine attributes gives an accuracy of 89.4%.In other words,using fewer attributes gives better results.The confusion matrices are given https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,ing cross-validation to select the number of nearest neighbors gives an accuracy of 90.8%with two nearest neighbors.The confusion matrices for these cases are given below in Tables 8.2,8.3,and 8.4,respectively.Adding weighting for nearest neighbors actually results in a modest drop in accuracy.The biggest improvement is due to reducing the number of attributes.

P e t a l w i d t h Petal length

Figure 8.2Plot of Iris data using petal length and width.

8.4Advanced Topics157

TABLE8.2Confusion Matrix for Weka k NN Classi?er

IB1on the Ionosphere Data Set Using All Attributes

Actual/Predicted Good Signal Bad Signal

Good Signal8541

Bad Signal7218

8.4Advanced Topics

To address issues related to the distance function,a number of schemes have been developed that try to compute the weights of each individual attribute or in some other way determine a more effective distance metric based upon a training set[13,15]. In addition,weights can be assigned to the training objects themselves.This can give more weight to highly reliable training objects,while reducing the impact of unreliable objects.The PEBLS system by Cost and Salzberg[5]is a well-known example of such an approach.

As mentioned,k NN classi?ers are lazy learners,that is,models are not built explic-itly unlike eager learners(e.g.,decision trees,SVM,etc.).Thus,building the model is cheap,but classifying unknown objects is relatively expensive since it requires the computation of the k-nearest neighbors of the object to be labeled.This,in general, requires computing the distance of the unlabeled object to all the objects in the la-beled set,which can be expensive particularly for large training sets.A number of techniques,e.g.,multidimensional access methods[12]or fast approximate similar-ity search[16],have been developed for ef?cient computation of k-nearest neighbor distance that make use of the structure in the data to avoid having to compute distance to all objects in the training set.These techniques,which are particularly applicable for low dimensional data,can help reduce the computational cost without affecting classi?cation accuracy.The Weka package provides a choice of some of the multi-dimensional access methods in its IBk routine.(See Exercise4.)

Although the basic k NN algorithm and some of its variations,such as weighted k NN and assigning weights to objects,are relatively well known,some of the more advanced techniques for k NN are much less known.For example,it is typically possible to eliminate many of the stored data objects,but still retain the classi?cation accuracy of the k NN classi?er.This is known as“condensing”and can greatly speed up the classi?cation of new objects[14].In addition,data objects can be removed to TABLE8.3Confusion Matrix for Weka k NN Classi?er

IB1on the Ionosphere Data Set Using the First Nine Attributes

Actual/Predicted Good Signal Bad Signal

Good Signal10026

Bad Signal11214

158kNN:k-Nearest Neighbors

TABLE8.4Confusion Matrix for Weka k NN

Classi?er IBk on the Ionosphere Data Set Using

the First Nine Attributes with k=2

Actual/Predicted Good Signal Bad Signal

Good Signal1039

Bad Signal23216

improve classi?cation accuracy,a process known as“editing”[25].There has also been a considerable amount of work on the application of proximity graphs(nearest neighbor graphs,minimum spanning trees,relative neighborhood graphs,Delaunay triangulations,and Gabriel graphs)to the k NN problem.Recent papers by Toussaint [22–24],which emphasize a proximity graph viewpoint,provide an overview of work addressing these three areas and indicate some remaining open problems.

Other important resources include the collection of papers by Dasarathy[7]and the book by Devroye,Gyor?,and Lugosi[8].Also,a fuzzy approach to k NN can be found in the work of Bezdek[4].Finally,an extensive bibliography on this subject is also available online as part of the Annotated Computer Vision Bibliography[18].

8.5Exercises

1.Download the Weka machine learning package from the Weka project home-

page and the Iris and ionosphere data sets from the UCI Machine Learning Repository.Repeat the analyses performed in this chapter.

2.Prove that the error of the nearest neighbor rule is bounded above by twice the

Bayes error under certain reasonable assumptions.

3.Prove that the error of the general k NN method asymptotically approaches that

of the Bayes error and can be used to approximate it.

4.Various spatial or multidimensional access methods can be used to speed up

the nearest neighbor computation.For the k-d tree,which is one such method, estimate how much the saving would https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,ment:The IBk Weka classi?cation algorithm allows you to specify the method of?nding nearest neighbors.Try this on one of the larger UCI data sets,for example,predicting sex on the abalone data set.

5.Consider the one-dimensional data set shown in Table8.5.

TABLE8.5Data Set for Exercise5

x 1.5 2.5 3.5 4.5 5.0 5.5 5.75 6.57.510.5

y++???++?++

References159

(a)Given the data points listed in Table8.5,compute the class of x=5.5

according to its1-,3-,6-,and9-nearest neighbors(using majority vote).

(b)Repeat the previous exercise,but use the weighted version of k NN given

in Equation(8.1).

https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,ment on the use of k NN when documents are compared with the cosine

measure,which is a measure of similarity,not distance.

7.Discuss kernel density estimation and its relationship to k NN.

8.Given an end user who desires not only a classi?cation of unknown cases,but

also an understanding of why cases were classi?ed the way they were,which classi?cation method would you prefer:decision tree or k NN?

9.Sampling can be used to reduce the number of data points in many kinds of

data https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,ment on the use of sampling for k NN.

10.Discuss how k NN could be used to perform classi?cation when each class can

have multiple labels and/or classes are organized in a hierarchy.

Acknowledgments

This work was supported by NSF Grant CNS-0551551,NSF ITR Grant ACI-0325949, NSF Grant IIS-0308264,and NSF Grant IIS-0713227.Access to computing facil-ities was provided by the University of Minnesota Digital Technology Center and Supercomputing Institute.

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数据挖掘领域的十大经典算法原理及应用

数据挖掘领域的十大经典算法原理及应用 国际权威的学术组织the IEEE International Conference on Data Mining (ICDM) 2006年12月评选出了数据挖掘领域的十大经典算法:C4.5, k-Means, SVM, Apriori, EM, PageRank, AdaBoost, kNN, Naive Bayes, and CART. 不仅仅是选中的十大算法,其实参加评选的18种算法,实际上随便拿出一种来都可以称得上是经典算法,它们在数据挖掘领域都产生了极为深远的影响。 1.C4.5 C4.5算法是机器学习算法中的一种分类决策树算法,其核心算法是ID3算法.C4.5算法继承了ID3算法的优点,并在以下几方面对ID3算法进行了改进: 1)用信息增益率来选择属性,克服了用信息增益选择属性时偏向选择取值多的属性的不足; 2) 在树构造过程中进行剪枝; 3) 能够完成对连续属性的离散化处理; 4) 能够对不完整数据进行处理。

C4.5算法有如下优点:产生的分类规则易于理解,准确率较高。其缺点是:在构造树的过程中,需要对数据集进行多次的顺序扫描和排序,因而导致算法的低效。 2. The k-means algorithm即K-Means算法 k-means algorithm算法是一个聚类算法,把n的对象根据他们的属性分为k个分割,k < n。它与处理混合正态分布的最大期望算法很相似,因为他们都试图找到数据中自然聚类的中心。它假设对象属性来自于空间向量,并且目标是使各个群组内部的均方误差总和最小。 3. Support vector machines 支持向量机,英文为Support Vector Machine,简称SV 机(论文中一般简称SVM)。它是一种監督式學習的方法,它广泛的应用于统计分类以及回归分析中。支持向量机将向量映射到一个更高维的空间里,在这个空间里建立有一个最大间隔超平面。在分开数据的超平面的两边建有两个互相平行的超平面。分隔超平面使两个平行超平面的距离最大化。假定平行超平面

学习18大经典数据挖掘算法

学习18大经典数据挖掘算法 本文所有涉及到的数据挖掘代码的都放在了github上了。 地址链接: https://https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/linyiqun/DataMiningAlgorithm 大概花了将近2个月的时间,自己把18大数据挖掘的经典算法进行了学习并且进行了代码实现,涉及到了决策分类,聚类,链接挖掘,关联挖掘,模式挖掘等等方面。也算是对数据挖掘领域的小小入门了吧。下面就做个小小的总结,后面都是我自己相应算法的博文链接,希望能够帮助大家学习。 1.C4.5算法。C4.5算法与ID3算法一样,都是数学分类算法,C4.5算法是ID3算法的一个改进。ID3算法采用信息增益进行决策判断,而C4.5采用的是增益率。 详细介绍链接:https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/androidlushangderen/article/details/42395865 2.CART算法。CART算法的全称是分类回归树算法,他是一个二元分类,采用的是类似于熵的基尼指数作为分类决策,形成决策树后之后还要进行剪枝,我自己在实现整个算法的时候采用的是代价复杂度算法, 详细介绍链接:https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/androidlushangderen/article/details/42558235 3.KNN(K最近邻)算法。给定一些已经训练好的数据,输入一个新的测试数据点,计算包含于此测试数据点的最近的点的分类情况,哪个分类的类型占多数,则此测试点的分类与此相同,所以在这里,有的时候可以复制不同的分类点不同的权重。近的点的权重大点,远的点自然就小点。 详细介绍链接:https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/androidlushangderen/article/details/42613011 4.Naive Bayes(朴素贝叶斯)算法。朴素贝叶斯算法是贝叶斯算法里面一种比较简单的分类算法,用到了一个比较重要的贝叶斯定理,用一句简单的话概括就是条件概率的相互转换推导。 详细介绍链接:https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/androidlushangderen/article/details/42680161 5.SVM(支持向量机)算法。支持向量机算法是一种对线性和非线性数据进行分类的方法,非线性数据进行分类的时候可以通过核函数转为线性的情况再处理。其中的一个关键的步骤是搜索最大边缘超平面。 详细介绍链接:https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/androidlushangderen/article/details/42780439 6.EM(期望最大化)算法。期望最大化算法,可以拆分为2个算法,1个E-Step期望化步骤,和1个M-Step最大化步骤。他是一种算法框架,在每次计算结果之后,逼近统计模型参数的最大似然或最大后验估计。

数据挖掘十大待解决问题

数据挖掘领域10大挑战性问题与十大经典算法 2010-04-21 20:05:51| 分类:技术编程| 标签:|字号大中小订阅 作为一个数据挖掘工作者,点可以唔知呢。 数据挖掘领域10大挑战性问题: 1.Developing a Unifying Theory of Data Mining 2.Scaling Up for High Dimensional Data/High Speed Streams 3.Mining Sequence Data and Time Series Data 4.Mining Complex Knowledge from Complex Data 5.Data Mining in a Network Setting 6.Distributed Data Mining and Mining Multi-agent Data 7.Data Mining for Biological and Environmental Problems 8.Data-Mining-Process Related Problems 9.Security, Privacy and Data Integrity 10.Dealing with Non-static, Unbalanced and Cost-sensitive Data 数据挖掘十大经典算法 国际权威的学术组织the IEEE International Conference on Data Mining (ICDM) 2006年12月评选出了数据挖掘领域的十大经典算法:C4.5, k-Means, SVM, Apriori, EM, PageRank, AdaBoost, kNN, Naive Bayes, and CART. 不仅仅是选中的十大算法,其实参加评选的18种算法,实际上随便拿出一种来都可以称得上是经典算法,它们在数据挖掘领域都产生了极为深远的影响。 1. C4.5 C4.5算法是机器学习算法中的一种分类决策树算法,其核心算法是ID3算法. C4.5算法继承了ID3算法的优点,并在以下几方面对ID3算法进行了改进: 1) 用信息增益率来选择属性,克服了用信息增益选择属性时偏向选择取值多的属性的不足; 2) 在树构造过程中进行剪枝; 3) 能够完成对连续属性的离散化处理; 4) 能够对不完整数据进行处理。 C4.5算法有如下优点:产生的分类规则易于理解,准确率较高。其缺点是:在构造树的过程中,需要对数据集进行多次的顺序扫描和排序,因而导致算法的低效。 2. The k-means algorithm 即K-Means算法 k-means algorithm算法是一个聚类算法,把n的对象根据他们的属性分为k个分割,k < n。它与处理混合正态分布的最大期望算法很相似,因为他们都试图找到数据中自然聚类的中心。它假设对象属性来自于空间向量,并且目标是使各个群组内部的均方误差总和最小。 3. Support vector machines 支持向量机,英文为Support Vector Machine,简称SV机(论文中一般简称SVM)。它是一种監督式學習的方法,它广泛的应用于统计分类以及回归分析中。支持向量机将向量映射到一个更高维的空间里,在这个空间里建立有一个最大间隔超平面。在分开数据的超平面的两边建有两个互相平行的超平面。分隔超平面使两个平行超平面的距离最大化。假定平行超平面间的距离或差距越大,分类器的总误差越小。一个极好的指南是C.J.C Burges的《模式识别支持向量机指南》。van der Walt 和Barnard 将支持向量机和其他分类器进行了比较。 4. The Apriori algorithm

数据挖掘中十大经典算法

数据挖掘十大经典算法 国际权威的学术组织the IEEE International Conference on Data Mining (ICDM) 2006年12月评选出了数据挖掘领域的十大经典算法:C4.5, k-Means, SVM, Apriori, EM, PageRank, AdaBoost, kNN, Naive Bayes, and CART. 不仅仅是选中的十大算法,其实参加评选的18种算法,实际上随便拿出一种来都可以称得上是经典算法,它们在数据挖掘领域都产生了极为深远的影响。 1. C4.5 C4.5算法是机器学习算法中的一种分类决策树算法,其核心算法是ID3算法. C4.5算法继承了ID3算法的优点,并在以下几方面对ID3算法进行了改进: 1) 用信息增益率来选择属性,克服了用信息增益选择属性时偏向选择取值多的属性的不足; 2) 在树构造过程中进行剪枝; 3) 能够完成对连续属性的离散化处理; 4) 能够对不完整数据进行处理。 C4.5算法有如下优点:产生的分类规则易于理解,准确率较高。其缺点是:在构造树的过程中,需要对数据集进行多次的顺序扫描和排序,因而导致算法的低效。 2. The k-means algorithm 即K-Means算法 k-means algorithm算法是一个聚类算法,把n的对象根据他们的属性分为k个分割,k < n。它与处理混合正态分布的最大期望算法很相似,因为他们都试图找到数据中自然聚类的中心。它假设对象属性来自于空间向量,并且目标是使各个群组内部的均方误差总和最小。 3. Support vector machines 支持向量机,英文为Support Vector Machine,简称SV机(论文中一般简称SVM)。它是一种監督式學習的方法,它广泛的应用于统计分类以及回归分析中。支持向量机将向量映射到一个更高维的空间里,在这个空间里建立有一个最大间隔超平面。在分开数据的超平面的两边建有两个互相平行的超平面。分隔超平面使两个平行超平面的距离最大化。假定平行超平面间的距离或差距越大,分类器的总误差越小。一个极好的指南是C.J.C Burges的《模式识别支持向量机指南》。van der Walt 和Barnard 将支持向量机和其他分类器进行了比较。 4. The Apriori algorithm Apriori算法是一种最有影响的挖掘布尔关联规则频繁项集的算法。其核心是基于两阶段频集思想的递推算法。该关联规则在分类上属于单维、单层、布尔关联规则。在这里,所有支持度大于最小支持度的项集称为频繁项集,简称频集。 5. 最大期望(EM)算法 在统计计算中,最大期望(EM,Expectation–Maximization)算法是在概率(probabilistic)模型中寻找参数最大似然估计的算法,其中概率模型依赖于无法观测的隐藏变量(Latent Variabl)。最大期望经常用在机器学习和计算机视觉的数据集聚(Data Clustering)领域。 6. PageRank PageRank是Google算法的重要内容。2001年9月被授予美国专利,专利人是Google创始人之一拉里?佩奇(Larry Page)。因此,PageRank里的page不是指网页,而是指佩奇,即这个

十 大 经 典 排 序 算 法 总 结 超 详 细

数据挖掘十大经典算法,你都知道哪些? 当前时代大数据炙手可热,数据挖掘也是人人有所耳闻,但是关于数据挖掘更具体的算法,外行人了解的就少之甚少了。 数据挖掘主要分为分类算法,聚类算法和关联规则三大类,这三类基本上涵盖了目前商业市场对算法的所有需求。而这三类里又包含许多经典算法。而今天,小编就给大家介绍下数据挖掘中最经典的十大算法,希望它对你有所帮助。 一、分类决策树算法C4.5 C4.5,是机器学习算法中的一种分类决策树算法,它是决策树(决策树,就是做决策的节点间的组织方式像一棵倒栽树)核心算法ID3的改进算法,C4.5相比于ID3改进的地方有: 1、用信息增益率选择属性 ID3选择属性用的是子树的信息增益,这里可以用很多方法来定义信息,ID3使用的是熵(shang),一种不纯度度量准则,也就是熵的变化值,而 C4.5用的是信息增益率。区别就在于一个是信息增益,一个是信息增益率。 2、在树构造过程中进行剪枝,在构造决策树的时候,那些挂着几个元素的节点,不考虑最好,不然容易导致过拟。 3、能对非离散数据和不完整数据进行处理。 该算法适用于临床决策、生产制造、文档分析、生物信息学、空间数据建模等领域。 二、K平均算法

K平均算法(k-means algorithm)是一个聚类算法,把n个分类对象根据它们的属性分为k类(kn)。它与处理混合正态分布的最大期望算法相似,因为他们都试图找到数据中的自然聚类中心。它假设对象属性来自于空间向量,并且目标是使各个群组内部的均方误差总和最小。 从算法的表现上来说,它并不保证一定得到全局最优解,最终解的质量很大程度上取决于初始化的分组。由于该算法的速度很快,因此常用的一种方法是多次运行k平均算法,选择最优解。 k-Means 算法常用于图片分割、归类商品和分析客户。 三、支持向量机算法 支持向量机(Support Vector Machine)算法,简记为SVM,是一种监督式学习的方法,广泛用于统计分类以及回归分析中。 SVM的主要思想可以概括为两点: (1)它是针对线性可分情况进行分析,对于线性不可分的情况,通过使用非线性映射算法将低维输入空间线性不可分的样本转化为高维特征空间使其线性可分; (2)它基于结构风险最小化理论之上,在特征空间中建构最优分割超平面,使得学习器得到全局最优化,并且在整个样本空间的期望风险以某个概率满足一定上界。 四、The Apriori algorithm Apriori算法是一种最有影响的挖掘布尔关联规则频繁项集的算法,其核心是基于两阶段“频繁项集”思想的递推算法。其涉及到的关联规则在分类上属于单维、单层、布尔关联规则。在这里,所有支持度大于最小支

数据挖掘算法

数据挖掘的10大经典算法 国际权威的学术组织the IEEE International Conference on Data Mining (ICDM) 2006年12月评选出了数据挖掘领域的十大经典算法:C4.5, k-Means, SVM, Apriori, EM, PageRank, AdaBoost, kNN, Naive Bayes, and CART. 不仅仅是选中的十大算法,其实参加评选的18种算法,实际上随便拿出一种来都可以称得上是经典算法,它们在数据挖掘领域都产生了极为深远的影响。 1. C4.5 C4.5算法是机器学习算法中的一种分类决策树算法,其核心算法是ID3算法. C4.5算法继承了ID3算法的优点,并在以下几方面对ID3算法进行了改进: 1) 用信息增益率来选择属性,克服了用信息增益选择属性时偏向选择取值多的属性的不足; 2) 在树构造过程中进行剪枝; 3) 能够完成对连续属性的离散化处理; 4) 能够对不完整数据进行处理。 C4.5算法有如下优点:产生的分类规则易于理解,准确率较高。其缺点是:在 构造树的过程中,需要对数据集进行多次的顺序扫描和排序,因而导致算法的低效。 2. The k-means algorithm 即K-Means算法 k-means algorithm算法是一个聚类算法,把n的对象根据他们的属性分为k个分割,k < n。它与处理混合正态分布的最大期望算法很相似,因为他们都试图找到数据中自然聚类的中心。它假设对象属性来自于空间向量,并且目标是使各个群组内部的均方误差总和最小。 3. Support vector machines 支持向量机,英文为Support Vector Machine,简称SV机(论文中一般简称SVM)。它是一种監督式學習的方法,它广泛的应用于统计分类以及回归分析中。支持向量机将向量映射到一个更高维的空间里,在这个空间里建立有一个最大间隔超平面。在分开数据的超平面的两边建有两个互相平行的超平面。分隔超平面使两个平行超平面的距离最大化。假定平行超平面间的距离或差距越大,分类器的总误差越小。一个极好的指南是C.J.C Burges的《模式识别支持向量机指南》。van der Walt 和 Barnard 将支持向量机和其他分类器进行了比较。 4. The Apriori algorithm

大数据常用的算法

大数据常用的算法(分类、回归分析、聚类、关联规则) 在大数据时代,数据挖掘是最关键的工作。大数据的挖掘是从海量、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的大型数据库中发现隐含在其中有价值的、潜在有用的信息和知识的过程,也是一种决策支持过程。其主要基于人工智能,机器学习,模式学习,统计学等。通过对大数据高度自动化地分析,做出归纳性的推理,从中挖掘出潜在的模式,可以帮助企业、商家、用户调整市场政策、减少风险、理性面对市场,并做出正确的决策。目前,在很多领域尤其是在商业领域如银行、电信、电商等,数据挖掘可以解决很多问题,包括市场营销策略制定、背景分析、企业管理危机等。大数据的挖掘常用的方法有分类、回归分析、聚类、关联规则、神经网络方法、Web 数据挖掘等。这些方法从不同的角度对数据进行挖掘。 (1)分类。分类是找出数据库中的一组数据对象的共同特点并按照分类模式将其划分为不同的类,其目的是通过分类模型,将数据库中的数据项映射到摸个给定的类别中。可以应用到涉及到应用分类、趋势预测中,如淘宝商铺将用户在一段时间内的购买情况划分成不同的类,根据情况向用户推荐关联类的商品,从而增加商铺的销售量。 (2)回归分析。回归分析反映了数据库中数据的属性值的特性,通过函数表达数据映射的关系来发现属性值之间的依赖关系。它可以应用到对数据序列的预测及相关关系的研究中去。在市场营销中,回归分析可以被应用到各个方面。如通过对本季度销售的回归分析,对下一季度的销售趋势作出预测并做出针对性的营销改变。 (3)聚类。聚类类似于分类,但与分类的目的不同,是针对数据的相似性和差异性将一组数据分为几个类别。属于同一类别的数据间的相似性很大,但不同类别之间数据的相似性很小,跨类的数据关联性很低。(4)关联规则。关联规则是隐藏在数据项之间的关联或相互关系,即可以根据一个数据项的出现推导出其他数据项的出现。关联规则的挖掘过程主要包括两个阶段:第一阶段为从海量原始数据中找出所有的高频项目组;第二极端为从这些高频项目组产生关联规则。关联规则挖掘技术已经被广泛应用于金融行业企业中用以预测客户的需求,各银行在自己的ATM 机上通过捆绑客户可能感兴趣的信息供用户了解并获取相应信

数据挖掘主要算法

朴素贝叶斯: 有以下几个地方需要注意: 1. 如果给出的特征向量长度可能不同,这是需要归一化为通长度的向量(这里以文本分类为例),比如说是句子单词的话,则长度为整个词汇量的长度,对应位置是该单词出现的次数。 2. 计算公式如下: 其中一项条件概率可以通过朴素贝叶斯条件独立展开。要注意一点就是的计算方法,而由朴素贝叶斯的前提假设可知, = ,因此一般有两种,一种是在类别为ci的那些样本集中,找到wj出现次数的总和,然后除以该样本的总和;第二种方法是类别为ci的那些样本集中,找到wj出现次数的总和,然后除以该样本中所有特征出现次数的总和。 3. 如果中的某一项为0,则其联合概率的乘积也可能为0,即2中公式的分子为0,为了避免这种现象出现,一般情况下会将这一项初始化为1,当然为了保证概率相等,分母应对应初始化为2(这里因为是2类,所以加2,如果是k类就需要加k,术语上叫做laplace 光滑, 分母加k的原因是使之满足全概率公式)。 朴素贝叶斯的优点: 对小规模的数据表现很好,适合多分类任务,适合增量式训练。 缺点: 对输入数据的表达形式很敏感。 决策树: 决策树中很重要的一点就是选择一个属性进行分枝,因此要注意一下信息增益的计算公式,并深入理解它。 信息熵的计算公式如下:

其中的n代表有n个分类类别(比如假设是2类问题,那么n=2)。分别计算这2类样本在总样本中出现的概率p1和p2,这样就可以计算出未选中属性分枝前的信息熵。 现在选中一个属性xi用来进行分枝,此时分枝规则是:如果xi=vx的话,将样本分到树的一个分支;如果不相等则进入另一个分支。很显然,分支中的样本很有可能包括2个类别,分别计算这2个分支的熵H1和H2,计算出分枝后的总信息熵H’=p1*H1+p2*H2.,则此时的信息增益ΔH=H-H’。以信息增益为原则,把所有的属性都测试一边,选择一个使增益最大的属性作为本次分枝属性。 决策树的优点: 计算量简单,可解释性强,比较适合处理有缺失属性值的样本,能够处理不相关的特征; 缺点: 容易过拟合(后续出现了随机森林,减小了过拟合现象); Logistic回归: Logistic是用来分类的,是一种线性分类器,需要注意的地方有: 1. logistic函数表达式为: 其导数形式为: 2. logsitc回归方法主要是用最大似然估计来学习的,所以单个样本的后验概率为: 到整个样本的后验概率:

数据挖掘十大算法

数据挖掘十大算法 数据挖掘十大算法—K 近邻算法 k -近邻算法是基于实例的学习方法中最基本的,先介绍基于实例学习的相关概念。 一、基于实例的学习。 1、已知一系列的训练样例,很多学习方法为目标函数建立起明确的一般化描述;但与此不同,基于实例的学习方法只是简单地把训练样例存储起来。 从这些实例中泛化的工作被推迟到必须分类新的实例时。每当学习器遇到一个新的查询实例,它分析这个新实例与以前存储的实例的关系,并据此把一个目标函数值赋给新实例。 2、基于实例的方法可以为不同的待分类查询实例建立不同的目标函数逼近。事实上,很多技术只建立目标函数的局部逼近,将其应用于与新查询实例邻近的实例,而从不建立在整个实例空间上都表现良好的逼近。当目标函数很复杂,但它可用不太复杂的局部逼近描述时,这样做有显著的优势。 3、基于实例方法的不足: (1)分类新实例的开销可能很大。这是因为几乎所有的计算都发生在分类时,而不是在第一次遇到训练样例时。所以,如何有效地索引训练样例,以减少查询时所需计算是一个重要的实践问题。(2)当从存储器中检索相似的训练样例时,它们一般考虑实例的所有属性。如果目标概念仅依赖于很多属性中的几个时,那么真正最“相似”的实例之间很可能相距甚远。 二、k-近邻法基于实例的学习方法中最基本的是k -近邻算法。这个算法假定所有的实例对应于n 维欧氏空间?n 中的点。一个实例的最近邻是根据标准欧氏距离定义的。更精确地讲,把任意的实例x 表示为下面的特征向量:其中a r (x ) 表示实例x 的第r 个属性值。那么两个实例x i 和x j 间的距离定义为d (x i , x j ) ,其中: 说明: 1、在最近邻学习中,目标函数值可以为离散值也可以为实值。 2、我们先考虑学习以下形式的离散目标函数。其中V 是有限集合 {v 1,... v s }。下表给出了逼近离散目标函数的k-近邻算法。 3、正如下表中所指出的,这个算法的返回值f' (x q ) 为对f (x q ) 的估计,它就是距离x q 最近的k 个训练样例中最普遍的f 值。 4、如果我们选择k =1,那么“1-近邻算法”

数据挖掘经典案例

数据挖掘经典案例 当前,市场竞争异常激烈,各商家企业为了能在竞争中占据优势,费劲心思。使用过OLAP技术的企业都知道,OLAP技术能给企业带来新的生机和活力。OLAP技术把企业大量的数据变成了客户需要的信息,把这些信息变成了价值,提高了企业的产值和效益,增强了客户自身的竞争实力。 “啤酒与尿布”的故事家喻户晓,在IT界里,几乎是数据挖掘的代名词,那么各商家企业受了多少启发,数据挖掘又给他们带来了多少价值呢? 客户需求 客户面对大量的信息,用OLAP进行多维分析。如:一个网上书店,用OLAP技术可以浏览到什么时间,那个类别的客户买了多少书等信息,如果想动态的获得深层次的信息,比如:哪些书籍可以打包推荐,哪些书籍可以在销售中关联推出等等,就要用到数据挖掘技术了。 当客户在使用OLAP技术进行数据的多维分析的时候,联想到“啤酒与尿布”的故事,客户不禁会有疑问,能不能通过数据挖掘来对数据进行深层次的分析呢,能不能将数据挖掘和OLAP结合起来进行分析呢? SQL Server 2005 数据挖掘: SQL Server 2005的Data Mining是SQL Server2005分析服务(Analysis Services)中的一部分。数据挖掘通常被称为“从大型数据库提取有效、可信和可行信息的过程”。换言之,数据挖掘派生数据中存在的模式和趋势。这些模式和趋势可以被收集在一起并定义为挖掘模型。挖掘模型可以应用于特定的业务方案,例如:预测销售额、向特定客户发送邮件、确定可能需要搭售的产品、查找客户将产品放入购物车的顺序序列。 Microsoft 决策树算法、Microsoft Naive Bayes 算法、Microsoft 聚类分析算法、Microsoft 神经网络算法 (SSAS),可以预测离散属性,例如,预测目标邮件活动的收件人是否会购买某个产品。 Microsoft 决策树算法、Microsoft 时序算法可以预测连续属性,预测连续属性,例如,预测下一年的销量。 Microsoft 顺序分析和聚类分析算法预测顺序,例如,执行公司网站的点击流分析。 Microsoft 关联算法、Microsoft 决策树算法查找交易中的常见项的组,例如,使用市场篮分析来建议客户购买其他产品。 Microsoft 聚类分析算法、Microsoft 顺序分析和聚类分析算法,查找相似项的组,例如,将人口统计数据分割为组以便更好地理解属性之间的关系。 巅峰之旅之案例一:网上书店关联销售 提出问题 网上书店现在有了很强的市场和比较固定的大量的客户。为了促进网上书店的销售量的增长,各网上书店采取了各种方式,给客户提供更多更丰富的书籍,提供更优质服务,等方式吸引更多的读者。

数据挖掘算法摘要

国际权威的学术组织the IEEE International Conference on Data Mining (ICDM) 2006年12月评选出了数据挖掘领域的十大经典算法:C4.5, k-Means, SVM, Apriori, EM, PageRank, AdaBoost, kNN, Naive Bayes, and CART. 不仅仅是选中的十大算法,其实参加评选的18种算法,实际上随便拿出一种来都可以称得上是经典算法,它们在数据挖掘领域都产生了极为深远的影响。 1. C4.5 C4.5算法是机器学习算法中的一种分类决策树算法,其核心算法是ID3算法. C4.5算法继承了ID3算法的优点,并在以下几方面对ID3算法进行了改进: 1) 用信息增益率来选择属性,克服了用信息增益选择属性时偏向选择取值多的属性的不足; 2) 在树构造过程中进行剪枝; 3) 能够完成对连续属性的离散化处理; 4) 能够对不完整数据进行处理。 C4.5算法有如下优点:产生的分类规则易于理解,准确率较高。其缺点是:在构造树的过程中,需要对数据集进行多次的顺序扫描和排序,因而导致算法的低效。 2. The k-means algorithm 即K-Means算法 k-means algorithm算法是一个聚类算法,把n的对象根据他们的属性分为k个分割,k < n。它与处理混合正态分布的最大期望算法很相似,因为他们都试图找到数据中自然聚类的中心。它假设对象属性来自于空间向量,并且目标是使各个群组内部的均方误差总和最小。 3. Support vector machines 支持向量机,英文为Support Vector Machine,简称SV机(论文中一般简称SVM)。它是一种監督式學習的方法,它广泛的应用于统计分类以及回归分析中。支持向量机将向量映射到一个更高维的空间里,在这个空间里建立有一个最大间隔超平面。在分开数据的超平面的两边建有两个互相平行的超平面。分隔超平面使两个平行超平面的距离最大化。假定平行超平面间的距离或差距越大,分类器的总误差越小。一个极好的指南是C.J.C Burges的《模式识别支持向量机指南》。van der Walt 和 Barnard 将支持向量机和其他分类器进行了

机器学习10大经典算法.

1、C4.5 机器学习中,决策树是一个预测模型;他代表的是对象属性与对象值之间的一种映射关系。树中每个节点表示某个对象,而每个分叉路径则代表的某个可能的属性值,而每个叶结点则对应从根节点到该叶节点所经历的路径所表示的对象的值。决策树仅有单一输出,若欲有复数输出,可以建立独立的决策树以处理不同输出。从数据产生决策树的机器学习技术叫做决策树学习, 通俗说就是决策树。 决策树学习也是数据挖掘中一个普通的方法。在这里,每个决策树都表述了一种树型结构,他由他的分支来对该类型的对象依靠属性进行分类。每个决策树可以依靠对源数据库的分割进行数据测试。这个过程可以递归式的对树进行修剪。当不能再进行分割或一个单独的类可以被应用于某一分支时,递归过程就完成了。另外,随机森林分类器将许多决策树结合起来以提升分类的正确率。决策树同时也可以依靠计算条件概率来构造。决策树如果依靠数学的计算方法可以取得更加理想的效果。决策树一般都是自上而下的来生成的。 选择分割的方法有好几种,但是目的都是一致的:对目标类尝试进行最佳的分割。从根到叶子节点都有一条路径,这条路径就是一条“规则”。决策树可以是二叉的,也可以是多叉的。对每个节点的衡量: 1)通过该节点的记录数 2)如果是叶子节点的话,分类的路径 3)对叶子节点正确分类的比例。 有些规则的效果可以比其他的一些规则要好。由于ID3算法在实际应用中存在一些问题,于是Quilan提出了C4.5算法,严格上说C4.5只能是ID3的一个改进算法。相信大家对ID3算法都很.熟悉了,这里就不做介绍。 C4.5算法继承了ID3算法的优点,并在以下几方面对ID3算法进行了改进: 1) 用信息增益率来选择属性,克服了用信息增益选择属性时偏向选择取值多的属性的不足; 2) 在树构造过程中进行剪枝; 3) 能够完成对连续属性的离散化处理; 4) 能够对不完整数据进行处理。

数据挖掘 资源

Data Mining: What Is Data Mining ? https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/faculty/jason.frand/teacher/technologies/palace/datamining .htm Data Mining - An Introduction https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/library/weekly/aa100700a.htm?iam=excite_1&terms=data+m ining Data Mining - An Introduction Student Notes https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/tec/courses/datamining/stu_notes/dm_book_1.html Data Mining Overview https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/dm/index.php3 Data Mining - Award Winning Software https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/?source=goto Data Mining With MicroStrategy Best In Business Intelligence https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/Software/Mining.asp?CID=1818dm Data Mining, Web Mining and Knowledge Discovery Directory https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/ Data Miners Home Page https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/ Data Mining and Knowledge Discovery Journal https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/usama/datamine/ Data Mining and Knowledge Discovery Journal https://www.360docs.net/doc/f61290219.html,/issn/1384-5810

《数据挖掘:你必须知道的32个经典案例》

第五章 经典的机器学习案例 机器学习是一门成熟的学科,它所能解决的问题涵盖多种行业。本章介绍了四种经典的机器学习算法,它们所关心的重点在于机器学习是如何将统计学和数据挖掘连接起来的。通过学习本章,读者可以见识到机器学习的特殊魅力,并明白机器学习与其他学科的异同。使读者可以熟练地应用机器学习算法来解决实际问题是本章的目标。 5.1 机器学习综述 在正式开始了解机器学习之前,我们首先要搞清楚这样一个问题:世界上是不是所有的问题都可以使用一行一行清楚无误的代码解决?举个例子,倘若我们想让一个机器人完成出门去超市买菜并回家这一任务,我们能不能在程序里详详细细地把机器人所有可能遇到的情况以及对策都写下来,好让机器人一条一条按着执行? 答案是“很难”。机器人在路上可能遭遇塑料袋儿、石头、跑动的儿童等障碍物,在超市可能遇到菜卖完了、菜篮挪动了位置等问题,把这些问题全部罗列出来是不太可能的,因此我们就难以使用硬性的、固定的程序来命令机器人完成这件事,我们需要的是一种灵活的、可以变化的程序。就像你去买菜时不用你妈告诉你路上看见有人打架要躲开,你就知道要躲开一样(即便你以前从来没有遇见过这种情况),我们希望机器人也可以根据经验学习到正确的做法,而不是必须依赖程序员一条一条地输入“IF……THEN……”。 美国人塞缪尔设计的下棋程序是另一个的经典机器学习算法。塞缪尔设计了一个可以依靠经验积累概率知识的下棋程序,一开始这个程序毫无章法,但四年以后,它就能够打败塞缪尔了,又过了三年,它战胜了美国的围棋冠军。这个下棋程序进步的方式和人类学习下棋的过程非常类似,如何让机器像人类一样学习,正是机器学习关心的事情。 不难想象,机器学习是一门多领域交叉的学科,它主要依赖统计学、概率论、逼近论等数学学科,同时也依赖算法复杂度、编译原理等计算机学科。通俗的说,机器学习首先将统计学得到的统计理论拿来进一步研究,然后改造成适合编译成程序的机器学习算法,最终才会应用到实际中。但机器学习和统计学仍有不同的地方,这种差异主要在于统计学关心理论是否完美,而机器学习关心实际效果是否良好。同时,机器学习侧重于归纳和总结,而不是演绎。 机器学习将统计学的研究理论改造成能够移植在机器上的算法,数据挖掘将机器学习的成果直接拿来使用。从这一意义上来说,机器学习是统计学和数据挖掘之间的桥梁。机器学习也是人工智能的核心,机器学习算法普遍应用于人工智能的各个领域。此外,机器学习和模式识别具有并列的关系,它们一个注重模仿人类的学习方式,一个注重模仿人类认识世界的方式。因此机器学习、数据挖掘、人工智能和模式识别等本来就属于一个不可分的整体,离开其他学科的支持,任何学科都难以独立生存下去。 本章介绍了语义搜索、顺序分析、文本分析和协同过滤这四种经典的机器学习算法,它们不仅理论完善,同时也具有广泛的应用。通过本章的学习,读者将看到机器学习在各行各业中的神奇作用以及广阔前景,并学会如何使用机器学习算法来解决实际问题。

学习笔记5:大数据预处理与大数据挖掘十大经典算法

学习笔记5:数据预处理与数据挖掘十大经典算法 前言在介绍了数据挖掘的一般流程、常用方法、应用功能和数据可视化之后,在本篇博文中,笔者想要分享一些在数据挖掘开始之前要做的一些事——数据预处理。在第二部分中,笔者整理了数据挖掘中的十大经典算法,与读者们共享。两部分分别从《数据挖掘中数据预处理的方法与技术》一文与网络中引用而来,作为自己和读者朋友们的学习笔记。在第三部分阶段小结中,笔者对近期的学习进行了阶段性的总结。 一、数据预处理现实中数据大多数都是不完整、不一致的,无法直接进行数据挖掘,或直接影响了挖掘结果。为了提高数据挖掘质量和数据挖掘效率,产生了数据预处理技术。对数据进行预处理,不但可以节约大量的空间和时间而且得到的挖掘结果能更好地起到决策和预测作用。数据预处理一般包括:数据清理,数据集成,数据变换,数据归约等方法。这些数据预处理技术根据数据挖掘项目的需要和原始数据的特点,在数据挖掘之前有选择的单独使用或综合使用,可大大提高数据挖掘模式的质量,降低实际挖掘所需要的时间。数据预处理技术整理如下:1、数据清理数据清理是数据预处理中最花费时间、最乏味的,但也是最重要的一步。该步骤可以有效地减少学习过程中可能出现相互矛盾的情

况。数据清理主要处理缺失数据,噪声数据,识别、删除孤立点。数据清理的基本方法有:(1)缺失数据处理:目前最常用的方法是使用最可能的值填充缺失值,比如可以用回归、贝叶斯形式化方法工具或判定树归纳等确定缺失值。这类方法依靠现有的数据信息来推测缺失值,使缺失值有更大的机会保持与其他属性之间的联系。还有其他一些方法来处理缺失值,如用一个全局常量替换缺失值、使用属性的平均值填充缺失值或将所有元组按某些属性分类,然后用同一类中属性的平均值填充缺失值。如果缺失值很多,这些方法可能误导挖掘结果。如果缺失值很少,可以忽略缺失数据。(2)噪声数据处理:噪声是一个测量变量中的随机错误或偏差,包括错误的值或偏离期望的孤立点值。目前最广泛的是应用数据平滑技术处理,具体包括:分箱技术,将存储的值分布到一些箱中,用箱中的数据值来局部平滑存储数据的值。具体可以采用按箱平均值平滑、按箱中值平滑和按箱边界平滑;回归方法,可以找到恰当的回归函数来平滑数据。线性回归要找出适合两个变量的“最佳”直线,使得一个变量能预测另一个。多线性回归涉及多个变量,数据要适合一个多维面;计算机检查和人工检查结合方法,可以通过计算机将被判定数据与已知的正常值比较,将差异程度大于某个阈值的模式输出到一个表中,然后人工审核表中的模式,识别出孤立点;聚类技术,将类似的值组织成群或“聚类”,落在

数据挖掘经典算法

Apriori算法 一、Apriori算法简介:Apriori算法是一种挖掘关联规则的频繁项集算法,其核心思想是通过候选集生成和情节的向下封闭检测两个阶段来挖掘频繁项集。Apriori(先验的,推测的)算法应用广泛,可用于消费市场价格分析,猜测顾客的消费习惯;网络安全领域中的入侵检测技术;可用在用于高校管理中,根据挖掘规则可以有效地辅助学校管理部门有针对性的开展贫困助学工作;也可用在移动通信领域中,指导运营商的业务运营和辅助业务提供商的决策制定。 二、挖掘步骤: 1.依据支持度找出所有频繁项集(频度) 2.依据置信度产生关联规则(强度) 三、基本概念 对于A->B ①支持度:P(A ∩B),既有A又有B的概率 ②置信度: P(B|A),在A发生的事件中同时发生B的概率p(AB)/P(A)例如购物篮分析:牛奶?面包 例子:[支持度:3%,置信度:40%] 支持度3%:意味着3%顾客同时购买牛奶和面包 置信度40%:意味着购买牛奶的顾客40%也购买面包 ③如果事件A中包含k个元素,那么称这个事件A为k项集事件A满足最小支持度阈值的事件称为频繁k项集。 ④同时满足最小支持度阈值和最小置信度阈值的规则称为强规则 四、实现步骤 Apriori算法是一种最有影响的挖掘布尔关联规则频繁项集的算法Apriori使用一种称作逐层搜索的迭代方法,“K-1项集”用于搜索“K项集”。 首先,找出频繁“1项集”的集合,该集合记作L1。L1用于找频繁“2项集”的集合L2,而L2用于找L3。如此下去,直到不能找到“K项集”。找每个Lk都需要一次数据库扫描。 核心思想是:连接步和剪枝步。连接步是自连接,原则是保证前k-2项相同,并按照字典顺序连接。剪枝步,是使任一频繁项集的所有非空子集也必须是频繁的。反之,如果某 个候选的非空子集不是频繁的,那么该候选肯定不是频繁的,从而可以将其从CK中删除。 简单的讲,1、发现频繁项集,过程为(1)扫描(2)计数(3)比较(4)产生频繁项集(5)连接、剪枝,产生候选项集重复步骤(1)~(5)直到不能发现更大的频集 2、产生关联规则,过程为:根据前面提到的置信度的定义,关联规则的产生如下: (1)对于每个频繁项集L,产生L的所有非空子集; (2)对于L的每个非空子集S,如果 P(L)/P(S)≧min_conf 则输出规则“SàL-S” 注:L-S表示在项集L中除去S子集的项集

数据挖掘经典算法比较

各种分类算法比较 最近在学习分类算法,顺便整理了各种分类算法的优缺点。 1决策树(Decision Trees)的优缺点 决策树的优点: 一、决策树易于理解和解释.人们在通过解释后都有能力去理解决策树所表达的意义。 二、对于决策树,数据的准备往往是简单或者是不必要的.其他的技术往往要求先把数据一般化,比如去掉多余的或者空白的属性。 三、能够同时处理数据型和常规型属性。其他的技术往往要求数据属性的单一。 四、决策树是一个白盒模型。如果给定一个观察的模型,那么根据所产生的决策树很容易推出相应的逻辑表达式。 五、易于通过静态测试来对模型进行评测。表示有可能测量该模型的可信度。 六、在相对短的时间内能够对大型数据源做出可行且效果良好的结果。 七、可以对有许多属性的数据集构造决策树。 八、决策树可很好地扩展到大型数据库中,同时它的大小独立于数据库的大小。 决策树的缺点: 一、对于那些各类别样本数量不一致的数据,在决策树当中,信息增益的结果偏向于那些具有更多数值的特征。 二、决策树处理缺失数据时的困难。 三、过度拟合问题的出现。

四、忽略数据集中属性之间的相关性。 2 人工神经网络的优缺点 人工神经网络的优点:分类的准确度高,并行分布处理能力强,分布存储及学习能力强,对噪声神经有较强的鲁棒性和容错能力,能充分逼近复杂的非线性关系,具备联想记忆的功能等。人工神经网络的缺点:神经网络需要大量的参数,如网络拓扑结构、权值和阈值的初始值;不能观察之间的学习过程,输出结果难以解释,会影响到结果的可信度和可接受程度;学习时间过长,甚至可能达不到学习的目的。 3 遗传算法的优缺点 遗传算法的优点: 一、与问题领域无关切快速随机的搜索能力。 二、搜索从群体出发,具有潜在的并行性,可以进行多个个体的同时比较,鲁棒性好。 三、搜索使用评价函数启发,过程简单。 四、使用概率机制进行迭代,具有随机性。 五、具有可扩展性,容易与其他算法结合。 遗传算法的缺点: 一、遗传算法的编程实现比较复杂,首先需要对问题进行编码,找到最优解之后还需要对问题进行解码, 二、另外三个算子的实现也有许多参数,如交叉率和变异率,并且这些参数的选择严重影响解的品质,而目前这些参数的选择大部分是依靠经验.没有能够及时利用网络的反馈信息,故算法的搜索速度比较慢,要得要较精确的解需要较多的训练时间。 三、算法对初始种群的选择有一定的依赖性,能够结合一些启发算法进行改进。

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